煤中取水电厂的水源保证研究

王 威，陈承宪

（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021）

煤中取水技术可以减少电厂取用外来水源的水量，对于节约能源以及在缺水区域建设燃褐煤电厂而言，具有重要意义。如何判断煤中取水量是否满足电厂需求，若不满足尚需多少外来水量，即如何保证电厂水源的可靠性也变得尤为重要。分析电厂水源的可靠性，需从电厂机组运行可能工况以及电厂所有系统耗水规律进行分析与计算。本文以某660 MW 褐煤电厂为依托，结合机组运行工况，对取水、耗水逐时分析，对煤中取水电厂水源保证进行探讨，给出了可行的计算方法。

1 煤中取水分析

随着国家能源政策的进一步完善和电力工业体制的进一步改革，褐煤作为国家主要的一次性能源之一，无论是从国家的大环境还是从企业经济效益的角度看，“基于炉烟干燥及水回收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”高效褐煤发电技术）的研究与推广是非常重要的。褐煤的显著特点是水分高，同时水分也是煤中不可燃成分，作为锅炉燃料，褐煤中大量的水分使炉内燃烧温度下降，从而影响煤粉的着火及燃尽，水分蒸发需要消耗大量的燃料放热，同时也使烟气容积增加，排烟损失增大，导致锅炉效率降低。采用“煤中取水”高效褐煤发电技术，可提高褐煤的能量密度和锅炉效率，并提取煤中水分，作为电厂补给水，达到提高褐煤机组整体效率、减少污染物排放的目的。

煤中取水量虽然与气温有一定关系，但主要与燃煤量相关，即与机组负荷相关。负荷大，取水量大；负荷小，取水量小。如果机组连续低负荷运行，取水量将一直处于偏少的状态，因此，应该选择机组连续低负荷运行年度的运行工况参与计算。若扩建机组，宜在原有机组多年运行工况中选择连续低负荷运行一年的运行工况；若新建机组，宜在附近已运行机组多年运行工况中选择连续低负荷运行的一年运行工况作为计算参数。

2 电厂耗水分析

为配合煤中取水，机组设计中应尽可能减少耗水量，宜采用节水的工艺系统，如主机采用空冷、辅机和煤中取水系统也建议采用空冷。若煤中出水需要降温，由于蒸发及风吹损失水量较小，可以采用湿式冷却塔冷却。

经对多个电厂调研分析，化学除盐水系统的补水量与机组负荷相关，但不十分显著。理论计算和调研结果都表明，脱硫脱硝系统和除灰渣系统与机组负荷直接相关，基本属于线性关系。其他耗水量包括未预见水量，基本与负荷没有关系，按恒定处理较为合理。基于上述分析，电厂年耗水量应从两个方面得出，与负荷相关的耗水，包括脱硫系统耗水、脱硝系统耗水和除灰渣系统耗水等，应按年利用时间计算；与机组负荷没有显著关系的耗水，包含未预见水量，即除去脱硫、脱硝、除灰渣系统的其他系统耗水外的所有耗水等，应按年运行时间计算。

3 电厂水源的可靠性计算

以某660 MW 超超临界燃褐煤扩建电厂3 号机组为例，参考原有机组以往多年运行记录，2号机组2013年出现多次连续低负荷运行工况，选取此机组2013年运行记录作为计算煤中取水量的运行工况（见表1）。2013年平均气温为1.76 ℃，2号机组平均运行时间为7 201.42h，年平均利用时间为4 776.93h；3号机组平均出水量59.43m3/h，平均耗水量58.45m3/h，煤中出水耗水差值平均值0.98 m3/h。煤中取水按机组满负荷工况计算，每台机组出水量约105～111m3/h，每台机组耗水量在95.35～95.60m3/h。

首先假定一个较小的缓冲水池容积，结合气温和发电出力计算每天的取水和耗水量，算出1年内最小需要的缓冲水量，以年末缓冲水量为基础，再算第2年的每天取水和耗水量，若第2年不能自给自足，调整缓冲水池容积，重新开始计算，直到满足要求。此时可计算出新建机组最小需要的缓冲水池容积以及第一年运行需要在启动前预存的水量。

若计算得出需要的缓冲水池容积大到本项目不能接受的程度，则说明，煤中取水水量不能做到自给自足，需外接水源来补充，根据工程实际情况，将缓冲水池容积调整到可接受程度，则可推出需外接水源的水量。

以某660 MW 超超临界燃褐煤扩建电厂为例，结合机组运行工况，对电厂取水及耗水计算见表1、表2，在表2中K2min与K2max分别为2号机组出力系数的最小值与最大值；Q31min与Q31max分别为3号机组第1年缓冲水量最小值与最大值；Q32min与Q32max分别为3号机组第2 年缓冲水量的最小值与最大值。

表1 电厂运行与取水耗水关联表（1台机组）

表2 运行第1年与第2年取水耗水关联表（1台机组）

4 结论

按某660 MW 超超临界燃褐煤扩建电厂3 号机组为例计算，需最小设置有效容积6 006m3的缓冲水池，并在电厂第1年运行前，从外部水源在缓冲水池中注入1 098 m3的缓冲水。若其他电厂计算出的最小有效缓冲水池容积超过了项目认可的容积，可结合外部水源情况，确定合理的缓冲水池容积，并计算出需从外界引接的补充水量。

煤中取水系统一般采用双列布置，这种布置可增加取水的可靠性，按前述某660 MW 超超临界燃褐煤扩建电厂为例计算，即使故障发生在满负荷运行时段，煤中取水减产的水量也不会超过6 000m3，况且，煤中取水系统故障情况下，产水能力也能达到正常工况下的50%～60%，此时可以认为煤中取水水量对电厂运行是有保证的。