2013-07-01

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独家制作:

本期策划: 董丽萍

人物介绍 访谈背景 项目获奖情况 项目解决的技术难题 研发历程 创新研发经验 项目可预见的未来


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暖通空调在线关注行业里重大科研成果的出现,更关注科技突破性的进步,关注这些重大成果所能带来的影响。更关注这些多年潜心研究课题,为行业技术发展做出努力的科研工作者们。今后的"高端访谈"栏目,我们将锁定行业重大科研成果的获奖与研发情况。
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人物介绍

       王随林,教授,工学博士,所长,兼职博导,1982年毕业于哈尔滨建筑工程学院,2006年6月毕业于北京科技大学获博士学位。现任北京建筑大学(原北京建筑工程学院)环境与能源工程学院工业余热利用与节能研究所所长。中国建筑学会热能动力分会理事、北京市制冷学会常务理事及组织外联部部长。


       曾任西北建筑工程学院暖通热工教研室主任、北京建筑工程学院城建系副书记和副系主任、暖通教研室主任。
       先后主讲研究生课程:建筑热过程;本科课程:供热工程、供热节能技术、建筑设备工程、传热学、热工学基础等。指导研究生45名。
       研究方向:主要为能源系统与设备节能及其传热传质过程。 研究领域主要涉及供热节能和工业余热深度利用及绿色评价。作为项目负责人承担和完成国际合作项目、国家及省部级等科研项目30余项。包括主持2项国家"十一五"科技支撑计划重大和重点项目子课题,北京市科委重大科技成果转化落地产业化项目,国际合作项目欧盟第七框架项目及企业合作项目等。
       研究成果:获北京市科学技术(发明类)一等奖1项(2012,第一获奖人),获 "中国防腐蚀行业发明专利金奖"1项(2012,第一获奖人)。发表科研论文100余篇,被国际三大检索收录20余篇。申报和授权国际/国家专利19项,软件著作权2项,主审教材《供热工程》,参编《全国勘察设计注册公用设备工程师考试复习教材》、全国制冷工程师资格认证考试教材《制冷技术及其应用》等。
标志成果:
(1)研发出国际领先水平的烟气冷凝余热深度利用装置和技术。为国家发改委和北京市发改委推荐的低碳节能技术、国家质检总局推荐的第一批高能耗特种设备节能技术、中国工程院咨询项目《2011年中国建筑节能年度发展报告》烟气余热利用最佳案例,获清华大学"建筑节能最佳实践奖"。为北京市供热协会重点推荐天然气节能新技术。获北京市重大科技成果转化落地项目。获"中国防腐蚀行业发明专利金奖"1项(2012,第一获奖人),北京市科学技术(发明类)一等奖1项(2012,第一获奖人)。其推广应用节能减排与社会环境经济效益显著,市场潜力巨大,应用前景广阔。
(2)研发的国际领先水平的新型辐射供暖技术成果,编入北京市地面供暖技术规范。
(3)研发的首个绿色通风空调系统评价体系,为我国绿色通风空调系统设计和运行的评估提供参考。
联系方式
北京建筑大学 北京西城区展览馆路1号
电话:010-68322117
email: suilinwang@bucea.edu.cn

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访谈背景

       2013年3月,我们从吴德绳顾问总工那里了解到了北京建筑大学(原北京建筑工程学院)的王随林教授主持的一个节能减排项目获得了北京市科学技术一等奖,暖通空调在线计划开设的高端访谈栏目,也将锁定行业上有关技术进步、技术创新,管理成果及经营思路的探讨上。其中对于行业科研工作者所研发的创新技术也是关注中的重点。因此,我们很快与王随林教授取得联系,约请她为暖通空调在线广大专业网友介绍她所研发课题的情况。王随林教授非常忙碌,但还是抽出了宝贵的时间为我们讲述了这个课题获奖的前前后后,让我们充分感受到这一科技项目成为重大科研成果的欢欣,也体会这一研究过程中所付出的辛苦。

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项目获奖情况

       2013年2月21日,北京市科学技术奖励大会在北京召开,共有184项成果获奖,其中一等奖27项,二等奖53项,三等奖104项。总项目的70%是在国家、各部委及北京市各级政府资金支持下完成,这些成果反映了北京科技创新的水平和特点,体现了北京市科技奖励政策在服务国家战略、支撑首都经济社会发展中的激励和导向作用。


       王随林教授负责的"防腐高效烟气冷凝热能回收装置与烟气余热深度利用技术及产业化"项目荣获北京市科学技术一等奖,这是北京建筑大学(原北京建筑工程学院)首次获得北京市科学技术一等奖,项目负责人王随林教授作为一等奖获奖代表上台领奖。

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项目解决的技术难题

       低温排烟余热深度利用中协同高效热回收与防腐是个国际性难题,王随林教授主持的课题组研发出新型防腐技术和烟气冷凝条件下强化传热传质技术、流动减阻降噪技术等核心关键技术,并进行最佳有效集成。实现了"三效合一"的合成优化,具有高效紧凑、全面防腐及流动阻力小等的特点。所谓实现在烟气冷凝余热深度利用中协同效应"三效合一"的技术难题,解决的重点体现在以下两个方面:


       余热深度利用与高效特点:体现供热锅炉和热电厂及工业领域的天然气驱动热能动力设备,其排烟温度高达于200度~1000度,排烟余热损失很大到达20%-70%,使得天然气热能设备能耗高,排放高,多年来,国内外对于排烟余热利用多集中在高中温烟气,而对于150度-200度以下,特别是露点以下的低温烟气余热深度利用很少。课题组研发的烟气冷凝热回收装置装置"安装在热能动力设备尾部,将排烟温度降低到露点以下,如30℃~50℃以下,对烟气中的显热和燃气燃烧产生的大量水蒸气的凝结潜热进行热回收,热回收装置单项节能率10~12%以上,且由于提高锅炉进水温度,进而提高锅炉效率,使锅炉总的热效率(节能率)达25%,锅炉低热值效率超过107%,烟气冷凝水还可对烟气进行净化,经处理可再利用。
       结构紧凑特点体现:一般设备若求紧凑,会带来流动阻力大的问题,影响燃烧。因此在结构设计上,要实现流动减阻。课题组研发的热回收装置具有阻力小的显著优点。

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研发历程

       普通燃气利用设备排烟温度均很高,造成烟气余热大量浪费,并且污染严重。因此,推广烟气余热回收利用技术,不仅成本低、效益大,而且是最直接有效的节能方式。


       王教授说:在上世纪末以来,随着世界能源优质化和我国能源结构调整,天然气利用作为优质能源快速发展,天然气燃烧设备快速发展,数量越来越多,设备容量越来越大,应用领域越来越广,从家用小热水器到工业锅炉/炉窑及电站大锅炉。但我国天然气储量少,对外依存度高,天然气的高效利用不仅是节能减排的迫切需要,对保证国家能源安全意义重大。
       供热锅炉和热电厂及工业领域的天然气热能动力设备是天然气主要用户,其排烟温度高达200~1000℃,排烟余热损失约20~70%,造成高能耗、高排放、高成本,低效率和效益
       长期以来,国内外主要集中于高中温烟气余热利用,对于150℃~200℃以下、特别是露点以下低温烟气余热利用甚少。
       在热能动力设备尾部设置烟气冷凝换热装置,将排烟温度降到露点以下,可回收烟气中显热和燃气燃烧产生大量水蒸汽的凝结潜热,烟气冷凝水可吸收净化烟气中COx、NOx、SOx等,经处理可资源化再利用。 烟气冷凝水PH值约2.5~5.7,会对设备造成腐蚀,耐腐蚀材料导热性能差,使设备耗材和体积大,且焊点等处易腐蚀,设计不当会引起结构腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀等;紧凑型设备流动阻力大,影响燃烧,甚至腐蚀设备。因此,烟气冷凝余热深度利用中协同高效热回收与防腐成为国际性难题。
       国外低温余热利用主要针对热水器/炉,欧美应用较广泛,但主要为小型设备。国内1995年起步研究,主要针对热水器家用小型设备。近年来出现小型锅炉用余热利用设备,但排烟温度较高,耐腐蚀性能差,烟阻大。
       我们是在国家和北京市自然基金项目、北京市教委科技项目、国家科技支撑计划项目等多项项目支持下,历时17年,进行基础研究、开发研究、应用研究,研发出天然气锅炉、直燃机、电厂、工业锅炉等热能动力设备防腐高效烟气冷凝热能回收装置和余热深度回收利用技术,获得北京市重大科技成果转化落地项目支持。成果的工程上已经应用了7个采暖季了。
       目前我们开发烟气冷凝热回收装置为国家发改委和北京市发改委推荐的低碳节能技术、国家质检总局推荐的第一批高能耗特种设备节能技术、中国工程院咨询项目《2011年中国建筑节能年度发展报告》烟气余热利用最佳案例,获清华大学"建筑节能最佳实践奖"。为北京市供热协会重点推荐天然气节能新技术。获北京市重大科技成果转化落地项目。获"中国防腐蚀行业发明专利金奖"1项(2012,第一获奖人),北京市科学技术(发明类)一等奖1项(2012,第一获奖人)。该技术推广应用节能减排与社会环境经济效益显著,市场潜力巨大,应用前景广阔。

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创新研发经验

       协同高效热回收与防腐国际性难题,涉及多学科问题。从技术到产品需要产学研结合。


       十多年来,课题组采取多学科协同创新模式,热科学与腐蚀防护及材料科学相结合,共同进行强化传热技术、防腐技术、流动减阻降噪技术、系统优化与工程应用技术研究,依托国家自然基金、北京市自然基金、北京市科委科技项目、国家科技支撑计划项目、国际合作项目,从基础与机理研究着手,突破技术瓶颈,产学研结合进行开发研究与工程应用研究,解决协同高效热回收与防腐国际性难题。
       王教授介绍,为了得到工程现场第一手资料,考察了300多座供热锅炉房(包括直燃机房),考察了电厂、油田、建材、纺织、化工、食品加工等工业锅炉和窑炉100多处。在示范工程建设中与工人一起进行安装与调试、检测,进行跟踪实测,经对整个采暖季跟踪实测数据分析发现,除了烟气热回收装置提高了燃气利用效率外,由于热回收装置提高了锅炉进水温度,进而还提高了锅炉本体效率,二者能大幅度提升锅炉系统总效率。
       十多年的科研,收获了喜人的成果:
       1)发明了防腐与强化传热综合性能好的表面改性技术,解决了烟气冷凝换热面的防腐,同时强化了传热传质。
       2)发展了烟气对流凝结传热传质理论,研发出协同防止电化学腐蚀、结构腐蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀等的强化传热技术及高效冷凝换热器。
       3)发明了以系统节能最大化、体积小与耗材少为目标的烟气流动减阻降噪技术。
       4)研发出适合国产化和国际化应用的多领域、系列化的高效紧凑小阻力低噪音防腐型烟气冷凝余热回收利用装置集成与制造技术,研制出系列产品。
       5)研发出多领域推广应用的烟气冷凝余热深度利用工程应用成套技术。

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项目可预见的未来

       正是在适应国家节能减排发展的需要研发的技术,其产业化推进以及对行业的影响是怎样的?


       王教授对此作了描述:
       烟气冷凝热回收装置和烟气余热深度利用技术,可适用的范围包括天然气锅炉、直燃机、天然气电厂、热电联产、工业窑炉、热水炉等设备的烟气余热深度利用。既有工程改造,或天然气燃烧设备的烟气冷凝换热,其产业化前景非常可观。
       有这样一组数据的描述:如果按照首都 2010 年用气量 70 亿 m3计,该技术推广应用后,每年可节约天然气4.9~7 亿 m3,节约燃料费 9~14亿元,CO2减少 93.5-130 万吨/年,NOX减少 710-1000t/a,产生可回收利用的凝结水 280~404 万吨/年。
       北京市"十二五"期间天然气用气量将达到180个亿立方米,燃气供热将超过50%,并将建立四大热电中心,我国"十二五"天然气用气量预计增加到2600亿立方米,利用烟气冷凝换热装置和余热深度利用技术,将天然气"吃干、榨净、友好排放",节能、节水、减排、社会经济效益更为巨大。
       我们的余热利用技术与热泵联合,在北京市做了个模拟电厂的试验,工程实测结果论文发布在了《暖通空调》杂志上。很多人都说这个余热的深度利用研究是非常有价值的,是非常珍贵的第一手资料。

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