电厂循环冷却水余热高效利用的关键问题探讨

2017-07-21魏世超刘明亚

中国高新技术企业 2017年12期

关键词：吸收式热泵余热

魏世超张凯刘明亚

（核工业理化工程研究院，天津 300180）

电厂循环冷却水余热高效利用的关键问题探讨

魏世超张凯刘明亚

（核工业理化工程研究院，天津 300180）

电能已经成为社会生产与人们生活不可或缺的能源之一，针对电厂循环冷却水大量余热释放与排放环境负面热影响，提出电厂循环冷却水余热高效利用的关键问题。文章以某电厂循环冷却水余热回收项目为例，分析了电厂循环冷却水高效利用所采用的热泵技术，明确了其技术特征，并将所涉及到的关键问题进行了阐明。

电厂；循环冷却水；余热回收利用；关键问题；电能；能源利用率

为了更好地说明电厂循环冷却水余热高效利用工作的核心与关键环节，确保热能的高效转化，提升能源的利用率，促进发电厂的绿色健康发展，技术人员需要以现有的技术为基本框架，全面分析电厂循环冷却水过程中余热利用的途径与方式，同时以某电厂为例，进行必要的补充说明。在一期工程建设规模为2×220MW燃煤机组，于2007年10月28日投产发电，主要服务对象是一起城市供热服务，共投资11亿元，能够满足280多万m2的供热需求。电厂循环冷却水系统作为保证电厂稳定运行的关键环节，其所产生余热与负面热影响问题如果能够有效缓解，则所能够展现出的经济效益与社会效益将非常显著。

1 电厂循环冷却水余热问题及热泵技术分析

1.1 电厂循环冷却水余热问题

电厂循环冷却水余热问题的处理主要表现在两个方面：一方面，从能量蕴含量的角度来看，现阶段我国电厂循环水冷却余热量巨大，具有较高的开发利用价值，满足了现阶段我国能源供应不足的紧张局面，对于能源体系的构建有着十分重大的现实意义。之所以会产生这样的问题主要是电厂在实际运行的过程中，在不同形式能源的相互转换中，电厂相关设施所能够转化的热效率仅为40%，60%以上的热量被冷却水带走，这些热量在较长的一段时间内，由于技术条件的限制，无法进行有效利用。近些年来随着科学技术的进步，能量应用模式的优化，剩余能源的二次开发利用技术不断成熟，为电厂循环冷却水余热高效利用工作的开展准备了技术条件。根据笔者调查数据显示，2015年全国火电装机总量约为3.9亿kW，按照非供热机组容量占火电总容量86%估算，相当于全年约有3.4亿t的能量被白白扔到环境之中。可见，电厂循环水余热问题余热量巨大现象尤为艰巨；另一方面，电厂循环冷却水余热所产生的负面热影响。通常状况下，由于受到外部环境以及传统观念的影响，人们对于电厂环境的认知存在严重偏差，将电厂的环境问题过于简单化与片面化，认为多数电厂仅仅看到自身排烟对于大气环境的影响，因此采用的针对性方法也是除尘、脱硫技术的应用，严格控制自身的排污标准，但对于循环冷却水余热所产生的热污染危害则视而不见。伴随着装机量的发展与影响，废热的排放量逐年增加，必定对环境产生严重影响，持久情况下将会产生负面影响，长此以往将产生环境问题。这就要求电厂在进行生产规划的过程中要进一步明确余热对于环境的危害性，在此基础上提升自身对于余热妨害的认知程度，采取合理的应对策略，对冷却水余热进行科学化处理，降低其对环境生态的危害。

1.2 电厂循环冷却水热泵技术

本电厂循环冷却水热泵技术在应用的过程中主要是以压缩式热泵与吸收式热泵为主串联系统为主，完成循环水余热量的回收与充分利用。在研究与应用初期应该对压缩式热泵与吸收式热泵的基本工作原理进行明确。通过对电厂循环冷却水热泵技术的合理分析与科学使用，提升冷却水热泵的工作质量，实现剩余热量的二次循环使用，减少不必要的资源消耗与能量浪费。

压缩式热泵的基本工作原理为：低温低压的制冷剂通过蒸发器从低位冷源吸热蒸发升温之后进入到压缩机当中，被绝热压缩成高温高压蒸汽，而后进入到冷凝器向高位热源放热冷凝之后，通过节流膨胀阀节流进行降温降压处理，在降低干度的湿蒸汽，完成低温热源的吸收与蒸发过程。循环往复，具体工作原理如下图1所示：

图1 压缩式热泵循环流程图

吸收式热泵的基本工作原理为：吸收式热泵在应用的过程中包含两种形式：第一种是工质蒸汽的发生需要消耗部分高质热能；第二种是产生工质蒸汽的热量由低品位的余热热源提供。这两种类型在我国当中的应用主要是以第一种为主，由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器及溶液换热器等基础设备构成，最终完成冷却水循环处理。具体工作原理图如图2所示：

图2 吸收式热泵循环流程图

这两种热泵技术各具优势，能够满足不同环境下循环冷却水余热高效处理的客观要求，但是考虑到两种技术在应用原理方面存在着一定的差异，因此为了保证二者在实践中的高效应用，技术人员在具体应用的过程中需要结合实际情况进行处理，对应用方案进行优化处理。但本电厂在应用的过程中，主要是以两种热泵循环串联为主，形成综合性的利用体系，在余热回收系统的构建当中，将两种热泵技术应用其中，最终确定整个余热回收方案，方案示意图如图3所示：

图3 某电厂循环水余热回收系统示意图

从整个示意图可以看出，在电厂运行的过程中采用这两种热泵技术，完成对循环冷却水余热的处理，需要从两个方面做出具体考量：其一，60t/h工业抽气为过热蒸汽，目前所应用的吸收式热泵驱动热源实际上是一种饱和蒸汽，因此需要在这里将过热蒸汽变成饱和蒸汽。为避免能量浪费的产生，整个过程增设螺杆膨胀机完成发电，保证能源的节约；其二，为满足电厂冬季的实际运行需要，保持循环冷却水的温度被控制在16.5℃左右，在该条件下，吸收式热泵无法对余热进行回收，需要依据用电压缩式热泵去回收余热。

该电厂自应用循环冷却水余热回收系统之后，根据余热回收系统的投入，综合分析经济效益，投资回收期为24个月，项目投产运行之后，在当年节约标煤3500t，二氧化碳减排量7854t，二氧化硫减排量25.2t，氮氧化物减排量21.0t，展现出较强的环保效益。

2 电厂循环冷却水热能高效利用的关键问题

虽然当前有关于热泵技术的发展已经较为成熟，商品化的热泵机型种类繁多，但想要完全适应电厂循环冷却水余热回收利用，目前所涉及到的关键问题还主要集中在以下三个方面：

2.1 寻求能够适应电厂循环冷却水热能高效利用的热泵技术

当前循环冷却水高效利用已经十分严峻，相关技术以及处理模式不够成熟，在已有的技术体系下，难以真正意义上实现电厂循环冷却水热能的高效利用。如何在保证成本效益得到有效控制的同时，发挥出余热处理最大的效应十分关键，一旦没有处理好相关技术流程，其势必造成投入成本的增加以及治理效果的降低，对于电力企业以及生态环境而言有着极为不利的影响。本次研究则提出压缩式热泵与吸收式热泵串联的应用方法，所表现出的效果显著，能够符合现场的经营与发展目标，值得推广应用。

2.2 注重环保与高效节能

将环保与高效节能作为现阶段电厂运行管理活动的中心环节以及核心要求。在具体应用的过程中，工作人员应努力提升自身的认知水平，明确电厂循环冷却水蕴含着巨大的低品位热能，系统在余热利用的过程中不消耗不可再生资源，也并不排放有毒有害气体，环保效用显著，符合电厂的运行与发展目标。以该循环冷却水余热回收系统的具体运行为基础，既能够有效减少循环冷却水冷却时的蒸发量，也能够为热泵系统提供低位热源，起到的是一种双向节能作用。

2.3 保证热泵系统在应用过程中的高度可靠性

热泵系统作为构成整个回收系统的组成部分，保持高度的运行可靠性显得十分必要与关键，对于循环冷却水余热高效利用有着重大意义，在实践操作的过程中，要梳理热泵系统的作用机理，将其与工作实际进行必要的结合，对热泵的工作方式以及运行系统进行必要的调整，使其能够真正意义上满足循环冷却水余热高效利用的客观要求。保证系统运行的自动化要求，达到高效运行的目的，也符合现代电厂的基本要求，促进电厂的绿色、健康以及可持续发展。