电厂循环冷却水余热高效利用的关键问题

摘要：电厂在冬季供电的时候，大约有超过20%的热量都要经由冷却塔排放到周围环境中。冷却塔的功能在于循环冷却水，以将大量的余热能量排放出去，造成了燃煤能量的大量浪费。如果将排放出去的余热能量回收，就可以在电厂规模不变的情况下，通过降低供热蒸汽耗量，提高冬季热源的供热能力，使热电厂的发电能力有所提高。

关键词：电厂循环冷却水；余热高效利用；节能

中图分类号：TE08文献标识码： A

工业经济促进了社会经济快速增长的同时，能源消耗与日俱增。由工业经济所带来的负面效应已经越来越被人们所意识到，并采取各种措施试图减缓大量能源耗费所造成的损失。从目前的大型燃煤火电厂的能量转换效率来看，以冬季供暖为例，大约一半以上的燃料热量并没有被利用起来，而是经过冷却塔的降温之后才能够循环使用，大量的热量经汽轮机低压缸排汽进入到冷端系统并散失到大气中。如果将这些能源回收再利用，降低热污染程度的同时，还可以满足城市的供暖需要，从热电厂能源综合利用的角度来讲，既提高了电厂的经济效益，也获得了显著的社会效益。

1．电厂循环冷却水

1.1火电厂和热电厂的循环冷却水

火电厂和热电厂普遍使用的发电机组为抽气凝气式发电机组。在蒸汽动力循环的过程中，汽轮机的热力循环依赖于高温高压蒸汽做功，需要存在着气温最低点位，即冷端，经非接触冷却之后，热量经过管壁传递热量，凝结热量被释放出来后，形成凝结水重新返回到锅炉中。凝气式发电机组的热量损失主要是在冷端释放出热量，当所损失的热量已经超过汽机做功的热能的时候，就会造成单位蒸汽流量的热损失。在热机生产过程中，出现热量损失是必然的，汽机凝汽器的作用就是将流经的循环冷却水所凝结的潜热吸收。

1.2 循环冷却水的来源

循环冷却水主要来源于自然水域，即为“一次循环冷却”，或者“水面冷却”。当吸收了乏汽余热的冷却水被排放到自然水域中之后，混合于自然水体中，将部分余热散发在大气中，大量的余热则被排放到水域当中。同时，发电厂会在没有受到排放余热的影响的水域抽取新的低温循环冷却水。随着排水问题的解决，将余热排放出去，同时进行低温取水，确保了凝汽器达到良好的冷却效果。

如果热电厂坐落的环境水资源匮乏，那么，就要将冷却塔冷却循环水的功能充分地运用起来，即为“二次循环冷却”。或者“冷却塔冷却”。冷却塔将冷却水的余热释放到大气环境中后，在进行循环回收，送到凝汽器进行冷却乏汽。随着发电机组的持续运行，循环冷却水就会将热能不断地释放到大气环境当中，对环境造成了影响，还造成了自然能源浪费。

2.电厂循环冷却水余热排放所引起热污染

人们对环境污染的关注，主要是排烟所造成的的发起污染，而对热电厂排放物的水环境污染却较少注意,特别是电厂循环冷却水中含有大量的热能量，如果直接排放到环境中，会对电厂周围环境造成严重的热污染。从热能转化的情况来看，电厂的燃料经过燃烧后所释放出来的热量能够有效地转化为人能的不超过40%，其余热量的散失主要是通过排烟和循环冷却水的途径排出。与锅炉烟囱的排烟相比，汽轮机凝汽器的循环冷却水所散失到环境中的热量要占有绝大部分。

以1000兆瓦的火电汽轮机机组运行为例，其循环水量可以达到每秒30立方米左右，环境水域的温度平均提升10℃左右，所对应的热量平均每天达到1.6×106～1.8×106千焦，如果按照火电汽轮机机组每年7000小时计算，平均每年所耗费的能量达到4.0×1013～4.7×1013千焦，折合为标准煤大约为160万吨。所排出的温排水，冬季为20～34℃，夏季为24～44℃，这种地域50℃的低品味热能，随着循环水量的增多，其热量也会相应地增多。

随着自然保护意识的提高，自然水域环境的温度要求也相对较高。虽然对于水域的温度范围没有明文规定，但是对水域的要求会有所限制。在《地表水环境质量标准（JB3838-2002）》中，就对人为影响所造成的环境水温变化有所规定，要求每一个星期的平均升温要小于1℃，降温则要界定在2℃范围内。此时电厂循环水排放的最大约束。

冷却塔冷却的过程中，由于热量和水滴的散失，会在热电厂的周围形成小气候。冷却塔冷却主要是受到蒸发散热的影响，在风的作用下形成空气温度的局部升高，湿度也会相应地发生变化。

从水面冷却的角度而言，温排水主要表现在水的温度以及溶解氧对水域中水质量的影响。水生物的生活环境因此而有所改变，导致大量的水生物死亡。鱼类以及水藻类的生活质量发生了改变，同时水域富营养化程度也会因此而受到不同程度的影响。比如，在富氧化水环境中，由于藻类植物的大量生长而使溶解氧下降，同时还会造成严重的热污染现象。

3.热电厂循环冷却水的利用

3.1充分利用循环冷却水的必要性

二十一世纪为循环经济社会，基于低碳经济和绿色环保理念的建立，就要从提高电厂的热效率入手，做到能源资源的合理利用，并从生态环境保护的层面提高循环冷却水的利用率。基于目前我国的8个高能耗行业的能耗水平高于世界先进水平的45%，而且在整个的工业部门中的能源消耗量占有率高达65%以上，那么，中国的工业部门平均每年在能源的消耗上，相比较于国际能源技术水平先进的国家相比，标准煤的消耗上大约多2.5亿吨。热电厂作为高耗能行业之一，如果对岁释放的能量回收利用，就会大大滴降 低电厂煤的的消耗量。

3.2建立在热泵回收低品位能源理论基础上的热能回收利用

根据热力学学原理，热泵不会自发地传递于低温区与高温区之间，而是以消耗一定的能力作为驱动工质。热泵在使用的过程中，就是将循环冷却水的余热作为低温热源，将热泵系统作为传递热量的载体，在热泵系统中，热能会以凝结热或者汽化潜热的形式从携带着低温热向高温热体传递。驱动热泵此时所消耗的功将全部被转换为热能。在低温体所吸收的热量也一同被传递向高温体。

目前热电厂普遍使用的热泵包括蒸汽喷射式热泵、压缩式热泵等等，随着工业余热利用领域的开发，固体吸附式热泵的研究进入到应用性领域。在热泵的设计上，主要是对工质的选择，根据余热资源相比较于实际温度来确定的。那么，在热泵的探索过程中，制冷循环方式以及工质的选择都要依赖于可靠的技术保证。利用电厂循环冷却水余热，要重点研究热泵、热管的回收功能，兼顾其他的综合利用形式。在热能循环冷却水利用的同时，还要起到清洁水质、稳定水刘玲和水温度的作用。特别是将驱动热泵的中温、中压废热源充分地利用起来，突进可以提供充沛的热力，而且还会用于空调等等电气设备的使用，或者循环回到热电厂的回热系统中，作为加热给水使用，以提高热电厂的热能使用效率。

结语：

综上所述，从热电厂的发电效率来看，能够被有效利用的热量不会超过40%，而如此大量的能源被排放到大气中，不仅造成严重的能源浪费，而且导致空气污染，此外水资源因被蒸发掉而严重浪费。燃煤能量被释放到空气中，造成严重的能源浪费的同时，还造成了周边环境的污染。基于环境保护和能源循环再利用，重视电厂循环冷却水余热的高效利用是非常必要的。

参考文献：

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