火電廠空冷機組水耗及煤耗性能研究

丁釗

（內蒙古蒙東能源有限公司，內蒙古 呼倫貝爾 021000）

0 引言

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

1 火電廠空冷機組應用現狀

當前我國正處于總體經濟體系建設新時期，基本上完成了全球市場的經濟并軌，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用現狀分析，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年由德國發明并生產，經過80多年的發展，已經從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。根據現代全球電站中的間接空冷機組應用現狀看，以表面式空氣冷卻系統和混合式空氣冷卻系統為主，前一種系統中最大單機容易已經達到6*686MW，以南非肯達爾電站的空冷機組最為典型。后一種系統中最大單機容量已經達到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方面，直接空冷系統、哈蒙式間接空冷系統、海勒式間接空冷系統，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展與應用也經歷了諸多階段，在開始階段主要以引進方式為主；在現階段形成了引進與自主研發的多元化方式。與全球市場相比，我國在電站空冷技術方面的研究相對較晚，具有起步晚、發展快的基本特征。比如，在八十年代我國已經投產了200MW空冷機組，雖然只有2臺，卻證實了技術的研發與應用已經相對完整。同時，在“改革開放”后引入了間接空冷系統（匈牙利海勒式類型）。進入21世紀后，空冷機組的發展速度加快，相繼投產應用了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

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

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

2.2 煤耗性能分析

雖然存在一些地區存在“富煤”現象，但是煤質在不同的區域內卻存在差異，所以當煤的物理屬性存在差異時就會對原煤消耗量產生一定的影響，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電標準煤耗實施具體比較與分析[3]。比如，不同等機樣本數確定的情況下，就可以根據國家環境保護總局環境工程評估中心提供的統計數據，在確定等級規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，對發電標準煤耗進行分析。

比如，帶冷卻塔二次循環冷卻發電標準煤耗均值在300MW、600MW、1000MW空冷機組，分別為279.3g/kW?h、277.5g/kW?h、273.0g/kW?h；對應的空冷機組中，直接空冷機組數據分別為293.9g/kW?h、297.0g/kW?h、284.0g/kW?h；間接空冷機組數據分別為285.3g/kW?h、291.8g/kW?h、280.0g/kW?h；海水直流冷卻對應數據分別為299.0g/kW?h、279.0g/kW?h、279.0g/kW?h。

若將1000MW級設定為超超臨界機組、600MW級設置為超臨界機組、300MW級設置為亞臨界機組，在橫向比較方面就可以獲得如下結果：在平均發電煤耗方面，空冷機組>帶冷卻塔二次循環冷卻機組（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。根據不同冷卻方式機組發電標準煤耗均值統計分析，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<常規火電機組。此時，耗煤在實質上就是節水的基礎。

2.3 火電廠空冷機組的經濟效用分析

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，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效率。另外，社會效益方面和生態效益方面，由于蒸發水霧的缺失與循環排污問題的解決，在節約大量水資的同時，也可以降低生態環境的影響及污染，進而化解“富煤缺水”區域“以水定電”的問題，解決其在電力生產方面水資源應用成本居高不下的問題等[5]。

3 結語

在電力生產制造行業，火電廠主要采用燃料發電方式進行電力生產。我國當前火電廠在西北區域分布較多，對于空冷機組的應用數量較大。由于我國構建了總體經濟框架，實現與全球經濟的并軌，因而在同類設備的使用與研發設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，我國起步晚而發展快，當前的空冷機組在應用中也通過技術研發設計逐漸將單一的物質生產效率，擴展到了效用生產效率層面，通過對空冷機組水耗、煤耗性能的經濟性分析，可以使在應用方案優化的同時，產出較大的綜合效益，滿足當前空冷機組應用中的社會效益、經濟效益、生態效益產出需求。