呼倫貝爾草原上的節(jié)水之緣

東北電力設(shè)計(jì)院“煤中取水”破解錫盟火電難題

中國(guó)電力報(bào) 中電新聞網(wǎng)記者 辛清影

　　將存在于褐煤中的水分提取出來再利用，這樣的創(chuàng)新背后，既是多年的付出，也需要引領(lǐng)技術(shù)前沿的實(shí)力。“用最簡(jiǎn)單的辦法解決復(fù)雜問題，這才是真正的水平。”原東北電力科學(xué)研究院院長(zhǎng)張經(jīng)武的點(diǎn)評(píng)，大概是對(duì)中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院（簡(jiǎn)稱“東北電力設(shè)計(jì)院”）“煤中取水”高效褐煤發(fā)電技術(shù)最直觀的總結(jié)。

　　對(duì)于這套加裝在傳統(tǒng)燃用褐煤發(fā)電系統(tǒng)中、可以解決錫盟地區(qū)褐煤基地能源利用與缺水矛盾的簡(jiǎn)單裝置，中國(guó)工程院院士秦裕琨給出了如下評(píng)價(jià)：“它解決了錫盟缺水地區(qū)煤炭能源的利用問題，具有較強(qiáng)的針對(duì)性，符合中國(guó)國(guó)情。”談及這項(xiàng)9月11日在華能匯流河電廠啟動(dòng)的“煤中取水”試驗(yàn)裝置，多位業(yè)內(nèi)專家與企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)交口稱贊。該技術(shù)為國(guó)際首創(chuàng)，設(shè)計(jì)思路與經(jīng)濟(jì)性都優(yōu)于目前世界上的同類型科研成果。隨著試驗(yàn)的成功，錫盟地區(qū)褐煤發(fā)電可以突破以往煤炭熱值低、水源缺乏的客觀限制，具備了大規(guī)模發(fā)展的現(xiàn)實(shí)可行性。

　　在集成中實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破

　　眾所周知，褐煤水分和灰分含量較高，低位發(fā)熱量一般只有每千克7000～16730千焦，具有較高的揮發(fā)分。由于褐煤發(fā)電是我國(guó)今后發(fā)展火電的重點(diǎn)之一，研究高效的褐煤發(fā)電系統(tǒng)具有重要意義。

　　據(jù)悉，“煤中取水”高效褐煤發(fā)電技術(shù)的工作原理是將抽取自鍋爐爐膛上部的高溫爐煙與取自鍋爐尾部的低溫爐煙混合成為干燥劑，經(jīng)由膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道輸送至下行干燥管中與原煤混合，并將原煤中的部分水分快速變成蒸氣，然后進(jìn)入風(fēng)扇磨煤機(jī)磨制煤粉，煤粉中部分剩余水分變成蒸氣依次完成干燥，同時(shí)，煤粉由煤粉收集器分離后落入粉倉，由給粉機(jī)送入爐膛燃燒。最后，煤粉收集器排出的蒸氣再進(jìn)入“節(jié)能水回收裝置”，降溫后成為凝結(jié)水，該凝結(jié)水的水質(zhì)相當(dāng)于蒸餾水，進(jìn)入水處理系統(tǒng)后可實(shí)現(xiàn)回收利用。

　　在近期召開的“煤中取水”高效褐煤發(fā)電技術(shù)工程試驗(yàn)成果專家評(píng)審會(huì)上，記者對(duì)該技術(shù)的諸多創(chuàng)新有了更深入的了解。首先，風(fēng)扇磨煤機(jī)與倉儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)和回收系統(tǒng)的創(chuàng)新性集合，實(shí)現(xiàn)了高水分褐煤的制粉、提質(zhì)和熱能回收在同一流程中完成，全部工藝在鍋爐島內(nèi)結(jié)束，短捷清晰；其次，充分利用干燥乏氣的低溫和高含濕的特點(diǎn)，通過加熱凝結(jié)水和鍋爐送風(fēng)，鍋爐排煙與回收裝置排煙混合后溫度大幅度降低，進(jìn)而降低了濕法脫硫的煙氣濕球溫度，減少了脫硫系統(tǒng)的蒸發(fā)水量，最終實(shí)現(xiàn)大幅度降低脫硫島補(bǔ)水量；第三，乏氣余熱加熱凝結(jié)水、加熱鍋爐送風(fēng)，使干燥乏氣所攜帶的大量濕熱和水蒸汽凝結(jié)潛熱得以有效回收利用，同時(shí)，由于褐煤中的水分不進(jìn)入鍋爐，鍋爐體積也得以減小，鍋爐排煙水分含量降低，因此可以采用更低的排煙溫度；第四，風(fēng)扇磨煤機(jī)系統(tǒng)與倉儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的集成使風(fēng)扇磨煤機(jī)與鍋爐本體完全脫離，負(fù)荷的調(diào)整、啟停由煤粉倉和給粉機(jī)承擔(dān)，磨煤機(jī)運(yùn)行調(diào)整靈活，增大了檢修和備用的能力，實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒不受磨煤機(jī)負(fù)荷變化的限制，鍋爐升負(fù)荷、降負(fù)荷可以靈活調(diào)整。

　　在簡(jiǎn)單中實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排雙收益

　　在華能匯流河試驗(yàn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，記者看到“煤中取水”試驗(yàn)裝置正在有條不紊地運(yùn)行著。通過該裝置取出的水品質(zhì)較好，經(jīng)過正常處理后，可以作為鍋爐補(bǔ)給水使用。雖然該設(shè)計(jì)裝置外表看似簡(jiǎn)易，內(nèi)在卻極大地提高了從褐煤中提取水的效率。在采訪中，東北電力設(shè)計(jì)院發(fā)電分公司熱機(jī)室主任裴育峰告訴記者：“‘煤中取水’的體量大概為所選取煤的總質(zhì)量的56.25%，約占總水量的22.5%。在褐煤燃燒本身固有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，

　　要求有10%左右的水分要隨著褐煤進(jìn)入爐膛。因此，水的提取量是相當(dāng)可觀的。”據(jù)相關(guān)研究結(jié)果顯示，一臺(tái)60萬千瓦超臨界機(jī)組如果應(yīng)用“煤中取水”裝置，每小時(shí)能回收水約140噸，能實(shí)現(xiàn)電廠的“零補(bǔ)水”，年可回收煤中水約154萬噸以上，相當(dāng)于一個(gè)中等城市的用水量。這為燃用褐煤的火電項(xiàng)目在選址方面拓寬了區(qū)域，使電廠布局?jǐn)[脫依賴大型河流、水庫及城市的困局。

　　同時(shí)，應(yīng)用該技術(shù)后，鍋爐可參照煙煤標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、鍋爐體積和造價(jià)將大幅度降低，磨煤機(jī)也同樣可以降低設(shè)計(jì)和制造的難度，使建設(shè)高水分褐煤100萬千瓦等級(jí)電站有了實(shí)現(xiàn)的可能性。

　　根據(jù)裴育峰介紹：“應(yīng)用‘煤中取水’技術(shù)，預(yù)計(jì)兩臺(tái)60萬千瓦機(jī)組每年可節(jié)約標(biāo)煤約6萬噸左右，”在污染物控制方面，應(yīng)用該技術(shù)單臺(tái)60萬千瓦機(jī)組年約可少排放二氧化硫45噸、煙塵15噸、二氧化氮45噸、二氧化碳15萬噸，環(huán)境效益明顯。同時(shí)，東北電力設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)王勇人說：“錫盟電源基地是一個(gè)正在規(guī)劃籌建的新項(xiàng)目，總裝機(jī)容量可達(dá)1784萬千瓦。若全部采用‘煤中取水’技術(shù)，每年自褐煤中可提取1222萬噸水用于電廠補(bǔ)水?；诖?，電廠僅需補(bǔ)充地表水329萬噸，同時(shí)，每年可減少二氧化硫、氮氧化物排放量各1001噸，降低二氧化碳排放量328萬噸，減少煙塵排放量301噸，節(jié)約原煤212萬噸以上。”根據(jù)綜合測(cè)算，以目前全國(guó)已建和在建的燃用褐煤的大型火力發(fā)電廠的總裝容量約1500萬千瓦為基準(zhǔn)，若均采用“煤中取水”發(fā)電技術(shù)，每年約可少排放二氧化硫875噸，煙塵400噸，二氧化氮875噸，二氧化碳5188750噸，大大有利于從源頭上控制污染物的產(chǎn)生。

　　在安全保障中締造比較優(yōu)勢(shì)

　　我國(guó)褐煤資源豐富，已探明的褐煤資　  源儲(chǔ)量達(dá)1300多億噸，占全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的13%。目前，全國(guó)已建和在建的燃用褐煤大型火力發(fā)電廠總裝機(jī)容量還不足1500萬千瓦，僅占全國(guó)火力發(fā)電總裝機(jī)容量的3~5%左右。未來的應(yīng)用空間十分可觀。“煤中取水”技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，可積極解決褐煤發(fā)電技術(shù)的瓶頸問題，為規(guī)模發(fā)展提供技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等諸多方面的支持。對(duì)此，秦裕琨表示：“我國(guó)的褐煤主要集中在中西部缺水地區(qū)，而褐煤就地消納的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)距離輸送，除了經(jīng)濟(jì)性，它最大的作用還在于解決了就地消納的缺水問題。”任何一個(gè)新興項(xiàng)目，要想實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，安全問題都是必須考慮的。為了保障安全性，東北電力設(shè)計(jì)院反復(fù)進(jìn)行模擬測(cè)試，王勇人舉例說：“模擬220伏全廠斷電的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，氮?dú)庀到y(tǒng)馬上可以運(yùn)作起來保障安全，后續(xù)相關(guān)試驗(yàn)還將進(jìn)一步推進(jìn)。”對(duì)于解決褐煤易燃性等方面的問題，裴育峰說：“為了更好地控制燃燒，我們的團(tuán)隊(duì)積極控制鍋爐含氧量和溫度，目前鍋爐內(nèi)含氧量低于10%，滿足12%的安全標(biāo)準(zhǔn)。”對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)裝置的成功應(yīng)用，張經(jīng)武還表示：“該項(xiàng)目國(guó)際首創(chuàng)的設(shè)計(jì)構(gòu)思是一大突破。由于設(shè)計(jì)思路的不同，國(guó)際上大多數(shù)類似的設(shè)計(jì)都是配置另外的煤粉干燥系統(tǒng)，增加成本的同時(shí)工藝也更復(fù)雜。東北電力設(shè)計(jì)院的”煤中取水“技術(shù)，目前來看是國(guó)際上最簡(jiǎn)單的。”對(duì)于技術(shù)的發(fā)展前景，秦裕琨院士認(rèn)為，該項(xiàng)目的價(jià)值主要在于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和更高效、更低污染指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，王勇人則表示：“應(yīng)用”煤中取水“技術(shù)會(huì)增加相關(guān)設(shè)備，理論上會(huì)增加廠房的占地面積。我們下一步的目標(biāo)，就是在增加設(shè)備的基礎(chǔ)上，盡量不增加主廠區(qū)域。同時(shí)，基于安全考慮，我們希望未來的煤粉倉可以做得更小，另外，使用無油點(diǎn)火、等離子點(diǎn)火等技術(shù)來優(yōu)化點(diǎn)火方式。”