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電廠冷卻塔工作原理:處理電廠冷卻水

電廠為什么需要冷卻?
    冷卻類型
    其他關鍵問題
    使用冷卻的技術
 
在美國,90%的電力來自需要冷卻的熱電廠 - 煤,核能,天然氣和石油。其余10%由水力發電和其他可再生能源設施生產。一些可再生能源技術也是熱電技術,包括某些類型的聚光太陽能,地熱和生物質發電廠。
為什么需要冷卻?
 
熱電廠將水煮沸以產生蒸汽,然后旋轉渦輪機以產生電力。用于煮沸水的熱量可來自燃料燃燒,核反應,或直接來自地下的太陽或地熱熱源。一旦蒸汽通過渦輪機,必須將其冷卻回水中,然后才能重新使用以產生更多電力。較冷的水更有效地冷卻蒸汽,并允許更有效的發電
 
電廠冷卻塔冷卻類型
盡管所有熱電廠都使用水來產生蒸汽用于發電,但并非所有的工廠冷卻系統都使用水。冷卻有三種主要方法:
 
直通系統從附近的水源(例如河流,湖泊,含水層或海洋)取水,通過管道循環以吸收來自稱為冷凝器的系統中的蒸汽的熱量,并將現在較暖的水排放到當地水源。直流系統最初是最受歡迎的,因為它們簡單,成本低,并且可以在具有充足冷卻水供應的地方選址發電廠。這種類型的系統目前在美國東部普遍存在。很少有新的發電廠使用直流冷卻,但是,由于這些系統的中斷導致當地生態系統受到重大取水的影響,并且由于選址電廠的難度增加靠近可用的水源。


電廠冷卻塔示意圖
 
濕循環或閉式冷卻塔在第二個循環中重復使用冷卻水,而不是立即將其排放回原始水源。最常見的是,濕式再循環系統使用冷卻塔將水暴露在環境空氣中。有些水蒸發了;然后將其余部分送回發電廠的冷凝器。由于濕式再循環系統僅抽取水以替換通過冷卻塔中的蒸發而損失的任何水,因此這些系統具有比直通系統低得多的取水量,但往往具有明顯更高的水消耗。在美國西部,濕循環系統占主導地位。
 
    干式冷卻系統使用空氣代替水來冷卻離開渦輪機的蒸汽。干式冷卻系統不使用水,可以減少90%以上的電廠總耗水量。[2]這些節水的權衡是成本更高,效率更低。在發電廠中,效率較低意味著每單位電力需要更多燃料,這反過來又會導致更高的空氣污染以及采礦,加工和運輸燃料對環境的影響。 2000年,大多數美國干式制冷設備都在較小的發電廠中,最常見的是天然氣聯合循環發電廠。[3]
 
美國大約43%的熱電發電機使用直流冷卻,56%循環冷卻和1%干冷卻(2008年數據)。 2008年,約30%的發電涉及直通冷卻,45%循環冷卻和2%干冷。 (在某些情況下,那些相同的發電廠也使用非蒸汽系統發電,例如燃氣輪機。)[4]。
  直流再循環干式冷卻
  提取消費提取消費提取消費
煤(常規)20,000  -  50,000 100  -  317 500  -  1,200 480  -  1,100 N / A N / A.
天然氣(聯合循環)7,500  -  20,000 20  -  100 150  -  283 130  -  300 0  -  4 0  -  4
核25,000  -  60,000 100  -  400 800  -  2,600 600  -  800 N / A N / A.
太陽能熱(槽)N / A N / A 725  -  1,109 725  -  1,109 43  -  79 43  -  79
用于發電廠冷卻的取水和消耗水,每兆瓦時電力產生的加侖水量[5]。
 
電廠冷卻塔其他關鍵問題
    選址:發電廠的地理位置對冷卻技術選擇,水的可用性,用于冷卻的水的類型以及環境影響具有巨大影響。例如,太陽能和地熱發電廠必須分別位于具有高太陽輻射和地熱能的地區,這些地區可能是干旱的,遠離傳統的水資源。在這些情況下,干冷卻可能是一種選擇,或者可能有替代水源,但這種選擇會影響發電廠的性能和當地環境。
    水類型:雖然許多發電廠使用淡水進行冷卻,但廢水和鹽水卻是如此其他可能性有利有弊。 例如,鹽水是沿海發電廠的一個明顯而豐富的選擇,但這些工廠面臨著與內陸植物相似的挑戰,即通過過度抽取或熱污染(來自熱冷卻水的排放)來破壞當地水生生態系統。
 
使用冷卻塔的技術
 
常規電力
     煤
     核
     天然氣
     油
 
可再生電力
     聚光太陽能(太陽能熱電)[6]
    地熱
    生物質能


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