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变 电 厂 为 城 市 低 温 热 源

 

 中国水利水电科学研究院  贺益英  

 

目前我国高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47%;

电厂燃煤总发热量仅有35%转变为电能,而大部分热能通过循环冷却水释放到环境中;

我国仅有16%的火电厂开展了余热利用,其中87%的利用方式是水产养殖,效率十分低下。

 

电厂并非只有排烟问题

长期以来,人们谈论电厂对环境的影响时,多注意火电厂排烟对大气环境的污染,核电厂低放射性污水排放对水环境的污染。因此,电厂环境污染治理一直十分注重电厂烟气的除尘脱硫和燃煤的洁净处理,但却忽视了电厂循环冷却水所含巨大热量弃置于环境所带来的热污染危害。事实上,火电厂燃料燃烧总发热量中只有35%左右转变为电能,而60%以上的热能主要通过锅炉烟囱和汽轮机凝汽器的循环冷却水释散到环境中,其中循环冷却水携带走的废热量要占绝大部分。

   由于冷端冷却水温度不可能低于当地环境水温,因此,循环冷却水的排水温度一定高于环境水温810℃,这一损失热量对热机生产过程不可避免,只有通过其他途径加以利用,以期部分或全部回收,才能提高热机综合热效率、降低电厂煤耗,同时实现对环境的零热污染。

    我国单位产品的能耗水平较高,目前8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47%,而这8个行业的能源消费占工业部门一次能源消费总量的73%,发电厂便是这8个高耗能行业之一。循环冷却水余热量所占的电厂燃煤热量比例很高,回收这部分热能对于节约能源无疑意义重大。可以说,电厂循环冷却水余热利用问题是建设“循环型社会”战略目标中的一个重要内容,它关系到节能、资源综合利用以及生态环境保护等问题。

    为降低火电厂供电煤耗,“能源节约与资源综合利用‘十五’规划”所确定的重点发展技术之一便是发电厂的多联供技术,即重点发展热电联产、集中供热及热能梯级利用技术,推广热电冷联供和热电煤气三联供等多联供技术。     

目光投向废水热能

    随着人民生活水平的提高,城市生活及轻工业生产对中、低温热能的消费越来越多,如许多工业生产过程都需要70110℃范围的热能,目前这些热能大都是通过电力或石油、天然气和煤炭等燃料的燃烧来获得。归根结底,这是降低“燃料”这种非再生能源的高品位能为低品位能的使用,属不合理的能源分配。它使目前我国能源综合利用率不超过40%,极大地浪费了资源。如果利用热泵、热管技术将低品位的电厂余热提高品位向这些领域供热,将会节约大量的燃料。目前,许多国家都在进行这方面的研究,开发热泵、热管技术,以充分利用各种类型的余热。

    1999年,中国水利水电科学院与国家电力公司环保办公室一起完成了“火电厂余热综合利用研究评价——全国火电厂余热利用情况调查报告”。报告指出:限于电厂余热温度在50℃以下,属于低品位热能,直接利用范围狭窄。目前,国内开展其余热利用的电厂很少,仅占火电厂总数的16%。其中,87%的电厂主要利用方式是水产品养殖,其利用量极少,且效率十分低下。因此,应组织人力,并有一定的投入,集中重点方向开展高效率余热利用技术的研究、实验和试点工作。即对热泵、热管这种技术含量高并已相当成熟的技术如何在电厂循环水余热利用中有效采用,组织攻关,建立示范工程,推广技术。

    如今,环境保护专家在将城市废水视为城市可再利用的资源时,已不再停留在污水回用这一层面上,而是要进一步开发城市污水的废热能回收及污泥利用,以实现城市污水三位一体的成套体系型污水资源化战略。城市污水的废热能回收利用,为电厂循环冷却水余热利用的必要性和迫切性提供了理论和技术支持。城市污水热能回收利用的实施途径、可行性分析、回收利用系统的评价指标及运行状况分析等,对火、核电厂循环冷却水余热利用的研究和实施都极具借鉴价值。

   

 建设城市低温热源  

 电厂循环冷却水余热利用应当比污水热能回收更易实现,因为电厂循环冷却水有相对清洁的水质,相对稳定的流量和温度;电厂又有充沛、廉价的电力、热力,尤其有可驱动热泵的中温、中压废热源。经热泵提升温度后的循环冷却水的热量,不仅可用于空调、生活热水、轻工业生产(如干燥、食品加工、纺织业……),也可返回电厂回热系统,加热给水,提高电厂热效率。因此,无论从电厂循环冷却水所蕴含的巨大热量可作为城市低温热能资源加以再利用,还是从保证电厂安全经济运行,或是降低冷却水排放热污染影响,都应该把循环冷却水热能回收利用研究提到日程上来。

   为推动电厂循环冷却水余热利用,国家应设立专门的组织机构,出台鼓励利用电厂余热的政策,对于利用余热进行生产加工的企业给予优先发展的条件,对其产品销售给予优惠;在技术研发上,要研制和开发低成本高效率、能充分利用电厂自身废热能为驱动能的热泵机组,以及开发采用热管这一热超导元件的高效换热装置。随着科技的发展,应逐步加大热泵、热管高技术回用技术在电厂循环冷却水余热利用中的比例。为保障“循环水余热利用”研究项目的实施,要建立“产学研”一体的技术开发体系,组织示范工程。  

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循环冷却水与热污染

  火、核电厂汽轮发电机组绝大多数是凝汽式机。蒸汽经汽轮机全部叶轮做功后,成为乏汽,排至排汽缸,进入汽机冷端——凝汽器,乏汽温度25~45℃。凝汽式机组的主要热损失是冷端损失,所失掉的热量超过了汽机用于做功的热能,因排汽凝结所造成的单位蒸汽流量的热损失一般为2.3×103千焦/千克。如600MW机组、的蒸汽量为2000吨/时,凝汽失热约4.6×109千焦/时,折合标准煤为157吨/时。

   1000MW火电汽轮机组的循环冷却水量每天为3×106~4×106米,接近目前每天排入东京市区10个污水处理厂的污水总量5×106米’,温升(即超过环境水域的温度)8~10℃,温升所对应的热量约1.54×106~1.9×106千焦/秒,一年折合标准煤约150万吨。核电机组循环水量是火电机组的1.2~1.5倍,弃热量会更多。

    冷却塔冷却会使大量热量和水滴进入大气环境,导致空气局部温度升高。水面冷却的温排水会影响局部水域的水质,主要表现为水温、溶解氧等指标的变化;对水生生物的影响主要表现在改变藻类、鱼类等的生活条件方面;对水域富营养化程度产生影响,主要表现在水温升高可能加剧水中富营养化藻种的生长、溶解氧下降。冷却水废热对水环境的影响较大时,会发生严重的热污染。例如,美国佛罗里达州的比斯坎湾,一座核电站排放的温排水使附近水域水温增加了8℃,造成1.5公里海域内的生物消失。

 

 (该文刊登在2004年12月2日《中国经济导报》)

 

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