電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水余熱利用的途徑

  1999年中國水利水電科學(xué)院與國家電力公司環(huán)保辦公室一起完成了“火電廠(chǎng)余熱綜合利用研究評價(jià)——全國火電廠(chǎng)余熱利用 情況調查報告”[5] 。研究指出：限于電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水排水余熱溫度在50℃以下，屬于低品位熱能，直接利用范圍狹窄。目前，國內開(kāi)展其余熱利用的電廠(chǎng)很少，僅占火電廠(chǎng)總數的16%。其中，87%的電廠(chǎng)主要利用方式是水產(chǎn)品養殖，其利用量極少，且效率十分低下。因此，應組織人力，并有一定的投入，集中重點(diǎn)方向開(kāi)展高效率余熱利用技術(shù)的研究、實(shí)驗和試點(diǎn)工作。即對熱泵、熱管這種技術(shù)含量高并已相當成熟的技術(shù)如何在電廠(chǎng)循環(huán)水余熱利用中有效采用，組織攻關(guān)，建立示范工程，推廣技術(shù)。

 

  我國從事環(huán)境保護的學(xué)者和有識之士，將城市廢水視為城市可再利用的資源時(shí)，己不再停留在污水回用(中水利用)這一層面上，而是要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)城市污水的廢熱 能回收及污泥利用，以實(shí)現城市污水三位一體的成套體系型污水資源化戰略[2] 。城市污水的廢熱能回收利用，為電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水余熱利用的必要性和迫切性提供了理論和技術(shù)支持。城市污水熱能回收利用的實(shí)施途徑、可行性分析、回收利用系統的評價(jià)指標及運行狀況分析等，對火、核電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水余熱利用的研究和實(shí)施都是極具借鑒價(jià)值的。     城市污水熱能回收利用的途徑以熱泵回收低品位能源為理論基礎。

 

  熱泵是一種把低溫位的熱能輸送至高溫位的機械。從原理上而言，熱泵與制冷機是相同的，區別在于使用的目的。實(shí)際上，制冷和供熱是熱泵(或制冷機)熱力循環(huán)過(guò)程中的兩個(gè)必不可少的環(huán)節，也正是充分利用這兩個(gè)環(huán)節，使熱泵技術(shù)在電廠(chǎng)余熱利用中既可供熱，又可制冷。這里所提及的“熱泵”技術(shù)實(shí)為“制冷/供熱”技術(shù)的統稱(chēng)。

 

  利用熱泵技術(shù)回收電廠(chǎng)余熱、特別是回收汽輪機循環(huán)冷卻水余熱的工作原理是：熱泵利用該余熱源作為低溫熱源，以熱泵系統中的工質(zhì)作為熱的載體。按熱力學(xué)第二定律，熱量不會(huì )自發(fā)地從低溫區向高溫區傳遞，因此熱泵工作時(shí)必消耗一定的有用能量(如：電能和熱能)驅動(dòng)工質(zhì)，在熱泵系統內以相變熱(汽化潛熱或凝結熱)形式自低溫熱源帶走熱量并輸送至高溫熱源。驅動(dòng)熱泵所消耗的有用能(或功)E全部被轉換成熱，這部分熱量E和從低溫體吸取的熱量Q2一起輸向高溫體，即Q1=Q2+E，Q1為向高溫體輸送的熱量。為說(shuō)明這種能量轉換的優(yōu)劣，熱泵工作效率可用性能系數COP(Coefficient of Performance)或供熱系數來(lái)衡量，COP=Q1/E，則 COP=Q1/E=Q2/E+1=ε+1，ε=Q2/E，稱(chēng)為制冷系數?？梢?jiàn)COP恒大于1，熱泵的該值一般為1.5～4，說(shuō)明熱泵消耗少量的有用能可獲得數倍的熱能，這正是從低溫熱源提取的熱量。當今，已有了多種類(lèi)型的熱泵：如壓縮式熱泵、吸收式熱泵、蒸汽噴射式熱泵。近年來(lái)，國內、外陸續在太陽(yáng)能利用和工業(yè)余熱利用領(lǐng)域開(kāi)展了固體吸附式熱泵的應用性研究，取得了不少較成功的實(shí)驗結果，并開(kāi)始了初期的商業(yè)化生產(chǎn)。熱泵的設計中，要依據余熱資源的實(shí)際溫度高低選擇工質(zhì)對，并根據實(shí)際的要求選擇合適的制冷循環(huán)方式。對于電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水如此低品位的熱源，選擇工質(zhì)對和制冷循環(huán)方式更是一個(gè)首要而艱難的探索過(guò)程。

 

  熱泵技術(shù)的日趨成熟和快速發(fā)展，無(wú)疑為推廣余熱熱能回收利用提供了可靠的技術(shù)保證。因此，電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水余熱利用同樣應該重點(diǎn)放在熱泵、熱管這一高效率回收途徑上，并適當兼顧其他綜合利用的形式。

 

  電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水余熱利用應當比污水熱能回收更易實(shí)現，因為電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水有相對清潔的水質(zhì)，相對穩定的流量和溫度；電廠(chǎng)又有充沛、廉價(jià)的電力、熱力，尤其有可驅動(dòng)熱泵的中溫、中壓廢熱源。經(jīng)熱泵提升溫度后的循環(huán)冷卻水的熱量，不僅可用于空調、生活熱水、輕工業(yè)生產(chǎn)(如：干燥、食品加工、紡織業(yè)??)，也可返回電廠(chǎng)回熱系統，加熱給水，提高電廠(chǎng)熱效率。因此，無(wú)論從電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水所蘊含的巨大熱量可作為城市低溫熱能資源加以再利用；還是從保證電廠(chǎng)安全經(jīng)濟運行，或是從降低冷卻水排放熱污染影響，進(jìn)而一定程度削減電廠(chǎng)建設中關(guān)于取、排水工程問(wèn)題難度而言，都應該把循環(huán)冷卻水熱能回收利用研究提到考慮的日程上來(lái)。

 

  在當今全球規模的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴重的情勢下，以往那種“大量生產(chǎn)、大量流通、大量浪費、大量廢棄”的生產(chǎn)模式己經(jīng)越來(lái)越不被人們所接受。因此，應切實(shí)關(guān)注這一巨大的低溫熱源的資源效益，在“把節約放在首位，依法保護和合理使用資源，提高資源利用率，實(shí)現永續利用”的方針指導下，樹(shù)立開(kāi)展電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水余熱利用的超前理念，設立專(zhuān)門(mén)的組織機構，統一規劃，統一管理。將高技術(shù)含量的回收利用與一般性回用途徑結合起來(lái)。以高技術(shù)為龍頭，因地制宜、因時(shí)制宜地開(kāi)展這一余熱利用的事業(yè)；在宏觀(guān)監控上，國家應出臺鼓勵電廠(chǎng)余熱利用的政策，對于利用余熱進(jìn)行生產(chǎn)加工的企業(yè)給予優(yōu)先發(fā)展的條件，對其產(chǎn)品銷(xiāo)售給予優(yōu)惠；在技術(shù)研發(fā)上，要研制和開(kāi)發(fā)低成本高效率、能充分利用電廠(chǎng)自身廢熱能為驅動(dòng)能的熱泵機組，以及開(kāi)發(fā)采用熱管這一熱超導元件的高效換熱裝置。隨著(zhù)科技的發(fā)展，應逐步加大熱泵、熱管高技術(shù)回用技術(shù)在電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水余熱利用中的比例。為保障‘循環(huán)水余熱利用’研究項目的實(shí)施，要建立“產(chǎn)學(xué)研”一體的技術(shù)開(kāi)發(fā)體系，組織示范工程。

 

  污水處理資源化的三大支柱之一便是污水熱能回收利用，這是環(huán)境保護及資源循環(huán)利用先導者們面對世界生態(tài)環(huán)境日趨惡劣、可用資源日漸匱乏的嚴酷現實(shí)所提出的戰略。污水熱能回用尚且如此，火、核電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水所含巨大余熱量的回收利用，在能源節約及環(huán)境保護上的深深寓意應不辨自明。因此，當前問(wèn)題所在已不是應不應該開(kāi)展電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水余熱利用的研究，而是如何把利用的研究工作搞得更好；不是有幾個(gè)電廠(chǎng)對循環(huán)冷卻水余熱已有所利用，熱泵技術(shù)已相對成熟，可照搬過(guò)來(lái)了，而是如何緊密結合電廠(chǎng)實(shí)際情況，提高利用的效益，充分使用電廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中排放的其它廢熱源，而去研制更適合火、核電廠(chǎng)回收低品位熱能的高效廉價(jià)的熱泵、熱管換熱器。不應該躊躇于初期階段有可能出現的“投入”微勝、甚至不抵“產(chǎn)出”的暫時(shí)局面，確信隨著(zhù)國家宏觀(guān)調控政策的逐漸完善、世界科技水平的日益發(fā)展，在此項研究的深入進(jìn)程中，低成本、高產(chǎn)出的效益型電廠(chǎng)循環(huán)水余熱回收利用系統定會(huì )實(shí)現。因為，如此巨額數量能源的回用，本身就是資源財富；燃煤及熱排放所造成生態(tài)污染的消除，本身就是巨大效益!