電廠循環(huán)冷卻水余熱高效利用的關鍵問題探討

魏世超 張 凱 劉明亞

（核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180）

電廠循環(huán)冷卻水余熱高效利用的關鍵問題探討

魏世超 張 凱 劉明亞

（核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180）

電能已經成為社會生產與人們生活不可或缺的能源之一，針對電廠循環(huán)冷卻水大量余熱釋放與排放環(huán)境負面熱影響，提出電廠循環(huán)冷卻水余熱高效利用的關鍵問題。文章以某電廠循環(huán)冷卻水余熱回收項目為例，分析了電廠循環(huán)冷卻水高效利用所采用的熱泵技術，明確了其技術特征，并將所涉及到的關鍵問題進行了闡明。

電廠；循環(huán)冷卻水；余熱回收利用；關鍵問題；電能；能源利用率

為了更好地說明電廠循環(huán)冷卻水余熱高效利用工作的核心與關鍵環(huán)節(jié)，確保熱能的高效轉化，提升能源的利用率，促進發(fā)電廠的綠色健康發(fā)展，技術人員需要以現有的技術為基本框架，全面分析電廠循環(huán)冷卻水過程中余熱利用的途徑與方式，同時以某電廠為例，進行必要的補充說明。在一期工程建設規(guī)模為2×220MW燃煤機組，于2007年10月28日投產發(fā)電，主要服務對象是一起城市供熱服務，共投資11億元，能夠滿足280多萬m2的供熱需求。電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)作為保證電廠穩(wěn)定運行的關鍵環(huán)節(jié)，其所產生余熱與負面熱影響問題如果能夠有效緩解，則所能夠展現出的經濟效益與社會效益將非常顯著。

1 電廠循環(huán)冷卻水余熱問題及熱泵技術分析

1.1 電廠循環(huán)冷卻水余熱問題

電廠循環(huán)冷卻水余熱問題的處理主要表現在兩個方面：一方面，從能量蘊含量的角度來看，現階段我國電廠循環(huán)水冷卻余熱量巨大，具有較高的開發(fā)利用價值，滿足了現階段我國能源供應不足的緊張局面，對于能源體系的構建有著十分重大的現實意義。之所以會產生這樣的問題主要是電廠在實際運行的過程中，在不同形式能源的相互轉換中，電廠相關設施所能夠轉化的熱效率僅為40%，60%以上的熱量被冷卻水帶走，這些熱量在較長的一段時間內，由于技術條件的限制，無法進行有效利用。近些年來隨著科學技術的進步，能量應用模式的優(yōu)化，剩余能源的二次開發(fā)利用技術不斷成熟，為電廠循環(huán)冷卻水余熱高效利用工作的開展準備了技術條件。根據筆者調查數據顯示，2015年全國火電裝機總量約為3.9億kW，按照非供熱機組容量占火電總容量86%估算，相當于全年約有3.4億t的能量被白白扔到環(huán)境之中。可見，電廠循環(huán)水余熱問題余熱量巨大現象尤為艱巨；另一方面，電廠循環(huán)冷卻水余熱所產生的負面熱影響。通常狀況下，由于受到外部環(huán)境以及傳統(tǒng)觀念的影響，人們對于電廠環(huán)境的認知存在嚴重偏差，將電廠的環(huán)境問題過于簡單化與片面化，認為多數電廠僅僅看到自身排煙對于大氣環(huán)境的影響，因此采用的針對性方法也是除塵、脫硫技術的應用，嚴格控制自身的排污標準，但對于循環(huán)冷卻水余熱所產生的熱污染危害則視而不見。伴隨著裝機量的發(fā)展與影響，廢熱的排放量逐年增加，必定對環(huán)境產生嚴重影響，持久情況下將會產生負面影響，長此以往將產生環(huán)境問題。這就要求電廠在進行生產規(guī)劃的過程中要進一步明確余熱對于環(huán)境的危害性，在此基礎上提升自身對于余熱妨害的認知程度，采取合理的應對策略，對冷卻水余熱進行科學化處理，降低其對環(huán)境生態(tài)的危害。

1.2 電廠循環(huán)冷卻水熱泵技術

本電廠循環(huán)冷卻水熱泵技術在應用的過程中主要是以壓縮式熱泵與吸收式熱泵為主串聯系統(tǒng)為主，完成循環(huán)水余熱量的回收與充分利用。在研究與應用初期應該對壓縮式熱泵與吸收式熱泵的基本工作原理進行明確。通過對電廠循環(huán)冷卻水熱泵技術的合理分析與科學使用，提升冷卻水熱泵的工作質量，實現剩余熱量的二次循環(huán)使用，減少不必要的資源消耗與能量浪費。

壓縮式熱泵的基本工作原理為：低溫低壓的制冷劑通過蒸發(fā)器從低位冷源吸熱蒸發(fā)升溫之后進入到壓縮機當中，被絕熱壓縮成高溫高壓蒸汽，而后進入到冷凝器向高位熱源放熱冷凝之后，通過節(jié)流膨脹閥節(jié)流進行降溫降壓處理，在降低干度的濕蒸汽，完成低溫熱源的吸收與蒸發(fā)過程。循環(huán)往復，具體工作原理如下圖1所示：

圖1 壓縮式熱泵循環(huán)流程圖

吸收式熱泵的基本工作原理為：吸收式熱泵在應用的過程中包含兩種形式：第一種是工質蒸汽的發(fā)生需要消耗部分高質熱能；第二種是產生工質蒸汽的熱量由低品位的余熱熱源提供。這兩種類型在我國當中的應用主要是以第一種為主，由蒸發(fā)器、吸收器、發(fā)生器、冷凝器及溶液換熱器等基礎設備構成，最終完成冷卻水循環(huán)處理。具體工作原理圖如圖2所示：

圖2 吸收式熱泵循環(huán)流程圖

這兩種熱泵技術各具優(yōu)勢，能夠滿足不同環(huán)境下循環(huán)冷卻水余熱高效處理的客觀要求，但是考慮到兩種技術在應用原理方面存在著一定的差異，因此為了保證二者在實踐中的高效應用，技術人員在具體應用的過程中需要結合實際情況進行處理，對應用方案進行優(yōu)化處理。但本電廠在應用的過程中，主要是以兩種熱泵循環(huán)串聯為主，形成綜合性的利用體系，在余熱回收系統(tǒng)的構建當中，將兩種熱泵技術應用其中，最終確定整個余熱回收方案，方案示意圖如圖3所示：

圖3 某電廠循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)示意圖

從整個示意圖可以看出，在電廠運行的過程中采用這兩種熱泵技術，完成對循環(huán)冷卻水余熱的處理，需要從兩個方面做出具體考量：其一，60t/h工業(yè)抽氣為過熱蒸汽，目前所應用的吸收式熱泵驅動熱源實際上是一種飽和蒸汽，因此需要在這里將過熱蒸汽變成飽和蒸汽。為避免能量浪費的產生，整個過程增設螺桿膨脹機完成發(fā)電，保證能源的節(jié)約；其二，為滿足電廠冬季的實際運行需要，保持循環(huán)冷卻水的溫度被控制在16.5℃左右，在該條件下，吸收式熱泵無法對余熱進行回收，需要依據用電壓縮式熱泵去回收余熱。

該電廠自應用循環(huán)冷卻水余熱回收系統(tǒng)之后，根據余熱回收系統(tǒng)的投入，綜合分析經濟效益，投資回收期為24個月，項目投產運行之后，在當年節(jié)約標煤3500t，二氧化碳減排量7854t，二氧化硫減排量25.2t，氮氧化物減排量21.0t，展現出較強的環(huán)保效益。

2 電廠循環(huán)冷卻水熱能高效利用的關鍵問題

雖然當前有關于熱泵技術的發(fā)展已經較為成熟，商品化的熱泵機型種類繁多，但想要完全適應電廠循環(huán)冷卻水余熱回收利用，目前所涉及到的關鍵問題還主要集中在以下三個方面：

2.1 尋求能夠適應電廠循環(huán)冷卻水熱能高效利用的熱泵技術

當前循環(huán)冷卻水高效利用已經十分嚴峻，相關技術以及處理模式不夠成熟，在已有的技術體系下，難以真正意義上實現電廠循環(huán)冷卻水熱能的高效利用。如何在保證成本效益得到有效控制的同時，發(fā)揮出余熱處理最大的效應十分關鍵，一旦沒有處理好相關技術流程，其勢必造成投入成本的增加以及治理效果的降低，對于電力企業(yè)以及生態(tài)環(huán)境而言有著極為不利的影響。本次研究則提出壓縮式熱泵與吸收式熱泵串聯的應用方法，所表現出的效果顯著，能夠符合現場的經營與發(fā)展目標，值得推廣應用。

2.2 注重環(huán)保與高效節(jié)能

將環(huán)保與高效節(jié)能作為現階段電廠運行管理活動的中心環(huán)節(jié)以及核心要求。在具體應用的過程中，工作人員應努力提升自身的認知水平，明確電廠循環(huán)冷卻水蘊含著巨大的低品位熱能，系統(tǒng)在余熱利用的過程中不消耗不可再生資源，也并不排放有毒有害氣體，環(huán)保效用顯著，符合電廠的運行與發(fā)展目標。以該循環(huán)冷卻水余熱回收系統(tǒng)的具體運行為基礎，既能夠有效減少循環(huán)冷卻水冷卻時的蒸發(fā)量，也能夠為熱泵系統(tǒng)提供低位熱源，起到的是一種雙向節(jié)能作用。

2.3 保證熱泵系統(tǒng)在應用過程中的高度可靠性

熱泵系統(tǒng)作為構成整個回收系統(tǒng)的組成部分，保持高度的運行可靠性顯得十分必要與關鍵，對于循環(huán)冷卻水余熱高效利用有著重大意義，在實踐操作的過程中，要梳理熱泵系統(tǒng)的作用機理，將其與工作實際進行必要的結合，對熱泵的工作方式以及運行系統(tǒng)進行必要的調整，使其能夠真正意義上滿足循環(huán)冷卻水余熱高效利用的客觀要求。保證系統(tǒng)運行的自動化要求，達到高效運行的目的，也符合現代電廠的基本要求，促進電廠的綠色、健康以及可持續(xù)發(fā)展。

3 結語

綜上所述，對于電廠循環(huán)冷卻水余熱高效利用的關鍵問題，在現代研究中已經得到具體應用。雖然現階段電廠在熱能回收系統(tǒng)建設方面處于探索階段，但經過此次的社會效益與經濟效益的分析，相信在未來很多電廠也會踐行這種余熱回收系統(tǒng)，避免余熱的消耗與產生的負面熱影響。

[1]李巖，付林，張世鋼，等．電廠循環(huán)水余熱利用技術綜述[J]．建筑科學，2010，（10）.

[2]孫天宇，任建興，張健，等．水源熱泵在火電廠循環(huán)水余熱利用中的應用[J]．汽輪機技術，2014，（3）.

[3]夏立峰，肖冰，賀亞妮．熱電廠循環(huán)冷卻水余熱回收技術應用[J]．節(jié)能，2015，（5）.

[4]王光林，張濤，于澤庭，等．電廠循環(huán)水余熱供熱技術[J]．山東電力技術，2016，（4）.

（責任編輯：王 波）

X706

1009-2374（2017）12-0144-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.074

魏世超（1988-），男，河北張家口人，核工業(yè)理化工程研究院工程師，碩士，研究方向：流體流動與分離。

A