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, 而且循环冷能源技术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。