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“节能减排”领域取得一项国际领先水平的科技成果点击：1511 日期：[ 2014-04-26 22:32:12 ] |
| 北京化工大学在“节能减排”领域取得一项国际领先水平的科技成果 能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。自从人类开发利用煤、石油、天然气等化石能源以来，工业化发展和物质文明进步突飞猛进，但同时也造成了日益严重的环境污染和地球温室效应，并使矿物资源临近枯竭。按照每千瓦时供电320g标准煤计算，每3000度电就要烧掉1吨煤，同时向大气中排放温室气体二氧化碳2.62吨，有毒气体二氧化硫8.5公斤，氮氧化物7.4公斤，因此燃煤锅炉排放废气成为大气的主要污染源之一。当前，世界各国都已普遍认识到，地球上有限矿物资源的加速开发利用，使人类面临能源短缺与环境污染的双重危机，地球温暖化也向人类敲响了警钟。因此，在积极寻求新的清洁能源的同时必须高度重视 “节能减排”新技术的研究。国家发展和改革委员会发布的节能中长期专项规划指出：2000年按现行汇率计算的每百万美元国内生产总值能耗，我国为1,274 吨标准煤，比世界平均水平高2.4倍，比美国、欧盟、日本、印度分别高2.5倍、4.9倍、8.7倍和0.43倍。我国能源效率比国际先进水平低10个百分点，并且特别说明火电机组平均效率33.8%，比国际先进水平低6～7个百分点，我国能源利用率与国外相比有很大的差距。因此，我们所面临的“节能减排”的形势更加严峻。 从以上数字还可以看出，目前火力发电机组平均效率仅为33.8%，国际先进水平也不过40%。也就是说煤炭资源本身所蕴涵的能量在转化为电能的过程中有一多半被白白浪费掉了！问题究竟出在哪里呢？从生活常识中我们知道，壶中水垢会使水久烧不开，白白浪费大量热能！工业中大量地利用煤、天然气等燃烧产生的热量通过锅炉产生蒸汽去驱动各种机械或进行各种化学反应。为了减少水垢的影响，尽量采用经过软化处理的水循环使用，但是在电力、冶金、建材、化工等高能耗行业和城市供热系统大量使用的管壳式换热器中，还普遍存在着由于无机物沉淀结垢、微生物滋生繁衍、污泥杂物淤积等在换热管内形成日益增厚的污垢层，大幅度降低了传热效率，造成严重的能源浪费和设备安全隐患。传热效率低下和传热表面积污结垢所造成的传热劣化问题一直是制约提高能源利用率的瓶颈问题，也是单位GDP能耗指标居高不下的重要原因。针对这一问题，通常需要进行全面停车清洗或减负荷单侧交替清洗，如采用蒸汽干燥加冷却介质返流冲洗、机械清洗、化学清洗、射弹疏通和高压水射流冲洗等方法；在大型汽轮机凝汽器中已普遍附加胶球清洗设备，不停车在线地向换热管中投放胶球进行冲洗。显然，这些都属于治标不治本的被动除垢方法。清洗过程都难免对设备造成一定程度的损伤，而且清洗后其最佳效果也不可能超过新管的换热性能。能否找到一种标本兼治的方法，既能防污除垢又能强化传热？北京化工大学杨卫民教授领导的创新团队研制的管壳式换热器强化传热与自清洁技术——“洁能芯”，为这个问题找到了一种及时的解决方案。 管壳式换热器传热性能的优劣取决于总的热阻。传热管的总热阻主要由四部分组成：管内介质对流热阻+污垢热阻+管壁传导热阻+管外凝结水膜热阻。其中，管内介质对流热阻+污垢热阻占总热阻的85%以上，是影响传热效果的决定因素。本研究发明的“洁能芯”应用于各种管壳式换热器，如：凝汽器、冷却器、蒸发器等，无须改变换热设备结构，直接安装于传热管内，在介质流动推力作用下高速转动，打破管内介质层流边界层，显著增强管内介质（如冷却水等）湍流程度，大幅度提高对流传热系数；精密成型的转子依陀螺原理在高速转动的同时始终悬浮于管内介质中，既不刮磨管壁，又能防污除垢持久保持高效传热性能；高分子材料制造的转子，重量轻，耐腐蚀，自润滑，使用寿命长；柔性轴连接的单元组合式结构可适应弯曲和热胀冷缩引起的传热管变形；流线型设计的涡旋叶片使转子对管内介质的流动阻力降至最低；单元转子间自动对中和液膜润滑的结构可减少强化传热元件工作时自身的能量消耗并延长其使用寿命；“洁能芯”优异的自清洁性能还可减少停车清洗造成的损失。由于该技术大幅度提高了传热效率，在节约燃料、减少温室气体排放的同时，还可减少传热管数量和冷却水用量，起到节省铜材、钛材等贵金属资源和水资源的显著效果。 北京化工大学杨卫民教授发明的“洁能芯”管壳式换热器强化传热与自清洁技术，适应国家建设节约型社会的需要。该项技术应用于管壳式换热器，在“节能减排”方面具有十分广阔的应用前景。仅以我国燃煤火力发电机组为例：到2010年全国总装机组容量将达到10亿KW, 其中可以采用该项技术的机组约有5~8亿KW，该成果推广应用后，若按平均每度电降低煤耗5克计算，则每年可节约2000~3200万吨标准煤。每吨标煤按470元计，仅此一项节约成本高达94~150亿元人民币。采用该项技术改造发电机组凝汽器后还可以节水10%以上，每年减少二氧化碳温室气体排放可达4000~6400万吨。若进一步推广至化工、冶金等高耗能行业，宏观经济效益将更加显著。这项原创性科技成果的关键技术已经申请专利，除满足国内急需外，还可望实现技术出口，为全球“节能减排”和遏制地球温室效应的进一步恶化做出贡献。 |
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