火電廠空冷機組水耗及煤耗性能研究

丁釗

（內(nèi)蒙古蒙東能源有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000）

0 引言

前工業(yè)時期采用資源大力開發(fā)與資源快速消耗的方式，造成了嚴重的能源危機，電力生產(chǎn)制造中，既要考慮到水資源的配置，也需要對煤資源進行充分應(yīng)用。結(jié)合我國的具體情況看，廣大的西北地區(qū)雖然發(fā)現(xiàn)了諸多儲藏豐富，甚至露天煤礦，形成了西北區(qū)域范圍內(nèi)的“富煤”現(xiàn)象；同時，由于我國以季風(fēng)氣候為主，廣大西北地區(qū)夏熱冬冷，降雨量與水資源儲備均存在相對不足的問題，又造成了西北區(qū)域范圍內(nèi)的“缺水”現(xiàn)象[1]。所以，在“富煤缺水”的條件下，要滿足西北廣大區(qū)域的生產(chǎn)與生活用電需求，在火力發(fā)電方面，就需要較好的利用空冷機組。

1 火電廠空冷機組應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前我國正處于總體經(jīng)濟體系建設(shè)新時期，基本上完成了全球市場的經(jīng)濟并軌，并在本土市場擴大了市場機制的功能特性。所以，對于火電廠空冷機組的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，有必要從兩大市場進行簡要分析。具體如下：

1.1 從全球市場分析

從全球市場看，空冷機組于1983年由德國發(fā)明并生產(chǎn)，經(jīng)過80多年的發(fā)展，已經(jīng)從1500KW直接空冷機組，衍生出了2*36MW空冷機組（意大利電站）、160MW空冷機組（西班牙電站）、365MW空冷機組（美國Wyodak電站），以及6*665MW+3*657MW空冷機組（南非Matimba電站）等。根據(jù)現(xiàn)代全球電站中的間接空冷機組應(yīng)用現(xiàn)狀看，以表面式空氣冷卻系統(tǒng)和混合式空氣冷卻系統(tǒng)為主，前一種系統(tǒng)中最大單機容易已經(jīng)達到6*686MW，以南非肯達爾電站的空冷機組最為典型。后一種系統(tǒng)中最大單機容量已經(jīng)達到325MW，以伊朗Arak電站空冷機組最為典型。從比例方面看，直接空冷機組與間接空冷機組的裝機容易分別為60%、40%；在100MW以上空冷機組空冷系統(tǒng)方面，直接空冷系統(tǒng)、哈蒙式間接空冷系統(tǒng)、海勒式間接空冷系統(tǒng)，分別占比約為43%、32%、25%。

1.2 從本土市場分析

從本土市場看，我國的火電廠空冷機組的發(fā)展與應(yīng)用也經(jīng)歷了諸多階段，在開始階段主要以引進方式為主；在現(xiàn)階段形成了引進與自主研發(fā)的多元化方式。與全球市場相比，我國在電站空冷技術(shù)方面的研究相對較晚，具有起步晚、發(fā)展快的基本特征。比如，在八十年代我國已經(jīng)投產(chǎn)了200MW空冷機組，雖然只有2臺，卻證實了技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)相對完整。同時，在“改革開放”后引入了間接空冷系統(tǒng)（匈牙利海勒式類型）。進入21世紀(jì)后，空冷機組的發(fā)展速度加快，相繼投產(chǎn)應(yīng)用了2*600MW直接空冷機組、4*200MW海勒式間接空冷機組、300MW直接空冷機組、2*300MW直接空冷機組、4*600MW直接空冷機組、2*1000MW直接空冷機組等[2]。

2 火電廠空冷機組水耗及煤耗性能

2.1 水耗性能分析

根據(jù)國家環(huán)境保護總局環(huán)境工程評估中心，對2015年以來100個不同等級、不同冷卻方式的火電項目統(tǒng)計分析（300MW級以下，11個；3000MW級，58個；600MW級，25個；1000MW級，6個），結(jié)果表明：

常規(guī)自然冷卻機組與空冷機組水耗指標(biāo)比例為3.5：1到5：1范圍之內(nèi)?？绽錂C組節(jié)水能力在機組規(guī)模較小時，其能力越強（與帶冷卻塔二次循環(huán)冷卻機組相比，300MW空冷機組水耗指標(biāo)只占其20%；600MW則占到22%；1000MW則占到28%）。空冷機組規(guī)模擴大時，間接空冷與直接空冷的節(jié)水能力并無多大差異。規(guī)模相對均衡時，間接空冷節(jié)水能力稍遜于直接空冷機組（如300MW直接空冷機組與間接空冷機組消耗指標(biāo)比為0.76；600MW比值為0.99；1000MW則為0.98）?？绽錂C組耗水量比海水直流冷卻相對較大。以節(jié)水指標(biāo)看，直接空冷比間接空冷優(yōu)良。按照我國《取水定額》相關(guān)指標(biāo)分析，也與海水直接供水系統(tǒng)單機容量（如不小于300MW，水耗指標(biāo)<0.12m3/GW）、冷卻塔二次循環(huán)供水系統(tǒng)單機容量（如不小于300MW，水耗指標(biāo)<0.80m3/GW）、直接空冷機組系統(tǒng)單機容量（如不小于300MW，水耗指標(biāo)<0.18m3/GW）下的電廠全廠發(fā)電消耗指標(biāo)規(guī)定相符合。

2.2 煤耗性能分析

雖然存在一些地區(qū)存在“富煤”現(xiàn)象，但是煤質(zhì)在不同的區(qū)域內(nèi)卻存在差異，所以當(dāng)煤的物理屬性存在差異時就會對原煤消耗量產(chǎn)生一定的影響，比如煤的熱值存在差異，就會造成煤耗差異。為了有效進行煤耗性能評估，通常需要采用平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗實施具體比較與分析[3]。比如，不同等機樣本數(shù)確定的情況下，就可以根據(jù)國家環(huán)境保護總局環(huán)境工程評估中心提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在確定等級規(guī)模相等的限定條件下，從機組的亞臨界類型、超臨界類型、超超臨界類型，對發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗進行分析。

比如，帶冷卻塔二次循環(huán)冷卻發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗均值在300MW、600MW、1000MW空冷機組，分別為279.3g/kW?h、277.5g/kW?h、273.0g/kW?h；對應(yīng)的空冷機組中，直接空冷機組數(shù)據(jù)分別為293.9g/kW?h、297.0g/kW?h、284.0g/kW?h；間接空冷機組數(shù)據(jù)分別為285.3g/kW?h、291.8g/kW?h、280.0g/kW?h；海水直流冷卻對應(yīng)數(shù)據(jù)分別為299.0g/kW?h、279.0g/kW?h、279.0g/kW?h。

若將1000MW級設(shè)定為超超臨界機組、600MW級設(shè)置為超臨界機組、300MW級設(shè)置為亞臨界機組，在橫向比較方面就可以獲得如下結(jié)果：在平均發(fā)電煤耗方面，空冷機組>帶冷卻塔二次循環(huán)冷卻機組（高出率約在6.2%到3.3%范圍）。進一步比較300MW、600MW、1000MW空冷機組，就可以得出其高出率分別為3.7%、6.2%、3.3%。另一方面，在同等級機組的煤耗方面，直接空冷機組>間接空冷機組。根據(jù)不同冷卻方式機組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗均值統(tǒng)計分析，300MW、600MW、1000MW空冷機組，就可以得出其高出率分別為2.9%、1.8%、1.4%[4]。

因此，在三種冷卻方式下，其煤耗水平為常規(guī)火電機組<間接空冷機組<直接空冷機組。其水耗水平為直接空冷機組<間接空冷機組<常規(guī)火電機組。此時，耗煤在實質(zhì)上就是節(jié)水的基礎(chǔ)。

2.3 火電廠空冷機組的經(jīng)濟效用分析

一般火電廠的空冷機組投入中，初始投資方面，若采用直接空冷機組2*600MW，那么其冷卻系統(tǒng)的投資金額約為5億人民幣；相比之下，若采用濕冷機組冷卻系統(tǒng)，投資金額會下降3億人民幣。然而，從效用、運費、使用壽命等綜合效益方面分析，直接空冷機組的綜合效益產(chǎn)出相對較高，并且在投入運營后可以提高火電廠的效用生產(chǎn)效率。另外，社會效益方面和生態(tài)效益方面，由于蒸發(fā)水霧的缺失與循環(huán)排污問題的解決，在節(jié)約大量水資的同時，也可以降低生態(tài)環(huán)境的影響及污染，進而化解“富煤缺水”區(qū)域“以水定電”的問題，解決其在電力生產(chǎn)方面水資源應(yīng)用成本居高不下的問題等[5]。

3 結(jié)語

在電力生產(chǎn)制造行業(yè)，火電廠主要采用燃料發(fā)電方式進行電力生產(chǎn)。我國當(dāng)前火電廠在西北區(qū)域分布較多，對于空冷機組的應(yīng)用數(shù)量較大。由于我國構(gòu)建了總體經(jīng)濟框架，實現(xiàn)與全球經(jīng)濟的并軌，因而在同類設(shè)備的使用與研發(fā)設(shè)計方面也基本與國際水平處于同步階段。通過以上分析可以看出，在火電廠空冷機組水耗及煤耗性能方面，我國起步晚而發(fā)展快，當(dāng)前的空冷機組在應(yīng)用中也通過技術(shù)研發(fā)設(shè)計逐漸將單一的物質(zhì)生產(chǎn)效率，擴展到了效用生產(chǎn)效率層面，通過對空冷機組水耗、煤耗性能的經(jīng)濟性分析，可以使在應(yīng)用方案優(yōu)化的同時，產(chǎn)出較大的綜合效益，滿足當(dāng)前空冷機組應(yīng)用中的社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益產(chǎn)出需求。