煤中取水電廠(chǎng)的水源保證研究

王 威，陳承憲

（中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春 130021）

煤中取水技術(shù)可以減少電廠(chǎng)取用外來(lái)水源的水量，對(duì)于節(jié)約能源以及在缺水區(qū)域建設(shè)燃褐煤電廠(chǎng)而言，具有重要意義。如何判斷煤中取水量是否滿(mǎn)足電廠(chǎng)需求，若不滿(mǎn)足尚需多少外來(lái)水量，即如何保證電廠(chǎng)水源的可靠性也變得尤為重要。分析電廠(chǎng)水源的可靠性，需從電廠(chǎng)機(jī)組運(yùn)行可能工況以及電廠(chǎng)所有系統(tǒng)耗水規(guī)律進(jìn)行分析與計(jì)算。本文以某660 MW 褐煤電廠(chǎng)為依托，結(jié)合機(jī)組運(yùn)行工況，對(duì)取水、耗水逐時(shí)分析，對(duì)煤中取水電廠(chǎng)水源保證進(jìn)行探討，給出了可行的計(jì)算方法。

1 煤中取水分析

隨著國(guó)家能源政策的進(jìn)一步完善和電力工業(yè)體制的進(jìn)一步改革，褐煤作為國(guó)家主要的一次性能源之一，無(wú)論是從國(guó)家的大環(huán)境還是從企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的角度看，“基于爐煙干燥及水回收風(fēng)扇磨倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的高效褐煤發(fā)電技術(shù)”（簡(jiǎn)稱(chēng)“煤中取水”高效褐煤發(fā)電技術(shù)）的研究與推廣是非常重要的。褐煤的顯著特點(diǎn)是水分高，同時(shí)水分也是煤中不可燃成分，作為鍋爐燃料，褐煤中大量的水分使?fàn)t內(nèi)燃燒溫度下降，從而影響煤粉的著火及燃盡，水分蒸發(fā)需要消耗大量的燃料放熱，同時(shí)也使煙氣容積增加，排煙損失增大，導(dǎo)致鍋爐效率降低。采用“煤中取水”高效褐煤發(fā)電技術(shù)，可提高褐煤的能量密度和鍋爐效率，并提取煤中水分，作為電廠(chǎng)補(bǔ)給水，達(dá)到提高褐煤機(jī)組整體效率、減少污染物排放的目的。

煤中取水量雖然與氣溫有一定關(guān)系，但主要與燃煤量相關(guān)，即與機(jī)組負(fù)荷相關(guān)。負(fù)荷大，取水量大；負(fù)荷小，取水量小。如果機(jī)組連續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行，取水量將一直處于偏少的狀態(tài)，因此，應(yīng)該選擇機(jī)組連續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行年度的運(yùn)行工況參與計(jì)算。若擴(kuò)建機(jī)組，宜在原有機(jī)組多年運(yùn)行工況中選擇連續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行一年的運(yùn)行工況；若新建機(jī)組，宜在附近已運(yùn)行機(jī)組多年運(yùn)行工況中選擇連續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行的一年運(yùn)行工況作為計(jì)算參數(shù)。

2 電廠(chǎng)耗水分析

為配合煤中取水，機(jī)組設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能減少耗水量，宜采用節(jié)水的工藝系統(tǒng)，如主機(jī)采用空冷、輔機(jī)和煤中取水系統(tǒng)也建議采用空冷。若煤中出水需要降溫，由于蒸發(fā)及風(fēng)吹損失水量較小，可以采用濕式冷卻塔冷卻。

經(jīng)對(duì)多個(gè)電廠(chǎng)調(diào)研分析，化學(xué)除鹽水系統(tǒng)的補(bǔ)水量與機(jī)組負(fù)荷相關(guān)，但不十分顯著。理論計(jì)算和調(diào)研結(jié)果都表明，脫硫脫硝系統(tǒng)和除灰渣系統(tǒng)與機(jī)組負(fù)荷直接相關(guān)，基本屬于線(xiàn)性關(guān)系。其他耗水量包括未預(yù)見(jiàn)水量，基本與負(fù)荷沒(méi)有關(guān)系，按恒定處理較為合理?；谏鲜龇治?，電廠(chǎng)年耗水量應(yīng)從兩個(gè)方面得出，與負(fù)荷相關(guān)的耗水，包括脫硫系統(tǒng)耗水、脫硝系統(tǒng)耗水和除灰渣系統(tǒng)耗水等，應(yīng)按年利用時(shí)間計(jì)算；與機(jī)組負(fù)荷沒(méi)有顯著關(guān)系的耗水，包含未預(yù)見(jiàn)水量，即除去脫硫、脫硝、除灰渣系統(tǒng)的其他系統(tǒng)耗水外的所有耗水等，應(yīng)按年運(yùn)行時(shí)間計(jì)算。

3 電廠(chǎng)水源的可靠性計(jì)算

以某660 MW 超超臨界燃褐煤擴(kuò)建電廠(chǎng)3 號(hào)機(jī)組為例，參考原有機(jī)組以往多年運(yùn)行記錄，2號(hào)機(jī)組2013年出現(xiàn)多次連續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行工況，選取此機(jī)組2013年運(yùn)行記錄作為計(jì)算煤中取水量的運(yùn)行工況（見(jiàn)表1）。2013年平均氣溫為1.76 ℃，2號(hào)機(jī)組平均運(yùn)行時(shí)間為7 201.42h，年平均利用時(shí)間為4 776.93h；3號(hào)機(jī)組平均出水量59.43m3/h，平均耗水量58.45m3/h，煤中出水耗水差值平均值0.98 m3/h。煤中取水按機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷工況計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組出水量約105～111m3/h，每臺(tái)機(jī)組耗水量在95.35～95.60m3/h。

首先假定一個(gè)較小的緩沖水池容積，結(jié)合氣溫和發(fā)電出力計(jì)算每天的取水和耗水量，算出1年內(nèi)最小需要的緩沖水量，以年末緩沖水量為基礎(chǔ)，再算第2年的每天取水和耗水量，若第2年不能自給自足，調(diào)整緩沖水池容積，重新開(kāi)始計(jì)算，直到滿(mǎn)足要求。此時(shí)可計(jì)算出新建機(jī)組最小需要的緩沖水池容積以及第一年運(yùn)行需要在啟動(dòng)前預(yù)存的水量。

若計(jì)算得出需要的緩沖水池容積大到本項(xiàng)目不能接受的程度，則說(shuō)明，煤中取水水量不能做到自給自足，需外接水源來(lái)補(bǔ)充，根據(jù)工程實(shí)際情況，將緩沖水池容積調(diào)整到可接受程度，則可推出需外接水源的水量。

以某660 MW 超超臨界燃褐煤擴(kuò)建電廠(chǎng)為例，結(jié)合機(jī)組運(yùn)行工況，對(duì)電廠(chǎng)取水及耗水計(jì)算見(jiàn)表1、表2，在表2中K2min與K2max分別為2號(hào)機(jī)組出力系數(shù)的最小值與最大值；Q31min與Q31max分別為3號(hào)機(jī)組第1年緩沖水量最小值與最大值；Q32min與Q32max分別為3號(hào)機(jī)組第2 年緩沖水量的最小值與最大值。

表1 電廠(chǎng)運(yùn)行與取水耗水關(guān)聯(lián)表（1臺(tái)機(jī)組）

表2 運(yùn)行第1年與第2年取水耗水關(guān)聯(lián)表（1臺(tái)機(jī)組）

4 結(jié)論

按某660 MW 超超臨界燃褐煤擴(kuò)建電廠(chǎng)3 號(hào)機(jī)組為例計(jì)算，需最小設(shè)置有效容積6 006m3的緩沖水池，并在電廠(chǎng)第1年運(yùn)行前，從外部水源在緩沖水池中注入1 098 m3的緩沖水。若其他電廠(chǎng)計(jì)算出的最小有效緩沖水池容積超過(guò)了項(xiàng)目認(rèn)可的容積，可結(jié)合外部水源情況，確定合理的緩沖水池容積，并計(jì)算出需從外界引接的補(bǔ)充水量。

煤中取水系統(tǒng)一般采用雙列布置，這種布置可增加取水的可靠性，按前述某660 MW 超超臨界燃褐煤擴(kuò)建電廠(chǎng)為例計(jì)算，即使故障發(fā)生在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段，煤中取水減產(chǎn)的水量也不會(huì)超過(guò)6 000m3，況且，煤中取水系統(tǒng)故障情況下，產(chǎn)水能力也能達(dá)到正常工況下的50%～60%，此時(shí)可以認(rèn)為煤中取水水量對(duì)電廠(chǎng)運(yùn)行是有保證的。