基于生态工程理论的北方电厂循环冷却水余热综合利用的探讨

基于生态工程理论的北方电厂循环冷却水余热综合利用的探讨

王成友 毛双荣

山东电力建设第三工程有限公司，山东省青岛市 266100

摘 要：本文主要针对于当下我国国内火电厂循环冷却水余热利用形式较为单一，且利用效率不高的现状进行分析，对于我国电厂未来循环冷却水余热综合利用进行了研究。循环冷却水余热利用的最终成果就是将之形成一片产业类生态园区，同时也是我国北方地区火电厂发展过程中的行业生态园。

关键词：生态工程；北方电厂；循环冷却水余热

在我国的当下的科技水平中，火电厂的循环冷却水余热利用率极低，仅仅能够达到百分之三十作用，剩余的百分之七十散失在各种环境之中。未来伴随着火电机组的发展，循环冷却水余热利用技术也需要进行加强，这不仅仅是利用资源，更是对自然水体不会受到污染的保证。电厂循环冷却水余热利用主要的方向是从源头来降低排放废热，从而将循环冷却水的温度降低后再排放，这将会降低火电厂对于周边环境的影响。

1. 生态工程与循环冷却水余热的综合利用

1. 生态工程理论

所谓的生态工程也就是使用生态学中的各项知识来更好的将某种物质多次利用，这其中包括物种共生、物质循环、再生原理、系统优化等等。站在更广的层面上来说，生态工程的建立也就是建立生态系统原理上的系统工程该体系。无论对于生态工程的定义是什么样的，在未来发展的过程中生态工程整体思想就是在不增加或者少增加系统外部物质与输入能量的前提下来更好的使用生态系统的潜力。因此这种方法能够取得全方面的经济效益提升与生态效益增长，这对于生态系统来说非常重要，也能够提升火电厂发展过程中的整体经济水平^[1]。

2. 循环冷却水余热利用的生态设计

根据生态工程理论可以得知，火电厂在发展的过程中，使用循环冷却水余热利用的生态设计主要是根据厂址原来位置的经济、社会、环境等等基础进行，同时也需要考虑循环冷却水的物理性质与化学性质。在设计的过程中需要考虑到现有的各项基础，从而根据技术来进行不断的修正与改善。

发达国家提出了使用大型发电厂循环冷却水余热利用的方法，如下图所示。这种循环冷却水余热利用方法的主要方案借鉴于生态工程，这种方式是一种值得借鉴的利用模式。无论是国内还是国外，在发展的过程中都需要充分的利用循环冷却水余热来更好的达成实践效果。从热污染控制的角度上来看，这种循环冷却水余热利用方案更偏向于农业方面，主流效用并不高，对于一些循环冷却水排放量较大的火电厂依旧需要使用冷却塔或者其他闭流循环的冷却方式^[2]。但是西方国家提出的循环冷却水余热利用方式依旧值得我国进行参考与借鉴。

2. 余热综合利用方案的生态设计研究

本文以北方某火电厂为主要研究案例，对其循环冷却水余热利用方案进行研究，同时提出了未来发展过程中的初步使用方案。

1. 厂址情况

本文选择的案例火电厂属于临海火电厂，三面临海，另一面与陆地接壤。当下厂址范围外五公里没有其他工矿产业，在十五公里范围内有少量的工矿产业，主要的从事产业为海产品、食品、海盐等产品的生产与加工。这一火电厂在运行的过程中，夏季取排水量为220m³/s，冬季流量为176m³/s，电厂在运行过程中冷却水排放口的温升约为8.2℃，循环冷却水常年保持19.1℃。根据冬季与夏季之间不同的最高表层水温，电厂循环冷却水的温度范围为9.2-33.4℃^[3]。

2. 余热综合利用的初步方案

根据案例厂址的实际情况进行分析之后可以发现相关问题，其中相关因素主要包括环境条件、环境规划、工业现状、矿业现状、实际运行情况，这些因素综合在一起之后能够得出电厂发展过程中的整体余热利用途径。根据分析之后发现，案例中的火电厂余热利用最佳途径为海水淡化法。这一方法共计分为了几大要点，分别是：

1. 根据海水淡化法的实际情况来对取水工艺的具体要求进行分析，从而确定循环冷却水排放口的相对位置。这能够决定是否将循环冷却水直接引入到海水淡化系统或者使用其中存在的热量^[4]。

2. 根据案例火电厂运行过程中的实际情况，需要对取水海域的水质特点进行分析，分析之后发现主要的方案为膜化海水淡化工艺。但是这一工艺中反渗透膜工艺对于进水温度有一定的要求，如果温度过低将会导致整体系统运行效率下降。因此可以使用循环冷却水余热利用提升工艺运行效率，从而降低加热成本。

3. 当循环冷却水余热利用过程中，排水效率下降或者温度不足时，可以考虑使用电力进行加热。经过计算显示，每当使用了一份的电能，可以收获相当于这份电能三到五倍的热量输出，因此值得进行推广使用。

4. 由于火电厂的位置处于中国北方，因此在冬季有着严格的供暖需求，因此可以将循环冷却水作为室内取暖的热源。可以将80℃左右的热水通过散热片进行供热，也可以将45℃的热水经过地板进行供热，这两种供暖方式需要根据水温来进行决定。采暖用水一般可以使用经过海水淡化处理过后的淡水作为热量输送的介质^[5]。

5. 由于火电厂运行过程中厂址周围以及北方大部分区域基本为农业用地，因此地势较为开阔且起伏不大，可以考虑在适当的情况下建立大范围温室，从而用以养殖或者种植。假设温室一用于养殖家禽或者牲畜，温室二用于种植蔬菜、绿植、花卉、药材等等，那么在冬季供暖的过程中需要对温室二进行集中供暖，保证温室一基本温度即可。同时运行的过程中，温室一中家禽产生的粪便可以作为肥料来对温室二进行施肥，温室二中产生的叶片等等，也可以对温室一中的牲畜进行投喂。

3. 余热利用方案评价

经过分析之后可以发现，上文中假设的余热利用方案是根据生态工程理念来提出的初步概念，其中涉及到的各类设备、厂房、人员、工艺都需要经过不断的磨练才能够形成完整的生态系统。目前依旧无法根据完整生态工程建设水平进行评价，因此仅仅只能够针对于这一方案中反渗透膜法海水淡化这一利用途径的节能减排潜力进行初步的估算。

上文中提出的案例火电厂在运行的过程中假设海水淡化原设计规模为15000m³/d，同时假设此水量可以满足火电厂日常生产生活用水。以这一数据进行估算之后可以发现，这一系统的取水量为4000m³/d。由于上文中提出的方法为反渗透膜海水淡化技术，因此电站循环冷却水的储水温度基本上处于反渗透膜法的适宜范围，无需使用热泵技术来进行二次加热。那么假设一切处于正常情况，以40000m³/d取水量估算，那么循环水温差为8.2℃，回收到的热量也就是5×10¹¹KJ/a。

如果没有使用循环冷却水余热利用技术，那么这部分热量需要通过燃烧煤炭取得，根据环保部门出台的相关数据，那么使用了这种方案之后，火电厂的节能减排量为：标准煤1.7万t/a;CO₂排放量降低4.454万t/a；SO₂排放量降低340t/a;降低烟尘排放255t/a；降低灰渣排放4420t/a。

结束语：

火电厂发展过程中对于水体造成的影响已经广泛被社会所关注，使用循环冷却水余热利用技术能够在源头上降低废热排放量，从而更好的保护电厂生态环境。未来使用余热利用，既是保护了电厂周边的环境，同时也是保护了电厂发展过程中的各项资源。站在生态工程理论的角度上来说，北方火电站由于自身的特殊性，因此循环冷却水余热利用也与其他地区存在明显的不同。由于冬季较为漫长，因此热能的利用无疑是提升了火电厂未来发展过程中的整体经济效益，各级政府部门需要加强对于循环冷却水利用的效率。

参考文献：

[1]魏秀兰,朱庆林. 滨海电厂循环冷却水的综合利用[J]. 海洋湖沼通报,2017,(01):52-56.

[2]刘永叶,刘森林,陈晓秋. 基于生态工程理论的典型南方电厂循环冷却水余热综合利用研究[J]. 电力科技与环保,2016,32(03):1-4.

[3]刘永叶,刘森林,陈晓秋. 基于生态工程理论的北方电厂循环冷却水余热综合利用[J]. 科技导报,2015,33(13):22-26.

[4]程利江,高华喜. 火电厂循环冷却水余热综合利用分析[J]. 教育教学论坛,2015,(06):72-74.

[5]刘文静,谢世奇,侯明瑞. 火/火电厂循环冷却水研究进展[J]. 山西建筑,2014,40(13):249-250.

作者简介：王成友（1989.12-），男，汉族，山东省邹城市，学历：大专学历，助理工程师，研究方向：电力工程