项目概况:

发电锅炉以及其他高能耗行业中的工业锅炉的烟气余热蕴藏量非常巨大，但往往未加利用就排入大气环境中，其能量的浪费十分惊人。而另一方面，这些行业中能耗超过万瓦的大型设备的数量非常多，这两种情况在全国高能耗行业中普遍存在，造成发电或能源利用效率低下，节能减排的目标难以实现。因此，利用高性能的先进换热节能技术进行高效余热利用以节省能源，提高设备效率，不仅非常必要，而且刻不容缓。

微槽群复合相变换热冷却与节能技术是由中国科学院所属单位承担的国家高技术研究发展计划（863计划）项目（项目编号：2006AA05Z225）所最新研制出的具有完全自主知识产权并处于国际领先水平的用于高热流密度和大功率的电力设备、微电子与光电子器件的冷却以及工业余热利用、新能源利用等节能降耗场合的先进技术。本项目中，火电厂微槽群复合相变脱硫烟气余热利用系统采用微槽群复合相变换热冷却与节能技术，利用微细尺度槽群结构热沉的高强度复合相变强化换热机理进行换热。

微槽群复合相变取热器的取热表面加工有微细尺度的复合相变微槽群结构。具有汽化潜热的液体工质在微槽群自身结构所形成的毛细压力梯度下沿微槽流动，同时在槽中形成扩展弯月面薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的高强度微细尺度复合相变强化换热过程，带走巨大热量，其理论最大取热热流密度可达到108W/m2的数量级。

微槽群复合相变换热系统的基本单元由取热元件（微槽群复合相变取热器）、热量及流体输运管路、远程放热元件（远程微结构凝结器）三部分构成。热量及流体输运管路包括蒸汽回路和凝结液回路两部分，分别将微槽群复合相变取热器和远程微结构凝结器连接起来，形成一个对外封闭的循环系统。

系统中的热量和质量的输运按照由微槽群复合相变取热器、蒸汽回路、远程微结构凝结器、凝结液回路再回到微槽群复合相变取热器的顺序进行，形成一个具有工质单向流动、液－汽－液相变取热和放热模式的无功耗循环（被动式循环），达到使发热器件冷却或余热利用的目的。

本项目的实施可以为高能耗行业的余热利用提供无功耗换热、远距离热输运、高可靠性以及高余热利用效率的大功率被动式相变换热的关键技术。

以电厂微槽群复合相变余热利用系统加热密封风为例，其可以完全替代现有脱硫机组烟道密封风的大功率电加热系统，同时，实现高效、可靠地利用烟气余热，无功耗地对密封风进行加热，100%地节省电能消耗。

技术创新点:

高性能微槽群复合相变换热技术，综合利用了微尺度流动、核态沸腾与薄液膜蒸发的复合相变机理，实现了无动力、高等温性的远程高强度换热。该换热系统只需采用少量的可循环利用的相变工质，即可从烟气中获得大量热能，实现高效余热利用。与国内外同类余热利用系统相比，高性能微槽群复合相变余热利用系统具有以下特点：

1、流动阻力小。相变取热器平行于烟气流动方向放置于烟道之中，烟气掠过取热器的流程较短，有效地降低了流动阻力。即使烟气在肋片之间流动，流动阻力也在50Pa以内，不会对烟道内的烟气流动产生影响。

2、不易积灰，不易堵塞。烟道内的灰尘非常干燥，且烟气的流速很高，已达到自清灰流速以上，因此干粉尘很难积聚。同时换热器的流道是平行于烟气的流动方向的，所以不易发生积灰、堵塞现象。

3、不易腐蚀。由于露点腐蚀都是发生在烟气侧温度低于露点温度处，微槽群复合相变余热利用系统不易发生露点腐蚀的原因一方面是由于烟气集中在热端，冷端无烟气；另一方面由于系统内部的工作介质温度高，掠过换热器的烟气温度仅降低5℃左右，不会低于露点温度，因而不会发生低温酸露点腐蚀。

4、维护方便。取热元件之间彼此独立工作，系统启动后可实现免维护运行。

5、传热系数高。当量传热系数K比列管式换热器提高5—10倍。

产学研合作状况:

2010年7月，中国科学院所属单位与北京经纬广信电力技术有限公司就微槽群复合相变余热利用系统的开发项目开展合作，对华能北京热电厂＃1、＃2两台35万千瓦的热电机组的密封风系统进行节能改造，研制两套烟气余热利用系统代替电加热器，将密封风加热到90℃以上。2011年4月，微槽群复合相变余热利用系统成功安装到华能北京热电厂＃1、＃2机组的烟道中，目前此项目已经通过华能北京热电厂的现场运行测试，各项技术指标全部达标，现场技术验收合格，成功实现了工程示范。

项目主要应用范围：

项目主要应用于电力、钢铁、冶金、化工、造纸等高能耗行业和其他工业的余热利用以及太阳能、地热能等新能源利用领域。以电厂微槽群复合相变余热利用系统加热密封风为例， 2020年全国装机容量将达到12.9亿千瓦，若所有发电机组均采用微槽群复合相变余热利用系统实现密封风的加热，那么每年可以节约大约35亿度电，节能潜力巨大。电厂中能耗超过1万千瓦的大型设备比比皆是，如再在全国电厂中这些更高能耗设备上以该技术对烟气余热加以充分利用，其一年节约的电能将至少超过1700多亿度，相当于两座三峡水电站全年发电总量，以高能耗工业用电每度0.7元计算，一年节省的电费将至少超过1200亿元，其节能潜力将更加难以估量，市场前景十分光明。可以考虑用合同能源管理模式进行商业运营。

预期效果：

每两台35万千瓦的热电机组的密封风加热系统进行微槽群复合相变烟气余热利用系统的技术改造约需投入150万元，满足将密封风加热到90℃以上的要求，省去一台加热功率为200kW的电加热器。一台电加热器每年耗电量约为170万度电，约合120万元，因此采用微槽群复合相变余热利用系统，投资回收期为15个月，经济效益显著。如果采用合同能源管理模式，将头三年的电费返还的话，合计360万元，即一台微槽群复合相变烟气余热利用系统可以盈利105万元。