開式循環(huán)方式

 

  火電廠循環(huán)冷卻水在冬季一般為20e~35e,這個(gè)溫度高于當(dāng)時(shí)環(huán)境的空氣溫度及土地溫度,因此循環(huán)水是品質(zhì)較高的低位熱源。水源熱泵技術(shù)較成熟,它不同于傳統(tǒng)的中央空調(diào),其運(yùn)行耗能約為中央空調(diào)系統(tǒng)的50%~60%[8]。開式循環(huán)的方式

 

  適用于火電廠周邊有豐富的水資源,如江河水,在這樣環(huán)境中的火電廠本身也不需要建設(shè)冷卻塔,而是直接取自江河水,經(jīng)過循環(huán)水泵進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)冷卻排汽,換熱完成后又直接排入江河,完成一次循環(huán)。這種方式回收循環(huán)水余熱的流程如圖2所示。

 

  在這樣的條件下利用熱泵回收循環(huán)水余熱,其余熱空間受限于入口江河水的溫度,而這個(gè)溫度隨季節(jié)改變而變化,在使用熱泵供熱的冬季,其江河水的溫度恰好很低,在機(jī)組負(fù)荷及其他換熱條件一定的前提下,換熱完成后循環(huán)水出口溫度也隨之降低,從這樣的低溫熱源中吸熱而將生活用水加熱至

 

  80e以上的熱水則需要借助于高溫?zé)岜?/a>技術(shù),而這種技術(shù)的研究也是當(dāng)前熱泵研究的焦點(diǎn)與難點(diǎn),如清華大學(xué)劉希南等人研制的HTR01高溫工質(zhì)可將熱水提高到85e以上[9],東南大學(xué)徐衛(wèi)榮等人研究自復(fù)疊熱泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供熱溫度的提升[10];此外,開式循環(huán)對水質(zhì)的要求也很高,實(shí)際運(yùn)用中除沙除垢的成本很高,所以這種方式僅停留于研究階段,得以應(yīng)用還有待進(jìn)一步深入發(fā)展。

 

  閉式循環(huán)方式

 

  閉式循環(huán)方式適用于火電廠采用冷卻塔進(jìn)行循環(huán)水冷卻的情形,這種情況下循環(huán)水水質(zhì)好,溫度穩(wěn)定,是很好的低位熱源,目前在國內(nèi)已有工程應(yīng)用的先例,其回收循環(huán)水余熱的方式包括部分循環(huán)水去熱泵和完全取代冷卻塔兩種方式。

 

  部分循環(huán)水去熱泵循環(huán)方式

 

  出于當(dāng)?shù)?a href="http://m.yue-wei.com.cn/t/供熱.html" >供熱負(fù)荷以及熱泵系統(tǒng)性能的限制,從凝汽器出來的大容量出口循環(huán)水只有一部分進(jìn)入熱泵系統(tǒng)并在蒸發(fā)器中被制冷劑吸熱,降溫后進(jìn)入循環(huán)水池繼續(xù)參與循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)過程,而另外一部分未進(jìn)熱泵系統(tǒng)的循環(huán)水則仍然進(jìn)入冷卻塔,完成換熱后與經(jīng)過熱泵循環(huán)后的循環(huán)水在循環(huán)水池中混合,然后一同進(jìn)入凝汽器參與新一輪的循環(huán),其循環(huán)過程如圖3所示。這種方式可調(diào)性強(qiáng),對熱泵機(jī)型的容量選擇余地大,也有助于電廠根據(jù)工況進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)裕量,是值得推廣的一種循環(huán)方式,如北京某電廠當(dāng)前的余熱利用方式就是這種形式,從循環(huán)水母管中分出一支用于熱泵冷源,其他循環(huán)水仍然通過冷卻塔進(jìn)行冷卻。

 

  取代冷卻塔循環(huán)方式

 

  隨著熱泵技術(shù)的深入發(fā)展,如圖4所示,利用熱泵系統(tǒng)完全取走從凝汽器出來的循環(huán)水余熱并用于其他供熱,同時(shí)將循環(huán)水冷卻降溫后繼續(xù)進(jìn)入凝汽器參與新一輪的循環(huán)過程。這種方式用熱泵機(jī)組取代了冷卻塔,對熱泵系統(tǒng)的性能要求較高,卻是未來火電廠冷卻循環(huán)水技術(shù)與熱泵技術(shù)的發(fā)展趨勢,特別適用于北方缺水的地區(qū),如新疆烏魯木齊等地,能使原來通過冷卻塔散失的水降低至零,大大節(jié)省用水量。以國產(chǎn)引進(jìn)型600MW機(jī)組為例,

 

  一年需要1 000萬t的循環(huán)水量,以熱泵系統(tǒng)節(jié)約90%水量計(jì)算,每年可節(jié)省900萬t的水,這個(gè)數(shù)目是相當(dāng)可觀的。這種方式無疑是今后幾十年熱泵機(jī)組應(yīng)用于電廠余熱回收的技術(shù)方向,取代冷卻塔全部回收循環(huán)水余熱所帶來的能源和環(huán)保效益是顯著的,不過投資成本及維護(hù)費(fèi)用也隨之上升,需要大力發(fā)展相關(guān)技術(shù)以期更廣泛地應(yīng)用。

 

  取代凝汽器循環(huán)方式

 

  循環(huán)水的余熱歸根溯源主要來源于低壓缸排汽的熱量,如果考慮用氣源熱泵代替水源熱泵而直接從排汽中吸取熱量,將節(jié)省用循環(huán)水吸收排汽熱量的環(huán)節(jié),從而提高熱交換效率,且回收的余熱既可用于冬季的生活供熱,也可常年用于加熱凝結(jié)水,參與火電廠的熱力循環(huán)。

 

  低壓缸的排汽進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器被制冷劑吸取汽化潛熱并液化成水,低熱量的水通過水泵加壓進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的冷凝器吸取通過壓縮機(jī)壓縮形成的高溫制冷劑熱量,成為具有一定溫度的凝結(jié)水進(jìn)入下一個(gè)加熱器,參與火電廠的熱力循環(huán)。這種循環(huán)方式利用火電廠本身的排汽能量參與熱力循環(huán),不僅省去了凝汽器和冷卻塔的投資,更能在運(yùn)行當(dāng)中節(jié)省煤耗和水量,是一種環(huán)保節(jié)能型的運(yùn)行方式。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[11],一臺600MW機(jī)組每年可節(jié)煤40 055t,以750元/t煤計(jì)算,每年可節(jié)約3 000萬人民幣。這種方式較之前幾種循環(huán)方式更節(jié)能,更具有前瞻性,這種技術(shù)利用熱泵機(jī)組直接回收乏汽余熱,其潛熱能量巨大,而且省去了將余熱傳遞給循環(huán)水的過程,減少了傳熱損失,大大提高余熱利用率,將是未來新建火電廠的一種技術(shù)參考,不過這種方式對機(jī)組和系統(tǒng)的影響大,有待于進(jìn)一步研究和試驗(yàn)。

 

  取代低壓加熱器循環(huán)方式

 

  如果火電廠當(dāng)?shù)氐墓嶝?fù)荷有限或者當(dāng)?shù)厮募緶夭畈淮鬀]有供熱需求,那么利用循環(huán)水余熱常年加熱火電廠凝結(jié)水,即取代部分低壓加熱器的循環(huán)方式將是熱泵應(yīng)用的新途徑,也是火電廠余熱利用的新方式,其流程圖如圖6所示。從凝汽器出來的循環(huán)水一部分進(jìn)入冷卻塔冷卻,另一部分則進(jìn)入熱泵機(jī)組蒸發(fā)器被制冷劑吸取熱量后重新進(jìn)入凝汽器參與循環(huán),而熱泵機(jī)組將從循環(huán)水中吸取的這部分熱量經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮做功,在冷凝器中加熱凝結(jié)水。實(shí)質(zhì)上,熱泵機(jī)組冷凝器就充當(dāng)了軸封加熱器以及部分低壓加熱器或全部低壓加熱器,至于取代多少低壓加熱器,則視機(jī)組大小及熱泵性能的情況而定,如Bi Qingsheng等人對這種方式的最優(yōu)組合進(jìn)行了模擬計(jì)算。這種方式能夠簡化電廠加熱系統(tǒng),是系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能的有效途徑,不過目前也僅停留在理論研究階段,其對機(jī)組和系統(tǒng)的影響將是今后研究的方向和重點(diǎn)。