２０１５年，煤炭占我國能源消耗總量的６３％。目前我國已探明的煤礦儲量超過８００Ｇｔ，約占我國能源總量的７１％。我國７６％的發(fā)電燃料、７５％的工業(yè)動力燃料、８０％的居民生活燃料和６０％的化工原料都來自煤炭，其中，燃煤機組消耗我國煤炭總產(chǎn)量的５０％，是我國節(jié)能減排的主力。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，燃煤機組排煙溫度普遍偏高，不僅消耗大量煤炭，而且排放大量污染物，節(jié)能減排潛力巨大。燃煤機組中鍋爐排煙熱損失是各項熱損失中最大的一項，一般為５％～８％，占其總熱損失的８０％或更高。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每升高１０℃，排煙熱損失增加０．６％～１．０％。目前我國新設計的超臨界、超超臨界電站鍋爐的排煙溫度普遍維持在１２１～１２８℃的設計水平，燃用褐煤機組的設計排煙溫度更是高達１４０～１５０℃，而由于燃煤機組設計煤種和實際燃用煤種存在較大差異，更使燃煤機組的實際運行溫度一般維持在１３０～１７０℃，因此，深度降低燃煤發(fā)電機組的排煙溫度具有重大的節(jié)能減排潛力。煙氣深度冷卻技術是實現(xiàn)燃煤機組節(jié)能減排和超低排放的關鍵技術，其技術核心是將燃煤機組的排煙溫度降低到硫酸露點溫度以下，深度回收煙氣余熱，實現(xiàn)節(jié)能節(jié)水降耗，同時協(xié)同脫除污染物ＳＯ３、ＰＭ和Ｈｇ２＋，實現(xiàn)節(jié)能減排。自１９５７年起，世界各國廣泛開展了燃煤機組煙氣深度冷卻技術及裝置的應用研究，但工程實踐中發(fā)現(xiàn)當煙氣深度冷卻到硫酸露點溫度以下時，低溫腐蝕嚴重，造成機組非計劃停運，致使該技術無法推廣應用。其主要技術難點在于無法準確檢測煙氣深度冷卻過程中的硫酸露點溫度，致使低溫腐蝕難以控制，同時，由于我國燃煤機組普遍存在煤質(zhì)、負荷的變動工況，加劇了低溫腐蝕和積灰磨損。
本研究團隊于２００９年提出并申請了“一種鍋爐煙氣深度冷卻余熱回收系統(tǒng)”和“一種嵌入式鍋爐煙氣深度冷卻器”的國家發(fā)明專利，首次提出了“煙氣深度冷卻技術”和“煙氣深度冷卻器”的概念，發(fā)明專利提出的技術方案是在燃煤機組靜電除塵器前后安裝“煙氣深度冷卻器”余熱回收裝置，該裝置不同于過去的低壓省煤器等余熱回收利用系統(tǒng)，可以最大程度地將燃煤機組１２１～１７０℃的排煙溫度深度降低到９０℃，低于硫酸露點溫度以下。煙氣深度冷卻器在充分回收利用燃煤機組排煙余熱的同時，顯著減少脫硫塔為降低煙氣溫度而引起的噴水冷卻水耗，并使煙氣溫度降低達到最佳脫硫效率狀態(tài)。煙氣深度冷卻器所吸收的能量可以用來加熱系統(tǒng)凝結(jié)水，或通過暖風器加熱冷空氣，提高助燃空氣溫度，減輕空氣預熱器積灰、低溫腐蝕和堵塞；低溫凝結(jié)水經(jīng)煙氣余熱加熱后進入更高一級低壓加熱器，排擠汽輪機抽汽，增加汽輪機做功功率，提高機組系統(tǒng)熱效率，節(jié)約煤炭資源，直接減少污染物排放；同時煙氣深度冷卻過程中可以有效降低煙塵比電阻，減少煙氣體積，降低煙氣流速，提高靜電除塵效率，降低引風機或增壓風機電耗；更重要的是，當煙氣深度冷卻至低于硫酸露點溫度時，煙氣中飛灰將與ＳＯ３、水蒸氣結(jié)合，形成硫酸蒸汽或液滴，發(fā)生凝并吸收，引起ＰＭ發(fā)生聚并，有效降低ＰＭ２．５含量，并隨著后續(xù)靜電除塵設備而被協(xié)同脫除，達到污染物超低排放的效果，減緩大氣中霧霾的形成。另外，在本研究團隊提出“煙氣深度冷卻器”之前，電站鍋爐尾部也普遍裝備了空氣預熱器（ＡＰＨ）和煙氣濕法脫硫（ＦＧＤ）裝置，其中空氣預熱器也是一種煙氣深度冷卻器，因為空氣預熱器的冷端金屬壁溫基本處于硫酸露點溫度以下；而煙氣濕法脫硫裝置是一種吸收劑直接接觸煙氣實現(xiàn)煙氣深度冷卻的污染物協(xié)同脫除裝置，濕法脫硫技術發(fā)展到今天，我們已經(jīng)清楚地認識到：ＦＧＤ不只是單純脫硫的裝置，而是具有脫除ＳＯ２、ＳＯ３、ＰＭ和Ｃｌ－和Ｆ－等酸根離子的煙氣污染物綜合協(xié)同脫除裝置，其本身更是一個直接接觸噴淋冷凝、傳熱傳質(zhì)的煙氣深度冷卻裝置。本文主要研究間接傳熱的“煙氣深度冷卻器”，但是，對于直接噴淋冷凝、傳熱傳質(zhì)的污染物綜合協(xié)同脫除裝置的煙氣深度冷卻污染物協(xié)同治理功能也有相關論述，以拓展和深化“煙氣深度冷卻器”的概念。因此，面臨日趨嚴峻的燃煤機組節(jié)能環(huán)保要求，以煙氣深度冷卻為核心的燃煤機組污染物協(xié)同綜合治理關鍵技術必將成為燃煤發(fā)電機組長周期安全高效低排放運行的必然選擇。
本書在內(nèi)容上以基礎理論和關鍵技術研究支撐工程應用，在煙氣深度冷卻器的材料選型、設計、制造、安裝和長周期安全高效運行的各個環(huán)節(jié)進行了闡述，力求讓讀者領略到煙氣深度冷卻器從基本概念、強化傳熱元件選型、方案設計及優(yōu)化、高效緊湊換熱器結(jié)構(gòu)設計及優(yōu)化、系統(tǒng)技術集成到工程示范的全過程，使本書滿足科學性、系統(tǒng)性和實用性的撰寫目標。本書主要面向從事燃煤機組煙氣污染物超低排放協(xié)同治理和煙氣深度冷卻系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設計、生產(chǎn)和節(jié)能減排運行的高級工程技術人員和運行管理人員，還可供從事煙氣深度冷卻器的安全生產(chǎn)、監(jiān)督監(jiān)察、環(huán)境保護、運行管理、熱工測試、節(jié)能減排管理及相關專業(yè)的工程技術人員參考。
本書由西安交通大學能源與動力工程學院趙欽新、嚴俊杰、王云剛、劉明、梁志遠和青島達能環(huán)保設備股份有限公司姜衍更６人共同完成，趙欽新教授完成第一章、第二章；嚴俊杰教授完成第四章第一、二節(jié)；王云剛副教授完成第三章第一、四、六節(jié)和第五章；劉明副教授完成第三章第二節(jié)和第四章第三節(jié)；梁志遠博士講師完成第三章第三、五節(jié)；趙欽新教授和王云剛副教授共同完成第六章；姜衍更高級工程師完成第七章和第八章。本研究團隊的種道彤教授，王存陽、宋修奇高級工程師，陳衡、陳曉露、馬海東、李鈺鑫、潘佩媛、焦健、王宇、馬岳庚等博士研究生，傅吉收、韓棟、謝玲、劉超、張洪濤、張召波等工程師，陳中亞、張咪、馬信等碩士研究生也參加了本書相關章節(jié)內(nèi)容的撰寫和本書插圖及表格等編輯工作，在此一并表示感謝，全書由趙欽新統(tǒng)稿。
本書由西安交通大學能源與動力工程學院熱流科學與工程教育部重點實驗室主任何雅玲院士主審，著作者對何雅玲院士在審稿中所提出的寶貴意見表示衷心感謝。限于作者水平，書中不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。