2.2 电厂循环冷却水余热利用的关键问题

尽 管 循 环 水 余 热 温 度 甚 低 ( ≤45℃) , 现 代 热 泵 技 术 将 其 温 度提升至 60～90℃, 甚至更高一些温度还是 完全可行的。

虽然现代热泵技术较为成熟, 商品化的热泵机型种类己 名 目 繁 多 , 但 完 全 适 应 电 厂 循 环 冷 却 水 余 热 回 收 利 用 的 热 泵 机 组 以 及 回 用 途 径 的 优 选 仍 待 研 究 解 决 。 一 般 而 言 , 高 效 回 收 利 用 中的关键问题应是:

( 1) 寻 求 能 充 分 利 用 热 力 发 电 厂 废 弃 热 或 汽 轮 机 低 压 抽 汽 热为驱动源的高效低成本热 泵。自上世纪 70 年代以来, 热泵技 术已有了飞速发展, 进入实用的种类有三、四种之多。广泛采用 的有蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵。吸附式热泵虽尚未进入工业 实用, 但在工业余热利用的研发中己显示出优势。压缩式热泵的 压缩机多以电能驱动, 电能属高品位能源, 使用厂用电驱动热泵 来获取余热能的利用, 其运行成本并不经济; 吸收式热泵以热能 驱动, 如果使用燃料燃烧的热能, 则也是消耗高品位能源来获取 余热能的利用, 同样应考虑成本合算与否。而工业生产过程中产 生的中温、中压余( 废) 热等应该是最理想的热泵驱动能, 既 避 免 了 高 级 资 源 的 浪 费, 还 能 充 分 利 用 废 弃 能 量 。 电 力 生 产 过 程 中 就 不 乏 废 热 的 排 放 , 如 锅 炉 二 次 排 污 扩 容 蒸 汽 可 用 以 作 为 吸 收 式、吸附式热泵的驱动源。电厂设计一般采用排污扩容器对部分 排 污 热 量 与 工 质 进 行 回 收 , 但 在 实 际 应 用 中 由 于 运 行 和 技 术 原 因 , 连 续 排 污 扩 容 器 蒸 汽 压 力 与 液 位 波 动 很 大 , 且 不 易 控 制 , 难 以将闪蒸出的蒸汽可靠回收到热力系统。很多 电厂虽设置了排 污 回 收 系 统, 由 于 应 用 困 难 , 大 多 弃 之 不 用[ 5] 。 热 力 系 统 中 还 有 较大的疏水系统、汽轮机轴 封漏汽系统等可供使用; 机组抽汽更 可 用 做 热 泵 驱 动 热 能 , 循 环 冷 却 水 经 热 泵 提 升 温 位 后 的 热 能 再 利用, 应比直接使用抽 汽功效更高。

充分利用热力发电厂的优越条件, 开发针对性更强的 低 价 、 高效热泵机型( 工质循环方 式、工质选择) 是这一事业的核心; 利 用 这 些 驱 动 热 源 的 可 行 性 及 热 经 济 性 , 则 是 其 研 究 的 重 点 问 题 之一。

( 2) 提升温度后循环水余热的有效利用。热泵产生的热量如 何利用, 是关系到循环水余热利用实用价值的根本问题。热泵提 升热量如需借用城市供热管网, 则必须符合供热网的技术要求。 通 常 水 热 网 供 水 温 度 为 150℃, 热 泵 提 升 循 环 水 余 热 后 的 温 度 难 于 达 到 , 不 可 利 用 现 成 管 网 ; 对 占 热 力 发 电 机 组 86%以 上 的 非 供 热 机 组 这 种 主 体 机 型 , 为 循 环 水 余 热 利 用 而 单 独 铺 设 供 热 管网( 除电厂厂区内和厂址附近区域短距离供热之外) 似乎不大 可能。

提升温度后的余热量尽可能在电厂附近区域的工业生产过 程及冬季采暖中利用。但需注意, 当夏季无需供热季节, 若将热 泵转作制冷循环运行, 循环水余热不仅不可再利用, 而且循环冷却水也不可作为热泵制冷循环中工质凝结放热的受纳体。这一点有别于一般水源( 如河水、海水、地下水、污水) 热泵的运行模 式。因为除吸收汽轮机凝汽器乏汽凝结热外, 不允许额外增加 电厂循环冷却水的温升。

提升温度后的热量也可能用于海水淡化的低温闪蒸工艺过 程, 替代直接使用抽汽, 更经济地实现电厂的水电联产, 而成为 有效利用的一个重要方面。

更值得注意的重要利用途径是: 回馈至电厂自身的热力循 环, 以提高热机热经济性, 即创建所谓的“热泵回热循环系统”。

提高蒸汽动力循环的根本途径之一是提高工质吸热过程的 平均温度。在蒸汽动力循环的吸热过程中, 水的预热至沸腾是整 个吸热过程( 沸腾、汽化、过热) 中温度最低的环节[ 6] 。若对此予 以改进, 即可大大提高整个吸热过程的平均温度, 给水回热系统 即是对此而设的, 它对机组和电厂的热经济性起着决定性的作用。

热泵将循环冷却水热量温位提升至 60℃以上, 可以回热至 凝结水, 提高给水吸热过程的平均温度, 并减少低压抽汽用于回热系统的汽量。 热泵驱动热源的选择及余热提升温度后的热量回馈电厂热力系统这两大环节都楔入了电厂的热力系统, 可能干扰业已优 化了的系统及其热经济性。因此, 电厂循环水余热利用不应是 现有产业化的热泵技术的简单移植, 而必定要把现代先进的热 泵技术( 包括尚处于研发阶段的技术) 和热力发电厂的实情紧密 联系一起, 寻求余热利用量最大化和电厂投资、运行经济最优化 的有机统一。

3 结语

火、核电厂循环冷却水余热排放对生态环境造成的负面热 影响已日益引起社会关注。循环水余热高效回收利用事业正是 由此负面影响而生的, 它是“节能减排”的具体体现, 即在源头上 减少废热排放, 对电厂生态环境保护极具意义; 同时余热回用又 使电厂节能提效, 实践了废热能“减量化、再利用、资源化”和燃 料“资源再利用”的循环经济理念。以高技术为龙头, 因地制宜、 因时制宜地开展这一高效余热利用的事业。在技术研发上注重 低成本高效率、能充分利用电厂自身资源的热泵机组的研发; 在 余热回用上也同样应注重结合电厂实际情况, 以合理、高效回用 途径实现电厂循环冷却水的资源效益。在新世纪和谐电力建设 进程中, 电厂循环冷却水余热高效利用顺应了加快推进环保清 洁电源建设, 把电厂建设成环境友好型和资源节约型产业这一 要求。

参考文献

1 中国电力企业联合会.中国电力行业年度发展报告 2006

2 金岚, 李平衡,等.水域热影响概论.北京:高等教育出版社, 1993

3 刘兰芬, 贺益英, 潘荔.火电厂余热综合利用研究评价- - - 全国火电厂余 热利用情况调查报告.国电公司环保办公室、中国水利水电科学院电力 环评中心, 1999

4 尹军,等.城市污水的资源再生及热能回收利用.化学工业出版社、环境 与工程出版社, 2003

5. 李中华,王如竹,等.固体吸附式空调/热泵在火电厂中的应用研究.热力 发电厂, 2001(3)

6 郑体宽.热力发电厂.中国电力出版社, 2001