东北院-火力发电厂节水技术及发展趋势

火力发电厂节水技术及发展趋势
胡南
（中国电力工程顾问集团东北电力设计院吉林长春130021）
1 引言
目前，中国已成为世界上最大的能源生产国和消费国，也是全球煤炭消费第一大国。

截止2013年底，我国电力总装机容量已达12.47亿千瓦，其中火电装机容量8.6亿千瓦，占总装机容量的69%。

火力发电厂在运行过程中，除消耗一次能源、排放污染外，还消耗大量的水资源，耗水指标已经成为火力发电厂非常重要的经济考核指标之一。

淡水资源需要满足城市发展，农田灌溉等，火力发电厂对水资源的依赖，对于水资源匮乏的地区，是很大的负担。

燃煤发电污染控制应立足于能源资源、环境、经济平衡，解决燃煤发电和环境保护的矛盾。

为了降低火力发电厂水耗，发展了节水发电技术，包括汽轮机排气空冷技术、辅机冷却水空冷技术、活性焦脱硫技术、干式出渣技术等等。

近年来，针对高水分燃料的煤中取水技术也得到了越来越多的关注。

不同的技术节水效果不同，投资、运行成本和适用条件也不同，本文对各项技术以及未来发展趋势进行了相应分析和介绍。

2 火电厂水消指标与现状
火力发电厂在运行过程中，汽轮机排汽冷却、湿法脱硫、湿式除渣等过程消耗了大量的水。

建在海边的发电厂，可以通过海水冷却，大大减少了淡水资源的消耗。

对于内陆缺水地区，采用强制空气对流冷却技术，同样可以减少对淡水的依赖，但是必须以增加投资和运行效率为代价。

由于国内大型煤炭基地大多在内容缺水地区，如新疆、内蒙地区，因此电厂水耗必须得到格外关注。

表1为三种不同冷却方式的燃煤机组发电水耗统计。

随着对水资源的日益重视，我国火力发电厂的水耗限制技术不断提高，表2给出了我国相关规范对火力发电厂水耗指标的限制规定。

表3给出了了不同时间我国火力发电厂实际水耗的统计，从中可以看出，2010年交2000的单位发电水耗已经大大降低。

3 火力发电厂节水技术
3.1 空冷技术
火力发电厂汽轮机排汽空冷技术已在我国北方缺水地区得到广泛应用，汽轮发电机组主机排汽采用空冷系统后，与循环供水的湿冷机组相比全厂节水达到80%左右。

目前空冷机组装机容量约为火电总装机容量的14%左右，相比于常规的二次循环湿冷机组，每年可节约水资源约12亿t。

主机采用空冷技术后，运行背压升高，供电煤耗明显增高。

同时，空冷系统投资较常规湿冷机组要高，2×600MW机组，约高出2-3亿元。

此外，空冷技术还存在系统真空严密性差、空冷凝汽器外表面污垢严重以及空冷系统凝结水溶氧高等问题。

目前燃煤发电机组空冷技术发展趋势主要是提高空冷机组的经济性，降低煤耗。

3.2 辅机冷却水空冷技术
辅机冷却水主要包括汽轮机、发电机、真空泵等主要辅机的冷却水，主厂房
内转动机械轴承冷却水，给水泵、风机、磨煤机等的润滑油冷却器等的冷却水。

辅机冷却水系统采用机械通风间接空冷系统后，空冷机组的耗水指标可以进一步降低约0.02m3/s.GW。

辅机冷却水空冷系统在国内应用较少，目前2×600MW机组辅机冷却水采用翅片管散热器的间接空冷系统投资约1800万元，是常规带机械通风湿冷塔循环供水系统的3-4倍。

辅机冷却水系统采用蒸发冷却器的干湿联合冷却系统在国内已有运行经验，在国内取得成功运行经验后，可以在严重缺水地区推广应用。

3.3 干式除渣
干式除渣系统是利用空气作为冷却介质将锅炉底渣进行冷却、完成输送的一种系统。

工艺流程不消耗水、吸收了底渣热量的空气又被吸入炉膛，充分吸收了底渣的热量、提高了锅炉效率、保持了渣的活性，有利于综合利用、空气靠炉膛负压吸入炉膛，减少了厂用电量。

对于2×600MW机组，采用干式除渣系统，耗水量约减少36.0m3/h。

2×600MW机组除渣采用湿式刮板捞渣机输送至渣仓方案投资1.4亿元，2×600MW机组除渣采用干式除渣系统投资1.85亿元，采用干式除渣方案增加投资450万元。

3.4 干法脱硫技术
活性焦烟气脱硫技术以煤制成的活性焦作脱硫剂，依靠活性焦对SO2的吸附和解吸完成烟气脱硫循环。

活性焦干法脱硫工艺与传统的石灰石-石膏湿法脱硫工艺相比，主要特点包括：节水效果显著，脱硫工艺过程中基本不用水；脱硫效率高达95%以上，可以脱硫脱硝一体完成，脱销效率达到30%以上，在脱硫的同时能够脱除汞等重金属；能够脱除SO3，不产生废水、废物，没有二次污染；脱硫副产品为亚硫酸铵酸、硫或硫磺，SO2资源化。

目前我国还缺乏大型燃煤机组脱硫工程建设运行经验。

主要核心设备如吸收塔、再生塔等还需要进口，因此采用活性焦吸附脱硫工程单位造价远高于湿法脱硫技术。

此外，引进技术对我国煤种的适应性较差，因此形成具有自主知识产权的大型节水可资源化活性焦脱硫技术与装备是近期脱硫领域的重点工作之一。

4 煤中取水技术
在全世界范围褐煤约占煤炭总储量40%，我国褐煤约占煤炭总储量13%。

褐煤水分含量高，通常在30%以上，挥发分含量高，不易运输和储存。

目前褐煤利用的主要途径仍为通过坑口电站燃烧发电。

与常规烟煤锅炉相比，褐煤锅炉价格高出约25%，锅炉热效率低约2%。

这主要因于褐煤锅炉的炉内烟气量较一般烟煤锅炉多出约30%，因而锅炉排烟热损失较高，锅炉体积也较大。

此外，我国
褐煤最为集中的蒙东地区是典型的“富煤缺水”地区，水资源匮乏严重制约了当地的电源基地建设和经济发展。

为此，中国电力工程顾问集团东北电力设计院与上海机易电站设备有限公司联合开发了一种基于炉烟干燥及水回收风扇磨仓储式制粉系统的高效褐煤发电技术，该技术既可显著降低褐煤机组发电煤耗，还可回收大量原煤中水资源，而且制粉系统运行更安全。

图1 煤种取水系统流程图
煤中取水高效褐煤发电技术的工作原理是将抽取自锅炉炉膛上部的高温炉烟与取自锅炉尾部的低温炉烟混合成为干燥剂，经由高温炉烟管道输送至下行干燥管中与原煤混合，将原煤中的部分水份快速变成蒸气，然后进入风扇磨煤机磨制煤粉并将煤粉中部分剩余水份变成蒸气依次完成干燥；煤粉由煤粉收集器分离后落入粉仓，由给粉机送入炉膛燃烧。

煤粉收集器排出的烟气与蒸气混合物进入节能水回收装置在利用凝结水回收热量的同时回收降温后的煤中水，煤中水进入水处理系统处理后回收使用。

高效褐煤发电技术可以实现空冷发电机组零补水，为火电项目在选址时拓宽条件，使电厂布局摆脱依赖大型河流、水库及城市的困局，有利于优化电源布局，改善电网结构。

同时有效解决了火力发电厂建设占用地方资源，与当地社会资源矛盾的突出问题，改变企业的外在形象，有利于当地社会的和谐健康发展。

6 结论
本文讨论了目前现有主要的火力发电厂节水技术的节水能力、特点、投资及运行成本等相关问题。

认为对于常规燃料，节水技术主要包括汽轮机排气空冷技术、辅机冷却水空冷技术、活性焦脱硫技术、干式出渣技术等等。

由于技术条件成熟，节水效果明显，目前主要采用的还是汽轮机排气空冷技术。

几项主要技术均需要进一步优化设计，降低投资和运行成本，以提高发电系统整体效率。

对于以高水分褐煤为燃料的机组，采用煤中取水技术，可以实现煤中水的回收利用，达到空冷机组零补水效果。

同时可实现乏汽中的能量回收，保证机组运行效率。

空冷技术与煤中取水高效褐煤发电技术的结合，是褐煤矿区坑口电站的优选技术。

参考文献
[1] 尹正明, 等. 活性焦脱硫技术应用现状与技术经济性分析. 中国资源综合利用. 2011年8月.
[2] 马有福, 等. 基于炉烟干燥及水回收风扇磨仓储式制粉系统的高效褐煤发电技术. 中国电机工程学报. 2013年2月.
[3] 火力发电厂节水导则, DL/T 783-2001。

[4] 大中型火力发电厂设计规范, GB50660-2011.
[5] 先进燃煤发电技术, 中国工程院, 2011。