水资源对内蒙古火力发电的限制及对策

裴育峰，丛东升

（东北电力设计院，长春 130021）

内蒙古地区煤炭资源储量极其丰富，已探明储量约2400×108t，占全国已探明储量的25%以上，其中褐煤保有储量1025×108t，占全国已探明褐煤保有储量的77.1%左右；远景储量12000×108t，仅次于新疆地区［1］。区内大部分煤田地质构造简单，厚度大，埋藏浅，煤层稳定，易于露天开采，而且煤种质量优良，种类齐全。同时内蒙古地区的环境容量相对较大，年环境容量SO2为27.32×104t／a，TSP为92.18×104t／a，PM10为42.73×104t／a，NOx为22.17×104t／a。2012年全区SO2排放量为4.21×104t／a，2015年预计11.0×104t／a［2］。煤炭储量和环境容量具备建设大型煤电基地的基本条件。

国家电网公司“十二五”规划中的 “三纵一横”特高压交流网架结构和15条直流输电线路中，“三纵一横”交流和三条直流输电线路起点设在内蒙古，“三纵”即锡林郭勒—南京、乌兰察布—南昌、包头—长沙，“一横”即蒙西—潍坊，三条直流输电线路即锡林郭勒—江苏、蒙西—江苏、呼伦贝尔—山西。上述电力通道总输送能力6250×104kW，相当于外送标煤约2×108t，已开展前期工作的鄂尔多斯、锡林郭勒、呼伦贝尔三大煤电基地规模达1×108kW以上。这些大型煤电基地距离华北、华中、华东等负荷中心区600～1500km，火电成本低，电力输送到江苏地区落地电价低于当地火电上网电价0.04～0.05元／（kW·h），有明显经济优势。

截止至2013年4月，内蒙古全区6000kW及以上发电厂装机容量8080.07×104kW，其中火电6226.81×104kW；累计完成发电量838.67×108kW·h，其中火电746.01×108kW·h。全区年度累计外送电量463.48×108kW·h。

1 水资源分布不平衡对发展火力发电的限制

内蒙古的水资源主要来源于大气降水和少量冰川融雪水，为地表水和地下水。全区流域面积在1000km2以上的河流有107条，分属黄河、海河、滦河、西辽河、嫩江、额尔古纳河6个外流水系和乌拉盖河、塔布河、黄旗海、岱海、额尔古纳河等内流水系。全区地表水资源为406.60×108m3，与地表水不重复的地下水资源为139.35×108m3，水资源总量为545.95×108m3，占全国水资源总量的1.92%。另外黄河分水58.6×108m3，黑河分水8×108m3。全区多年平均水资源可利用量285×108m3，其中地表水170×108m3，地下水115×108m3。

同时，内蒙古地区水资源在地区和时程分布上极不均衡，且与人口、耕地分布不相适应（详见表1）［3］。东部地区黑龙江流域土地面积占全区的27%，人口占全区的18%，而水资源总量占全区的67%。内蒙古中西部广大地区人均水资源量都在世行标准1000m3以下，属严重短缺地区。

表1 内蒙古水资源量分布情况1×108 m3

2000～2011年火电行业用水量占全国工业用水总量的30.46%。尽管自2000年以来火力发电行业环保政策日益严格，单位发电耗水量自2000年的4.1kg／kW·h逐年大幅度下降，但是由于发电容量逐年增加，2011耗水总量仍达到了437.5×108t，预计2015年火力发电耗水量将达到903×108t，约占全国用水总量的15%。

2004年6月，国家发改委《关于燃煤电站项目规划和建设有关要求的通知》要求高度重视节水，燃煤电站项目应采用新技术、新工艺，降低用水量。对于北方缺水地区，新建、扩建火电厂禁止取用地下水，严格控制使用地表水，鼓励利用城市污水处理厂的中水或其他废水。原则上应建设大型空冷机组，百万千瓦耗水指标要控制在0.38m3／s以下。

以2011年全国水资源利用情况为准：供水量占资源量26.3%，工业用水占总供水量的23.9%，火电用水占工业用水量的29.9%，估算内蒙古自治区水资源对于火力发电的支撑情况见表2（仅计算地表水资源）［4］。

通过上述估算可以看到，最乐观地估计内蒙古自治区水资源可以支撑10190×104kW的火电装机规模，小于规划的12500×104kW的需求。由于全区的水资源分配的不均匀，如果扣除呼伦贝尔地区后，水资源仅可以支撑2706×104kW的火电装机规模。尤其是富煤的锡林郭勒盟、鄂尔多斯等地区的水资源仅可以支撑466×104kW的火电装机规模。水资源的匮乏成为限制内蒙古地区火电发展的主要因素。

表2 估算的水资源对火电装机容量的支撑

2 解决水资源对火力发电发展限制的对策

2.1 合理规划，严格执行用水标准和定额

2011年以来，内蒙古自治区政府出台了《关于进一步加快水利改革发展的实施意见》，批准了《自治区水资源费征收标准》，同时批准了《自治区“十二五”水资源合理开发利用与保护规划》，编制了《自治区水利发展“十二五”规划》，制定了“十二五”水利发展总体目标；积极落实最严格的水资源管理制度，开展《西辽河流域水量分配方案》、《自治区取水许可总量控制方案》和《自治区实行最严格水资源管理制度实施方案》的编制工作；全面推进科学治水、依法治水，逐步建立健全水法规体系，起草了《自治区地下水管理办法》《自治区节约用水条例》；大力推进水利科技创新与技术推广；火电厂设计中严格执行DL／T 783—2001《火力发电厂节水导则》规定的节约用水技术原则，火力发电厂的取水定额不高于GB／T 18916.1—2012《取水定额》的规定［5］。

2.2 加强电厂水务管理

火电厂在规划、选厂、设计、建设及运行全过程均应合理使用水源并将废水资源化，以求最经济和最节约用水。电厂通过制订相关标准、规范及管理办法，有针对性地制定出切实可行的节水技术措施和规划，使火力发电厂达到用水合理化和管理科学化，提高火力发电厂的水务管理水平。

2.3 大力发展空冷发电技术

大型电站采用空冷技术要比传统的湿冷技术节水3／4以上，推广空冷技术，对富煤少水地区建设大型煤电基地，调整电源结构有着十分重要的现实意义。

2.4 采用中水回用技术

利用城市生活中水作为供水源，实现水资源的综合利用，降低地表水的消耗。

2.5 大力推广节水新技术

现代电厂设计中广泛采用废水回收技术、循环水浓缩技术、干式除渣技术及海水直流技术等多方面的措施节约稀缺的淡水资源。

3 采用“煤中取水”技术分析

内蒙古地区褐煤储量居全国首位，且主要分布在少水的锡林郭勒盟，探明的保有储量在1025×108t左右。锡盟褐煤水质量分数在30%～43%之间，如果按照平均水质量分数35%计算，褐煤中的含水总量在350×108m3以上。如果可以提取褐煤中的水并应用于火电厂，就可以彻底改变内蒙古地区的水资源供给情况，有效解决水资源对于火力发电的发展限制。

国内最新研究的“基于炉烟干燥及水回收的风扇磨仓储式制粉系统的高效褐煤发电技术”（简称“煤中取水”技术），实现了褐煤干燥及乏气水回收技术与火力发电技术的相结合，是一种高效、节能的褐煤发电系统，是褐煤火电设计技术发展向前延伸的重要一步。该技术在电厂热力流程中增设干燥后乏气水回收系统，提高褐煤的能量密度和锅炉效率，达到提高褐煤机组的整体效率、降低煤耗、降低用水量、并减少污染物排放的目的。

“煤中取水”技术的水回收工作原理是将风扇磨煤机出口的含有高浓度水蒸气的混合气体与煤粉分离后进入“节能水回收装置”，降温后成为凝结水，进入水处理系统回收使用。采用煤中取水高效褐煤发电技术可实现电厂高度节水的目标，600 MW超临界机组燃用高水分褐煤时每年可节水超过50×104m3，满足空冷机组全年的水耗指标，实现电厂“零补水”目的。采用“煤中取水”技术的600 MW电厂主要技术指标见表3。

表3 采用“煤中取水”技术的600 MW电厂主要技术指标

由表3可见，采用“煤中取水”技术的电厂，燃用全水分在30%～40%的褐煤，标准煤耗可以降低6.7～10.3g／（kW·h），对于600 MW 机组“煤中取水”量在80～145t／h之间，全水分较高的褐煤可实现空冷机组的“零补水”。

下面以为锡林浩特地区例，预估推广“煤中取水”技术对地区发展的贡献。锡林浩特能源项目用水供需平衡预测见表4。

表4 锡林浩特能源项目用水供需平衡表1×104 m3

由分析可以看到，在2020年前，锡林浩特境内水资源基本满足能源开发需要，但2020年后锡林浩特地区将出现供水缺口，主要集中在胜利、白音华、五间房等煤电基地。

如新建机组均采用“煤中取水”高效褐煤发电技术，用水供水需求变化见表5。可以看到，如果大力推广“煤中取水”技术，蕴藏在原煤中的水将作为电厂补水，从而降低甚至不需要消耗常规的水资源，锡林浩特地区的工业发展的水资源限制问题可以得到有效地解决。

表5 采用“煤中取水”技术的用水供需平衡表1×104 m3

4 结束语

富煤地区水资源匮乏是制约内蒙古地区建设大型煤电基地的瓶颈。科学地规划利用有限的水资源，严格执行用水标准和定额，加强水务管理，大力推广空冷机组、中水回用、干式除渣等节水技术是缓解水资源限制的有效措施；而采用“煤中取水”技术，通过提取褐煤中蕴藏的水作为电厂补水，同时结合其他先进的节水技术，将进一步解决水资源对于火电发展限制，极大推动内蒙古自治区的经济发展。

［1］国家煤炭工业协会.中国煤炭工业年鉴2011［M］.北京：中国煤炭工业出版社，2012.

［2］沈明忠，韩买良.火力发电行业的环境污染与水资源利用［J］.中国环保产业，2011，（1）：43－48.

［3］王勇，李兴，代文婕，等.内蒙古水资源供需平衡分析［J］.人民黄河，2012，34（4）：42－44.

［4］康虎彪，刘传庚，谭玲玲，等.能源产业基地综合环境承载力评价研究——以内蒙古锡林郭勒盟煤炭资源开发为例［J］.中国能源，2010，32（3）：26－29.

［5］杨文静，孟文俊.火力发电厂节水措施［J］.内蒙古水利，2010，（2）：68－69.