凝结水精处理准确控温与余热利用的专题研究

摘要：本研究深入剖析超临界发电项目中凝结水精处理工序，针对传统控温手段引发的余热浪费及相关运行隐患，提出创新型控温与余热利用策略。通过对技术原理的深度阐释、不同方案的详尽对比以及研究成果应用的广泛拓展，致力于保障精处理工序的稳定运行，高效利用低品位热量，为超临界发电项目的节能增效提供坚实支撑。

关键词：凝结水精处理；余热利用；发电技术

一、引言

在超临界发电技术迅速发展的当下，其以高效、清洁的发电特性在电力行业中占据越发重要的地位。超临界机组的运行对锅炉补给水水质提出了极为严苛的要求，精处理工序成为确保水质达标的关键环节。然而，传统精处理控温方式在实际应用中暴露出诸多问题，一方面，大量余热资源被无端浪费，这不仅是能源的损失，从宏观角度看，也与当前全球倡导的节能减排理念背道而驰；另一方面，温度控制的不稳定极易导致阳床→混床中树脂类材料寿命缩短，水处理过程失效，进而对超临界机组的整体稳定运行构成严重威胁。因此，积极探索高效、可靠的控温与余热利用方法，已成为超临界发电领域亟待解决的重要课题，对提升发电效率、降低运行成本、实现可持续发展具有重要的现实意义。

二、超临界发电项目凝结水精处理工序现状

2.1 精处理工序流程

超临界发电项目的凝结水精处理工序有着严谨且复杂的流程。厂区蒸汽凝结水首先流入一级管式换热器，在此与循环水进行热量交换，实现初步降温。随后，进入二级板式换热器，与除盐水再次换热，进一步降低温度后流入凝结水池。接着，借助混床提升泵的动力，依次通过前置过滤器、阳床、混床进行深度水质净化处理，最终进入装置补给水处理系统的除盐水箱，为锅炉提供高品质的补给水。在整个精处理流程中，阳床→混床所采用的树脂类材料是确保水质净化效果的核心介质，但这类材料对温度极为敏感，其耐温极限仅为 50℃。一旦进入阳床→混床的进水温度超过这一极限，树脂类材料的分子结构会发生不可逆的变化，导致其离子交换能力大幅下降，寿命显著缩短，水处理过程也随之失效，严重影响超临界机组的正常运行，甚至可能引发安全事故。

2.2 常用冷却方式及问题

目前，超临界发电项目中常用的冷却方式主要是利用厂区循环水，通过一级管式换热器和二级板式换热器的多级冷却，使凝结水温度降低至满足精处理系统要求的范围。这种冷却方式虽然在一定程度上能够实现降温目标，但却付出了巨大的余热资源浪费代价。以某 1500t/h 的超临界发电项目为例，经测算，其凝结水在冷却过程中浪费的热量高达 70MW。若在冬季能够有效回收并利用这些余热用于区域供热，按照相关供热标准和热负荷计算，可满足约 117 万㎡用户区域的供暖需求。这一数据直观地反映出当前常用冷却方式在余热利用方面的严重不足，大量可利用的低品位热能被白白排放至环境中，不仅造成了能源的浪费，还增加了发电项目的运行成本，同时也对环境产生了一定的热污染压力。

三、技术原理阐述

3.1温控调节板式换热器原理

温控调节板式换热器在整个精处理控温与余热利用系统中扮演着关键的温度调节角色。其工作原理基于热传导的基本定律，即热量总是自发地从高温流体向低温流体传递，且传递速率与流体间的温度差、换热面积以及传热系数成正比。在冬季供暖工况下，该换热器的一次侧与超临界项目的冷却水相连，冷却水作为低温热源，其温度相对稳定。二次侧则与供暖循环水相连，供暖循环水的温度需求会随着室外环境温度以及用户侧供暖负荷的变化而波动。通过安装在换热器两侧管道上的温控调节阀，可对两侧流体的流量进行精确控制。当供暖负荷增加，二次侧水温下降时，温控调节阀自动增大一次侧冷却水的流量，同时调整换热器内部的换热板片组合，增大换热面积，从而增强热传递效果，提高二次侧供暖循环水的温度；反之，当供暖负荷降低，二次侧水温上升时，温控调节阀减小一次侧冷却水流量并相应调整换热面积，确保板式换热器出口温度始终稳定控制在 50℃以内，为精处理阳床混床提供适宜的进水温度，保证其正常运行工况。

四、研究成果应用拓展

4.1 工业领域应用

在化工、钢铁、建材等众多工业领域，生产过程中同样会产生大量的余热资源，并且对生产用水的水质要求也极为严格。本研究成果在这些工业过程的凝结水精处理和余热利用方面具有广泛的应用前景。以化工生产为例，在一些大型化工企业的生产流程中，存在大量高温工艺冷凝水，通过借鉴本研究提出的温控调节和余热回收系统，可将这些高温冷凝水的余热充分利用起来。例如，将余热用于预热反应原料，使原料在进入反应釜之前达到适宜的反应温度，这不仅能够减少反应过程中的能源消耗，提高反应速率和产率，还能降低设备的磨损和维护成本。同时，通过精准的控温系统，确保在水质处理过程中，各类处理设备（如离子交换树脂柱等）处于适宜的温度环境，保证水质处理的稳定性和高效性，进而提高产品质量，减少次品率。在钢铁行业中，炼钢过程产生的大量余热蒸汽也可通过类似的系统进行回收利用，用于加热高炉热风炉的助燃空气或为厂区内的其他生产环节提供热源，同时实现对循环水的精处理和温度控制，保障生产设备的正常运行。

4.2 区域能源系统整合

将本研究成果与区域能源系统进行深度整合，能够构建起更加高效、智能、可持续的能源供应网络。以城市区域为例，通过建设集中式的温控调节和余热利用设施，可将超临界发电项目产生的余热与周边居民供暖、商业制冷以及工业用热需求进行有机结合。在供暖季，将发电项目的余热通过管网输送至居民小区和商业建筑，满足其供暖需求，减少对传统燃煤、燃气供暖的依赖，降低碳排放。在夏季制冷季，利用吸收式热泵机组将余热转化为冷量，为商业中心、写字楼等提供制冷服务，缓解城市夏季用电高峰压力。同时，与区域内的其他分布式能源（如太阳能光伏发电、风力发电等）进行协同优化。当太阳能或风能充足时，可减少对超临界发电项目余热的利用，优先使用清洁能源；当清洁能源发电不足时，充分发挥余热利用系统的作用，保障区域能源的稳定供应。通过这种多能源互补的方式，实现区域能源的高效利用，提高能源供应的可靠性和稳定性，降低能源供应成本，促进区域经济的可持续发展。

4.3 节能减排与环保效益

通过全面实施本研究提出的控温与余热利用方案，在节能减排和环境保护方面能够取得显著成效。在余热利用方面，以某超临界发电项目为例，每年可减少煤炭消耗约 [X] 吨，相应减少二氧化碳排放约 [X] 吨、二氧化硫排放约 [X] 吨。这对于缓解全球气候变化压力、改善空气质量具有重要意义。在减少高品位蒸汽浪费方面，通过提高发电效率，间接减少了发电过程中的能源消耗和污染物排放。发电效率的提升意味着在满足相同电力需求的情况下，可减少发电设备的运行时间和能源投入，从而降低各类污染物的产生量。此外，由于减少了对传统能源的依赖，还可降低因能源开采和运输过程中对生态环境造成的破坏，如减少煤炭开采导致的地表塌陷、植被破坏等问题，对生态环境保护起到积极的促进作用。

五、结论和展望

尽管本研究在凝结水精处理准确控温与余热利用方面取得了阶段性的显著成果，但在未来的发展中，仍存在诸多值得深入探索和优化的方向。在设备的智能化控制方面，可引入先进的传感器技术和智能控制系统，实现对整个系统运行状态的实时、精准监测和调控。

作者简介：周进（1988.6-），男，汉族，湖北当阳，硕士，高级工程师，暖通专业工程技术人员。