電廠循環(huán)冷卻水余熱高效利用的關鍵問題

1、電廠循環(huán)冷卻水余熱高效利用的關鍵問題工業(yè)經(jīng)濟促進了社會經(jīng)濟快速增長的同時， 能源消耗與日俱 增。由工業(yè)經(jīng)濟所帶來的負面效應已經(jīng)越來越被人們所意識到， 并采取各種措施試圖減緩大量能源耗費所造成的損失。 從目前的 大型燃煤火電廠的能量轉(zhuǎn)換效率來看， 以冬季供暖為例， 大約一 半以上的燃料熱量并沒有被利用起來， 而是經(jīng)過冷卻塔的降溫之 后才能夠循環(huán)使用， 大量的熱量經(jīng)汽輪機低壓缸排汽進入到冷端 系統(tǒng)并散失到大氣中。 如果將這些能源回收再利用， 降低熱污染 程度的同時， 還可以滿足城市的供暖需要， 從熱電廠能源綜合利 用的角度來講， 既提高了電廠的經(jīng)濟效益， 也獲得了顯著的社會 效益。1電廠循環(huán)冷卻水

2、1.1 火電廠和熱電廠的循環(huán)冷卻水 火電廠和熱電廠普遍使用的發(fā)電機組為抽氣凝氣式發(fā)電機 組。在蒸汽動力循環(huán)的過程中， 汽輪機的熱力循環(huán)依賴于高溫高 壓蒸汽做功，需要存在著氣溫最低點位，即冷端，經(jīng)非接觸冷卻 之后，熱量經(jīng)過管壁傳遞熱量，凝結熱量被釋放出來后，形成凝 結水重新返回到鍋爐中。 凝氣式發(fā)電機組的熱量損失主要是在冷 端釋放出熱量，當所損失的熱量已經(jīng)超過汽機做功的熱能的時 候，就會造成單位蒸汽流量的熱損失。在熱機生產(chǎn)過程中，出現(xiàn) 熱量損失是必然的， 汽機凝汽器的作用就是將流經(jīng)的循環(huán)冷卻水所凝結的潛熱吸收。1.2 循環(huán)冷卻水的來源 循環(huán)冷卻水主要來源于自然水域，即為“一次循環(huán)冷卻”， 或者“

3、水面冷卻”。 當吸收了乏汽余熱的冷卻水被排放到自然水 域中之后，混合于自然水體中，將部分余熱散發(fā)在大氣中，大量 的余熱則被排放到水域當中。 同時， 發(fā)電廠會在沒有受到排放余 熱的影響的水域抽取新的低溫循環(huán)冷卻水。隨著排水問題的解 決，將余熱排放出去，同時進行低溫取水，確保了凝汽器達到良 好的冷卻效果。如果熱電廠坐落的環(huán)境水資源匱乏， 那么，就要將冷卻塔冷 卻循環(huán)水的功能充分地運用起來， 即為“二次循環(huán)冷卻”。 或者 “冷卻塔冷卻”。冷卻塔將冷卻水的余熱釋放到大氣環(huán)境中后， 在進行循環(huán)回收， 送到凝汽器進行冷卻乏汽。 隨著發(fā)電機組的持 續(xù)運行， 循環(huán)冷卻水就會將熱能不斷地釋放到大氣環(huán)境當中， 對

4、 環(huán)境造成了影響，還造成了自然能源浪費。2.電廠循環(huán)冷卻水余熱排放所引起熱污染 人們對環(huán)境污染的關注，主要是排煙所造成的的發(fā)起污染， 而對熱電廠排放物的水環(huán)境污染卻較少注意 , 特別是電廠循環(huán)冷 卻水中含有大量的熱能量， 如果直接排放到環(huán)境中， 會對電廠周 圍環(huán)境造成嚴重的熱污染。 從熱能轉(zhuǎn)化的情況來看， 電廠的燃料 經(jīng)過燃燒后所釋放出來的熱量能夠有效地轉(zhuǎn)化為人能的不超過 40%，其余熱量的散失主要是通過排煙和循環(huán)冷卻水的途徑排出。與鍋爐煙囪的排煙相比， 汽輪機凝汽器的循環(huán)冷卻水所散失到環(huán) 境中的熱量要占有絕大部分。以 1000 兆瓦的火電汽輪機機組運行為例，其循環(huán)水量可以達到每秒30立方米左

5、右，環(huán)境水域的溫度平均提升10C左右，所對應的熱量平均每天達到 1.6 X 1061.8 X 106千焦，如果按 照火電汽輪機機組每年 7000 小時計算，平均每年所耗費的能量 達到 4.0X10134.7X1013 千焦，折合為標準煤大約為 160萬 噸。所排出的溫排水，冬季為 2034C,夏季為2444C，這 種地域50C的低品味熱能，隨著循環(huán)水量的增多，其熱量也會 相應地增多。隨著自然保護意識的提高， 自然水域環(huán)境的溫度要求也相對 較高。雖然對于水域的溫度范圍沒有明文規(guī)定， 但是對水域的要 求會有所限制。在地表水環(huán)境質(zhì)量標準(JB3838-2002 )中， 就對人為影響所造成的環(huán)境水溫變

6、化有所規(guī)定， 要求每一個星期 的平均升溫要小于 1C,降溫則要界定在 2C范圍內(nèi)。此時電廠 循環(huán)水排放的最大約束。冷卻塔冷卻的過程中， 由于熱量和水滴的散失， 會在熱電廠 的周圍形成小氣候。 冷卻塔冷卻主要是受到蒸發(fā)散熱的影響， 在 風的作用下形成空氣溫度的局部升高，濕度也會相應地發(fā)生變 化。從水面冷卻的角度而言， 溫排水主要表現(xiàn)在水的溫度以及溶 解氧對水域中水質(zhì)量的影響。水生物的生活環(huán)境因此而有所改 變，導致大量的水生物死亡。 魚類以及水藻類的生活質(zhì)量發(fā)生了 改變，同時水域富營養(yǎng)化程度也會因此而受到不同程度的影響。 比如，在富氧化水環(huán)境中， 由于藻類植物的大量生長而使溶解氧 下降，同時還會造

7、成嚴重的熱污染現(xiàn)象。3. 熱電廠循環(huán)冷卻水的利用3.1 充分利用循環(huán)冷卻水的必要性 二十一世紀為循環(huán)經(jīng)濟社會， 基于低碳經(jīng)濟和綠色環(huán)保理念 的建立， 就要從提高電廠的熱效率入手， 做到能源資源的合理利 用，并從生態(tài)環(huán)境保護的層面提高循環(huán)冷卻水的利用率。 基于目 前我國的 8 個高能耗行業(yè)的能耗水平高于世界先進水平的 45%， 而且在整個的工業(yè)部門中的能源消耗量占有率高達65%以上，那么，中國的工業(yè)部門平均每年在能源的消耗上， 相比較于國際能 源技術水平先進的國家相比，標準煤的消耗上大約多 2.5 億噸。 熱電廠作為高耗能行業(yè)之一， 如果對歲釋放的能量回收利用， 就 會大大滴降 低電廠煤的的消耗

8、量。3.2 建立在熱泵回收低品位能源理論基礎上的熱能回收利用 根據(jù)熱力學學原理， 熱泵不會自發(fā)地傳遞于低溫區(qū)與高溫區(qū) 之間，而是以消耗一定的能力作為驅(qū)動工質(zhì)。 熱泵在使用的過程 中，就是將循環(huán)冷卻水的余熱作為低溫熱源， 將熱泵系統(tǒng)作為傳 遞熱量的載體， 在熱泵系統(tǒng)中， 熱能會以凝結熱或者汽化潛熱的 形式從攜帶著低溫熱向高溫熱體傳遞。 驅(qū)動熱泵此時所消耗的功 將全部被轉(zhuǎn)換為熱能。 在低溫體所吸收的熱量也一同被傳遞向高溫體。目前熱電廠普遍使用的熱泵包括蒸汽噴射式熱泵、 壓縮式熱 泵等等， 隨著工業(yè)余熱利用領域的開發(fā)， 固體吸附式熱泵的研究 進入到應用性領域。在熱泵的設計上，主要是對工質(zhì)的選擇，根 據(jù)余熱資源相比較于實際溫度來確定的。 那么，在熱泵的探索過 程中，制冷循環(huán)方式以及工質(zhì)的選擇都要依賴于可靠的技術保 證。利用電廠循環(huán)冷卻水余熱，要重點研究熱泵、熱管的回收功 能，兼顧其他的綜合利用形式。在熱能循環(huán)冷卻水利用的同時， 還要起到清潔水質(zhì)、 穩(wěn)定水劉玲和水溫度的作用。 特別是將驅(qū)動 熱泵的中溫、 中壓廢熱源充分地利用起來， 突進可以提供充沛的 熱力，而且還會用于空調(diào)等等電氣設備的使用， 或者循環(huán)回到熱 電廠的回熱系統(tǒng)中， 作為加熱給水使用， 以提高熱電廠的熱能使 用效率。結語：綜上所述， 從熱電廠的發(fā)電效率來看， 能夠被有效利用的熱 量不會超過