项目名称： 锅炉低温烟气余热深度利用的基础研究 首席科学家： 徐进 .docVIP

项目名称： 锅炉低温烟气余热深度利用的基础研究 徐进良 华北电力大学 2010.9至2015.9 教育部 1、总体目标 深刻认识低品位能源“能量利用效率-投资成本-运行经济性”三者间的关系，建立新型热力学循环及联合循环，发展逆向计算机辅助设计新方法，建立低品位余热直接和间接利用系统的评价和热学优化的理论体系，建立全面考虑烟气余热利用效率、投资成本和运行经济性等多准则的节能设计评价理论，发展余热利用系统集成、控制及运行理论，探索低温余热资源数量、品位、载体成分等与最佳利用模式间的对应关系。揭示多组分多相流动结构与能量传递及转换的协同机制，创新非能动结构设计，改善和控制流动结构，强化传递过程，提高部件性能，建立冷凝式换热器、液体分离式冷凝器化学热泵等设计理论和方法，建立并完善单螺杆膨胀机。突破回收水蒸气潜热中的烟气露点腐蚀技术瓶颈，提出新一代大型燃煤机组烟气余热深度利用的一体化解决方案，发展冷凝式省煤器等关键技术；建立有机朗肯循环热功转换理论体系及创新实验研究平台，提高我国在低温有机朗肯循环发电领域的自主创新能力。培养一批从事节能减排领域科学研究的青年学术带头人和研究骨干，造就一支高水平研究队伍。 2、五年预期目标 理论层面 建立新型热力学循环，揭示低品位余热资源品位、数量、载体成分等与最佳利用模式的对应关系。发展逆向计算机辅助分子设计新方法，定量表征新工质对热物性、循环特性、环保性及安全性等的要求。 揭示热力学不可逆性在系统内的分布规律，提出优化的不可逆性在部件间的匹配原则，获得能量利用效率和投资成本间的最佳平衡。发展热经济学理论，建立全面考虑低品位能源利用效率、投资成本及运行经济性等多准则的节能设计评价理论。提出优化控制策略，发展动态过程状态监测新方法。 揭示烟气多组分多相流动结构与低温表面传热传质、积灰磨损及露点腐蚀的内在关联与协同控制机制，建立微纳尺度及跨尺度数值模型，查明特殊条件下冷凝相变的微观机理，提出多目标约束条件下烟气传热装置整体集成优化设计方法。 揭示多组分有机工质多相流动结构与能量传递及转换间的协同机制，创新非能动结构设计，改善和控制流型，强化传递过程，建立相变传热装置性能评价方法。 建立单螺杆膨胀机复杂流道内多相流动、传热及热功转换的数学模型，揭示流动、传热与膨胀的耦合机理，探悉流体成分、状态参数与部件材料的相互作用机理，建立膨胀机设计及控制理论。 探索新一代化学热泵系统，揭示多组分多相体系化学反应与能质转换和传递的协同机制，建立化学热泵设计理论。 技术层面： 通过本项目研究，在电站锅炉和工业锅炉烟气余热深度利用若干关键技术及集成创新上取得突破，依托中国国电集团公司，实施工程示范： 提出典型燃煤机组烟气余热深度利用一体化解决方案，发展新一代冷凝式省煤器等关键技术，使锅炉排烟温度下降30~40℃，电站锅炉效率提高1~2%。 发展回收烟气潜热和显热的耐低温腐蚀冷凝式换热器、液体分离式冷凝器、单螺杆膨胀机、新型循环工质等关键技术，集成1～2种新一代低温烟气余热有机朗肯循环热功转换系统，效率比国际现有技术提高20%，工业锅炉燃料综合利用效率提高5~10%。 开发我国余热资源可用性评价软件，为用户选择合适的余热利用模式提供技术支撑。 在项目执行期间，在国内外学术刊物上发表200篇以上学术论文，其中高水平国际期刊80篇以上；申请20项以上国家发明专利；出版部以上学术著作，登记5项以上软件著作权；培养出一批优秀中青年人才，包括国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者或中科院“百人计划”1～2人；培养博士生50~60人，硕士生60~70人，举办2次国际会议。 三、研究方案 1、学术思路 低温余热资源涉及多个工业部门，余热资源浪费极为严重。我国电站锅炉和工业锅炉分别是第一和第二大耗能设备，本项目针对这两大耗能大户，开展低温烟气余热深度利用基础研究及技术攻关，对于我国节能减排具有重要意义。 面向低温余热资源利用效率低，成本高，缺乏合理评价，从项目层面和课题层面突破学科领域限制和研究方法的约束，本项目突破低温余热利用中片面追求能量利用效率的局限性，拓宽热力学基本理论在低温余热利用上的应用，发展热经济学理论，建立全面考虑能量利用效率、投资成本及运行经济性等多准则的节能设计评价理论，其内涵还包括发展新的低温余热利用集成、控制及运行的新理论和新方法。能量利用效率-投资成本-运行经济性热经济学理论是本项目在“系统”层面的学术主线。 低温烟气余热深度利用为过程传递提出了一系列挑战性课题，是典型的低温差传递过程，需最大程度强化传递过程，流动阻力也需维持在可接受的范围，要求有新思路和新方法。本项目以揭示多相流动结构与能量传递及转换的协同关系为切入点，循序渐进的开展深入研究。从实验数据和现象中把握本质和规律，继而上升到理论描