呼倫貝爾草原上的節水之緣

東北電力設計院“煤中取水”破解錫盟火電難題

中國電力報 中電新聞網記者 辛清影

　　將存在于褐煤中的水分提取出來再利用，這樣的創新背后，既是多年的付出，也需要引領技術前沿的實力。“用最簡單的辦法解決復雜問題，這才是真正的水平。”原東北電力科學研究院院長張經武的點評，大概是對中國電力工程顧問集團東北電力設計院（簡稱“東北電力設計院”）“煤中取水”高效褐煤發電技術最直觀的總結。

　　對于這套加裝在傳統燃用褐煤發電系統中、可以解決錫盟地區褐煤基地能源利用與缺水矛盾的簡單裝置，中國工程院院士秦裕琨給出了如下評價：“它解決了錫盟缺水地區煤炭能源的利用問題，具有較強的針對性，符合中國國情。”談及這項9月11日在華能匯流河電廠啟動的“煤中取水”試驗裝置，多位業內專家與企業領導交口稱贊。該技術為國際首創，設計思路與經濟性都優于目前世界上的同類型科研成果。隨著試驗的成功，錫盟地區褐煤發電可以突破以往煤炭熱值低、水源缺乏的客觀限制，具備了大規模發展的現實可行性。

　　在集成中實現技術突破

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

　　據悉，“煤中取水”高效褐煤發電技術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，經由膜式內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，然后進入風扇磨煤機磨制煤粉，煤粉中部分剩余水分變成蒸氣依次完成干燥，同時，煤粉由煤粉收集器分離后落入粉倉，由給粉機送入爐膛燃燒。最后，煤粉收集器排出的蒸氣再進入“節能水回收裝置”，降溫后成為凝結水，該凝結水的水質相當于蒸餾水，進入水處理系統后可實現回收利用。

　　在近期召開的“煤中取水”高效褐煤發電技術工程試驗成果專家評審會上，記者對該技術的諸多創新有了更深入的了解。首先，風扇磨煤機與倉儲式制粉系統和回收系統的創新性集合，實現了高水分褐煤的制粉、提質和熱能回收在同一流程中完成，全部工藝在鍋爐島內結束，短捷清晰；其次，充分利用干燥乏氣的低溫和高含濕的特點，通過加熱凝結水和鍋爐送風，鍋爐排煙與回收裝置排煙混合后溫度大幅度降低，進而降低了濕法脫硫的煙氣濕球溫度，減少了脫硫系統的蒸發水量，最終實現大幅度降低脫硫島補水量；第三，乏氣余熱加熱凝結水、加熱鍋爐送風，使干燥乏氣所攜帶的大量濕熱和水蒸汽凝結潛熱得以有效回收利用，同時，由于褐煤中的水分不進入鍋爐，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，風扇磨煤機系統與倉儲式制粉系統的集成使風扇磨煤機與鍋爐本體完全脫離，負荷的調整、啟停由煤粉倉和給粉機承擔，磨煤機運行調整靈活，增大了檢修和備用的能力，實現了鍋爐燃燒不受磨煤機負荷變化的限制，鍋爐升負荷、降負荷可以靈活調整。

　　在簡單中實現節水減排雙收益

　　在華能匯流河試驗項目現場，記者看到“煤中取水”試驗裝置正在有條不紊地運行著。通過該裝置取出的水品質較好，經過正常處理后，可以作為鍋爐補給水使用。雖然該設計裝置外表看似簡易，內在卻極大地提高了從褐煤中提取水的效率。在采訪中，東北電力設計院發電分公司熱機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量的56.25%，約占總水量的22.5%。在褐煤燃燒本身固有的設計標準中，

　　要求有10%左右的水分要隨著褐煤進入爐膛。因此，水的提取量是相當可觀的。”據相關研究結果顯示，一臺60萬千瓦超臨界機組如果應用“煤中取水”裝置，每小時能回收水約140噸，能實現電廠的“零補水”，年可回收煤中水約154萬噸以上，相當于一個中等城市的用水量。這為燃用褐煤的火電項目在選址方面拓寬了區域，使電廠布局擺脫依賴大型河流、水庫及城市的困局。

　　同時，應用該技術后，鍋爐可參照煙煤標準設計、鍋爐體積和造價將大幅度降低，磨煤機也同樣可以降低設計和制造的難度，使建設高水分褐煤100萬千瓦等級電站有了實現的可能性。

　　根據裴育峰介紹：“應用‘煤中取水’技術，預計兩臺60萬千瓦機組每年可節約標煤約6萬噸左右，”在污染物控制方面，應用該技術單臺60萬千瓦機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，環境效益明顯。同時，東北電力設計院院長王勇人說：“錫盟電源基地是一個正在規劃籌建的新項目，總裝機容量可達1784萬千瓦。若全部采用‘煤中取水’技術，每年自褐煤中可提取1222萬噸水用于電廠補水?；诖?，電廠僅需補充地表水329萬噸，同時，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，節約原煤212萬噸以上。”根據綜合測算，以目前全國已建和在建的燃用褐煤的大型火力發電廠的總裝容量約1500萬千瓦為基準，若均采用“煤中取水”發電技術，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生。

　　在安全保障中締造比較優勢

　　我國褐煤資源豐富，已探明的褐煤資　  源儲量達1300多億噸，占全國煤炭儲量的13%。目前，全國已建和在建的燃用褐煤大型火力發電廠總裝機容量還不足1500萬千瓦，僅占全國火力發電總裝機容量的3~5%左右。未來的應用空間十分可觀。“煤中取水”技術的實踐應用，可積極解決褐煤發電技術的瓶頸問題，為規模發展提供技術、經濟、環保等諸多方面的支持。對此，秦裕琨表示：“我國的褐煤主要集中在中西部缺水地區，而褐煤就地消納的優勢遠大于遠距離輸送，除了經濟性，它最大的作用還在于解決了就地消納的缺水問題。”任何一個新興項目，要想實現規?；瘧?，安全問題都是必須考慮的。為了保障安全性，東北電力設計院反復進行模擬測試，王勇人舉例說：“模擬220伏全廠斷電的實驗結果是，氮氣系統馬上可以運作起來保障安全，后續相關試驗還將進一步推進。”對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，我們的團隊積極控制鍋爐含氧量和溫度，目前鍋爐內含氧量低于10%，滿足12%的安全標準。”對于本次實驗裝置的成功應用，張經武還表示：“該項目國際首創的設計構思是一大突破。由于設計思路的不同，國際上大多數類似的設計都是配置另外的煤粉干燥系統，增加成本的同時工藝也更復雜。東北電力設計院的”煤中取水“技術，目前來看是國際上最簡單的。”對于技術的發展前景，秦裕琨院士認為，該項目的價值主要在于產業化應用和更高效、更低污染指標的實現。對此，王勇人則表示：“應用”煤中取水“技術會增加相關設備，理論上會增加廠房的占地面積。我們下一步的目標，就是在增加設備的基礎上，盡量不增加主廠區域。同時，基于安全考慮，我們希望未來的煤粉倉可以做得更小，另外，使用無油點火、等離子點火等技術來優化點火方式。”