電廠循環冷卻水余熱利用的關鍵問題

  盡管循環水余熱溫度甚低( ≤45℃) , 現代熱泵技術將其溫度提升至60～90℃, 甚至更高一些溫度還是完全可行的。雖然現代熱泵技術較為成熟, 商品化的熱泵機型種類己名目繁多, 但完全適應電廠循環冷卻水余熱回收利用的熱泵機組 以及回用途徑的優選仍待研究解決。一般而言, 高效回收利用中的關鍵問題應是:

 

  ( 1) 尋求能充分利用熱力發電廠廢棄熱或汽輪機低壓抽汽  熱為驅動源的高效低成本熱泵。自上世紀70 年代以來, 熱泵技術已有了飛速發展, 進入實用的種類有三、四種之多。廣泛采用的有蒸汽壓縮式熱泵、吸收式熱泵。吸附式熱泵雖尚未進入工業實用, 但在工業余熱利用的研發中己顯示出優勢。壓縮式熱泵的壓縮機多以電能驅動, 電能屬高品位能源, 使用廠用電驅動熱泵來獲取余熱能的利用, 其運行成本并不經濟; 吸收式熱泵以熱能驅動, 如果使用燃料燃燒的熱能, 則也是消耗高品位能源來獲取余熱能的利用, 同樣應考慮成本合算與否。而工業生產過程中產生的中溫、中壓余(廢) 熱等應該是最理想的熱泵驅動能, 既避免了高級資源的浪費, 還能充分利用廢棄能量。電力生產過程中就不乏廢熱的排放, 如鍋爐二次排污擴容蒸汽可用以作為吸收式、吸附式熱泵的驅動源。電廠設計一般采用排污擴容器對部分排污熱量與工質進行回收, 但在實際應用中由于運行和技術原因, 連續排污擴容器蒸汽壓力與液位波動很大, 且不易控制, 難以將閃蒸出的蒸汽可靠回收到熱力系統。很多電廠雖設置了排污回收系統, 由于應用困難, 大多棄之不用[5]。熱力系統中還有較大的疏水系統、汽輪機軸封漏汽系統等可供使用; 機組抽汽更可用做熱泵驅動熱能, 循環冷卻水經熱泵提升溫位后的熱能再利用, 應比直接使用抽汽功效更高。充分利用熱力發電廠的優越條件, 開發針對性更強的低價、高效熱泵機型( 工質循環方式、工質選擇) 是這一事業的核心; 利用這些驅動熱源的可行性及熱經濟性, 則是其研究的重點問題之一。

 

  ( 2) 提升溫度后循環水余熱的有效利用。熱泵產生的熱量如何利用, 是關系到循環水余熱利用實用價值的根本問題。熱泵提升熱量如需借用城市供熱管網, 則必須符合供熱網的技術要求。通常水熱網供水溫度為150℃, 熱泵提升循環水余熱后的溫度難于達到, 不可利用現成管網; 對占熱力發電機組86%以上的非供熱機組這種主體機型, 為循環水余熱利用而單獨鋪設供熱管網( 除電廠廠區內和廠址附近區域短距離供熱之外) 似乎不大可能。提升溫度后的余熱量盡可能在電廠附近區域的工業生產過程及冬季采暖中利用。但需注意, 當夏季無需供熱季節, 若將熱泵轉作制冷循環運行, 循環水余熱不僅不可再利用, 而且循環冷能源技術卻水也不可作為熱泵制冷循環中工質凝結放熱的受納體。這一 點有別于一般水源( 如河水、海水、地下水、污水) 熱泵的運行模式。因為除吸收汽輪機凝汽器乏汽凝結熱外, 不允許額外增加電廠循環冷卻水的溫升。提升溫度后的熱量也可能用于海水淡化的低溫閃蒸工藝過程, 替代直接使用抽汽, 更經濟地實現電廠的水電聯產, 而成為有效利用的一個重要方面。更值得注意的重要利用途徑是: 回饋至電廠自身的熱力循環, 以提高熱機熱經濟性, 即創建所謂的“熱泵回熱循環系統”。提高蒸汽動力循環的根本途徑之一是提高工質吸熱過程的平均溫度。在蒸汽動力循環的吸熱過程中, 水的預熱至沸騰是整 個吸熱過程( 沸騰、汽化、過熱) 中溫度最低的環節[6]。若對此予以改進, 即可大大提高整個吸熱過程的平均溫度, 給水回熱系統即是對此而設的, 它對機組和電廠的熱經濟性起著決定性的作用。熱泵將循環冷卻水熱量溫位提升至60℃以上, 可以回熱至凝結水, 提高給水吸熱過程的平均溫度, 并減少低壓抽汽用于回熱系統的汽量。熱泵驅動熱源的選擇及余熱提升溫度后的熱量回饋電廠熱力系統這兩大環節都楔入了電廠的熱力系統, 可能干擾業已優化了的系統及其熱經濟性。因此, 電廠循環水余熱利用不應是現有產業化的熱泵技術的簡單移植, 而必定要把現代先進的熱泵技術( 包括尚處于研發階段的技術) 和熱力發電廠的實情緊密聯系一起, 尋求余熱利用量最大化和電廠投資、運行經濟最優化的有機統一。