珠江流域火電廠冷卻方式的選擇

1、珠江流域火電廠冷卻方式的選擇陽(yáng)文宣摘要：滿足燃煤火電廠的建設(shè)條件主要是電力市場(chǎng)、煤源、運(yùn)輸、水源、環(huán)保，因此，火電廠一般建在沿海、沿江等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。隨著華南沿海電源點(diǎn)日趨飽和，同時(shí)，貴州省作為國(guó)家重點(diǎn)煤炭基地正在大力開發(fā)，利用泛珠區(qū)域內(nèi)資源互補(bǔ)，在珠江流域布點(diǎn)火電廠就成為華南地區(qū)必然的選擇。在內(nèi)河建電廠，冷卻水的溫排放影響水環(huán)境和航道，必須重視。關(guān)鍵詞：珠江 火電廠 冷卻水 熱污染一、前言2005年全國(guó)電力裝機(jī)容量達(dá)到了500,000MW，而我國(guó)的GDP每年按10%左右的速度增長(zhǎng)，因此，即使電力彈性系數(shù)只為1，2006年新增的裝機(jī)容量就要達(dá)到50,000MW，相當(dāng)于要新建2600 MW火電廠

2、42座，而且每年都要按GDP的速度遞增，這給我國(guó)的環(huán)保和水資源帶來(lái)巨大壓力。二、火電廠用水在火電廠中，冷卻水專指用于冷卻汽輪機(jī)排汽的水。在火電廠用水量中，冷卻用水占了絕大部分。對(duì)于一個(gè)2600MW的火電廠，冷卻水量達(dá)1210416104t/h。目前，火電廠用水面臨的主要問(wèn)題有：（1）淡水資源日益緊張，特別是北方地區(qū)，水資源嚴(yán)重短缺，使火電廠的運(yùn)行和建設(shè)規(guī)劃受到限制，一些電廠以水定電，一些電廠因水源不足而限發(fā)，有的地方缺水嚴(yán)重，新建電廠只能考慮使用城市污水，南方近年也呈現(xiàn)水資源短缺的趨勢(shì)。108108t,造成對(duì)環(huán)境的污染,罰款金額巨大。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，為了防止河流熱污染，雖然電廠建在海岸、河邊

3、，卻不采用直流冷卻系統(tǒng)，而采用開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，并且，所有污水回收利用，做到“零排放”。三、珠江水系的特點(diǎn)珠江是中國(guó)南方最大河系，與長(zhǎng)江、黃河、淮河、并稱中國(guó)四大江河，橫貫滇、黔、桂、粵、湘、贛六省。珠江流域水資源總量為3360億m3，其中入海徑流總量3260億m3 ，占中國(guó)入?？偹?7243億m3的18.9%，僅次于長(zhǎng)江。水系主要分為西江、北江、東江，西江年徑流量2300億m3，約占全流域年徑流量的68.5%；北江年徑流量為510億m3，占全流域年徑流量的15.2%；東江年徑流量257億m3，占全流域徑流量的7.6%。珠江水系的特點(diǎn)是水量充沛、河道彎曲狹窄、落差大、水流急。南方諸省正計(jì)劃利

4、用豐富的珠江水，在珠江流域興建多個(gè)火電廠。四、汽輪機(jī)電廠冷卻原理燃煤電廠的熱力循環(huán)基本遵循朗肯循環(huán)，即由水在鍋爐中等壓加熱、汽化和蒸汽過(guò)熱，蒸汽在汽輪機(jī)中絕熱膨脹，在凝汽器中等壓凝結(jié)，熱水在水泵中絕熱壓縮等過(guò)程組成。朗肯循環(huán)的輸出凈功等于汽輪機(jī)做的功扣除水泵功。提高電廠熱效率的措施主要有：1.提高蒸汽初壓和初溫，增加回?zé)嵫h(huán)。蒸汽發(fā)電技術(shù)從中參數(shù)、高參數(shù)發(fā)展到亞臨界、超臨界。目前火電廠的基本機(jī)型是亞臨界、超臨界、超超臨界，單機(jī)功率600MW以上。一般亞臨界機(jī)組的凈效率約為37%38%，超臨界機(jī)組的凈效率約為40%41%，超超臨界機(jī)組的凈效率約為44%45%。2.降低汽輪機(jī)低壓缸排出的乏汽在凝結(jié)

5、時(shí)的溫度。凝汽器是接受汽輪機(jī)排汽并使之冷凝的熱交換器，它利用水或空氣作為冷卻工質(zhì)，直接或間接同蒸汽接觸，將蒸汽凝結(jié)水，在汽輪機(jī)排汽口建立和保持一定的真空，使進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽膨脹到盡可能低的冷端壓力和溫度，以增加汽輪機(jī)中的理解焓降，提高效率。汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，如真空達(dá)不到額定值，會(huì)導(dǎo)致熱效率降低。五、電廠冷卻方式對(duì)電廠效率的影響火電廠冷卻方式可分為直流冷卻、開式循環(huán)冷卻、閉式循環(huán)冷卻三種。冷卻水直接從河、湖、海洋中抽取，一次通過(guò)凝汽器后，即排回天然水體，不循環(huán)使用。此方式必需具備充足的水源，因此在水資源豐富地區(qū)采用較多。冷卻水經(jīng)循環(huán)水泵送入凝汽器，進(jìn)行熱交換，被加熱的冷卻水在濕式冷卻塔與冷空氣接觸傳

6、熱后，流入冷卻塔底部水池，再由循環(huán)水泵送入凝汽器循環(huán)使用。此方式較直流方式的主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)水，但因冷卻水蒸發(fā)等損失產(chǎn)生濃縮問(wèn)題，需要化學(xué)處理。該方式在水資源短缺的地區(qū)被廣泛采用。此方式與開式循環(huán)冷卻方式原理相似，不同的是冷卻水是在干式冷卻塔的散熱器內(nèi)流動(dòng)，不與冷空氣直接接觸，通過(guò)散熱器傳熱后，冷卻水送入凝汽器循環(huán)使用。閉式循環(huán)冷卻沒(méi)有蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失，沒(méi)有因蒸發(fā)而引起的濃縮，因此，更節(jié)水，但因干式冷卻塔的傳熱效果比不上濕式冷卻塔，且造價(jià)昂貴，只在嚴(yán)重缺水地區(qū)建設(shè)的空冷機(jī)組中采用。目前，我國(guó)長(zhǎng)江以北地區(qū)的火電廠，大部分采用循環(huán)冷卻方式，水源為河水或地下水，小部分采用直流冷卻方式，以河水和水庫(kù)水為

7、水源；在長(zhǎng)江以南的火電廠，大部分采用直流冷卻方式，冷卻用水的水源為江河水、湖泊水；海濱電廠全部采用直流冷卻方式，以海水為冷卻水。以珠江流域某電廠超臨界2600MW機(jī)型的冷卻方式為例（見表1）。表1. 冷卻方式比較冷卻方式項(xiàng)目直流冷卻開式循環(huán)冷卻閉式循環(huán)冷卻蒸汽量（t/h）219502195021950冷卻水量（t/h）274545274545274545補(bǔ)充水量（t/h）無(wú)2559無(wú)濃縮倍率無(wú)5無(wú)設(shè)計(jì)冷卻水溫202020基建投資18821萬(wàn)元16713萬(wàn)元24520萬(wàn)元運(yùn)行費(fèi)用1733萬(wàn)元/年1813萬(wàn)元/年1813萬(wàn)元/年從表1可以看出，采用開式循環(huán)比直流冷卻的基建投資要小，而運(yùn)行費(fèi)用相差不

8、大。不過(guò)，由于循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的冷卻塔冷卻效果受季節(jié)和環(huán)境的影響比較大。南方濕度大、平均氣溫高、日照時(shí)間長(zhǎng)、降雨量大，這些因素使冷卻塔的冷卻效果不如北方。在夏季，如果凝汽器的冷卻水進(jìn)水溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致真空惡化，會(huì)降低機(jī)組出力。因此，在水源充沛地區(qū)建火電廠大多首選直流冷卻方式。六、直流冷卻的溫排放問(wèn)題根據(jù)珠江流域某電廠項(xiàng)目水資源論證報(bào)告書，如電廠采用直流冷卻系統(tǒng)，冷卻水取自珠江，夏季排水量為130490m3/h，冬季排水量為94682m3/h。 根據(jù)電廠取排水的季節(jié)變化和電廠的不同運(yùn)行情況分別對(duì)夏季、冬季電廠冷卻水溫排放對(duì)珠江水環(huán)境的影響進(jìn)行了計(jì)算。表2. 計(jì)算工況表 季節(jié)冷卻水量（m3/

9、s）排水溫升水文條件流量（m3/s）取水口 水位（m）夏季97最枯日流量720冬季13.7表3. 等溫升線包絡(luò)面積表 （km2） 季節(jié)4321夏季冬季表4. 溫排水影響距離 （km） 季節(jié)4321夏季冬季由于電廠的溫排水，在夏季，使西江水體溫升4等溫升線包絡(luò)面積為 km2 ，2為 km2 ，影響距離4為 km ，2為 km，影響比較明顯。北江、東江的徑流量比西江徑流量小得多，更難以滿足大型火電廠直流冷卻的要求。另外，為了不影響航運(yùn)，取水頭部必須近岸，遠(yuǎn)離航線。要防止泥沙和雜物，以及西江水位落差大，取水頭部要經(jīng)過(guò)特殊處理，制造工藝要求高，才能滿足電廠取水要求。冷卻水排放也要經(jīng)過(guò)消能處理，否則，也會(huì)影響航運(yùn)和防汛。這些，大大增加了建造成本。七、結(jié)束語(yǔ)隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，自然水域的溫升強(qiáng)度和范圍都將嚴(yán)格規(guī)定。德國(guó)就規(guī)定，熱水排放時(shí)，不得使河流水溫升高1。我國(guó)2002年頒布的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了人為造成的環(huán)境水溫變化：周平均最大溫升1；周平均最大溫降2，關(guān)于水域溫排放的限制標(biāo)準(zhǔn)也將很快出臺(tái)，電廠冷卻水排放將受到約束。如果國(guó)家對(duì)電廠征收水資源費(fèi)和排污費(fèi)，那些采用直流冷卻方式電廠的運(yùn)營(yíng)成本必將大大超過(guò)采用循環(huán)冷卻方式電廠的運(yùn)營(yíng)成本，這些因素對(duì)電廠采用何種冷卻方式將帶來(lái)重要影響。南方地區(qū)會(huì)越來(lái)越多新建電廠采用循環(huán)冷卻方式，即使建在水源豐富的珠江邊上的