火电厂空冷机组水耗及煤耗性能研究

丁钊

（内蒙古蒙东能源有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000）

0 引言

前工业时期采用资源大力开发与资源快速消耗的方式，造成了严重的能源危机，电力生产制造中，既要考虑到水资源的配置，也需要对煤资源进行充分应用。结合我国的具体情况看，广大的西北地区虽然发现了诸多储藏丰富，甚至露天煤矿，形成了西北区域范围内的“富煤”现象；同时，由于我国以季风气候为主，广大西北地区夏热冬冷，降雨量与水资源储备均存在相对不足的问题，又造成了西北区域范围内的“缺水”现象[1]。所以，在“富煤缺水”的条件下，要满足西北广大区域的生产与生活用电需求，在火力发电方面，就需要较好的利用空冷机组。

1 火电厂空冷机组应用现状

当前我国正处于总体经济体系建设新时期，基本上完成了全球市场的经济并轨，并在本土市场扩大了市场机制的功能特性。所以，对于火电厂空冷机组的应用现状分析，有必要从两大市场进行简要分析。具体如下：

1.1 从全球市场分析

从全球市场看，空冷机组于1983年由德国发明并生产，经过80多年的发展，已经从1500KW直接空冷机组，衍生出了2*36MW空冷机组（意大利电站）、160MW空冷机组（西班牙电站）、365MW空冷机组（美国Wyodak电站），以及6*665MW+3*657MW空冷机组（南非Matimba电站）等。根据现代全球电站中的间接空冷机组应用现状看，以表面式空气冷却系统和混合式空气冷却系统为主，前一种系统中最大单机容易已经达到6*686MW，以南非肯达尔电站的空冷机组最为典型。后一种系统中最大单机容量已经达到325MW，以伊朗Arak电站空冷机组最为典型。从比例方面看，直接空冷机组与间接空冷机组的装机容易分别为60%、40%；在100MW以上空冷机组空冷系统方面，直接空冷系统、哈蒙式间接空冷系统、海勒式间接空冷系统，分别占比约为43%、32%、25%。

1.2 从本土市场分析

从本土市场看，我国的火电厂空冷机组的发展与应用也经历了诸多阶段，在开始阶段主要以引进方式为主；在现阶段形成了引进与自主研发的多元化方式。与全球市场相比，我国在电站空冷技术方面的研究相对较晚，具有起步晚、发展快的基本特征。比如，在八十年代我国已经投产了200MW空冷机组，虽然只有2台，却证实了技术的研发与应用已经相对完整。同时，在“改革开放”后引入了间接空冷系统（匈牙利海勒式类型）。进入21世纪后，空冷机组的发展速度加快，相继投产应用了2*600MW直接空冷机组、4*200MW海勒式间接空冷机组、300MW直接空冷机组、2*300MW直接空冷机组、4*600MW直接空冷机组、2*1000MW直接空冷机组等[2]。

2 火电厂空冷机组水耗及煤耗性能

2.1 水耗性能分析

根据国家环境保护总局环境工程评估中心，对2015年以来100个不同等级、不同冷却方式的火电项目统计分析（300MW级以下，11个；3000MW级，58个；600MW级，25个；1000MW级，6个），结果表明：

常规自然冷却机组与空冷机组水耗指标比例为3.5：1到5：1范围之内。空冷机组节水能力在机组规模较小时，其能力越强（与带冷却塔二次循环冷却机组相比，300MW空冷机组水耗指标只占其20%；600MW则占到22%；1000MW则占到28%）。空冷机组规模扩大时，间接空冷与直接空冷的节水能力并无多大差异。规模相对均衡时，间接空冷节水能力稍逊于直接空冷机组（如300MW直接空冷机组与间接空冷机组消耗指标比为0.76；600MW比值为0.99；1000MW则为0.98）。空冷机组耗水量比海水直流冷却相对较大。以节水指标看，直接空冷比间接空冷优良。按照我国《取水定额》相关指标分析，也与海水直接供水系统单机容量（如不小于300MW，水耗指标<0.12m3/GW）、冷却塔二次循环供水系统单机容量（如不小于300MW，水耗指标<0.80m3/GW）、直接空冷机组系统单机容量（如不小于300MW，水耗指标<0.18m3/GW）下的电厂全厂发电消耗指标规定相符合。

2.2 煤耗性能分析

虽然存在一些地区存在“富煤”现象，但是煤质在不同的区域内却存在差异，所以当煤的物理属性存在差异时就会对原煤消耗量产生一定的影响，比如煤的热值存在差异，就会造成煤耗差异。为了有效进行煤耗性能评估，通常需要采用平均发电标准煤耗实施具体比较与分析[3]。比如，不同等机样本数确定的情况下，就可以根据国家环境保护总局环境工程评估中心提供的统计数据，在确定等级规模相等的限定条件下，从机组的亚临界类型、超临界类型、超超临界类型，对发电标准煤耗进行分析。

比如，带冷却塔二次循环冷却发电标准煤耗均值在300MW、600MW、1000MW空冷机组，分别为279.3g/kW•h、277.5g/kW•h、273.0g/kW•h；对应的空冷机组中，直接空冷机组数据分别为293.9g/kW•h、297.0g/kW•h、284.0g/kW•h；间接空冷机组数据分别为285.3g/kW•h、291.8g/kW•h、280.0g/kW•h；海水直流冷却对应数据分别为299.0g/kW•h、279.0g/kW•h、279.0g/kW•h。

若将1000MW级设定为超超临界机组、600MW级设置为超临界机组、300MW级设置为亚临界机组，在横向比较方面就可以获得如下结果：在平均发电煤耗方面，空冷机组>带冷却塔二次循环冷却机组（高出率约在6.2%到3.3%范围）。进一步比较300MW、600MW、1000MW空冷机组，就可以得出其高出率分别为3.7%、6.2%、3.3%。另一方面，在同等级机组的煤耗方面，直接空冷机组>间接空冷机组。根据不同冷却方式机组发电标准煤耗均值统计分析，300MW、600MW、1000MW空冷机组，就可以得出其高出率分别为2.9%、1.8%、1.4%[4]。

因此，在三种冷却方式下，其煤耗水平为常规火电机组<间接空冷机组<直接空冷机组。其水耗水平为直接空冷机组<间接空冷机组<常规火电机组。此时，耗煤在实质上就是节水的基础。

2.3 火电厂空冷机组的经济效用分析

一般火电厂的空冷机组投入中，初始投资方面，若采用直接空冷机组2*600MW，那么其冷却系统的投资金额约为5亿人民币；相比之下，若采用湿冷机组冷却系统，投资金额会下降3亿人民币。然而，从效用、运费、使用寿命等综合效益方面分析，直接空冷机组的综合效益产出相对较高，并且在投入运营后可以提高火电厂的效用生产效率。另外，社会效益方面和生态效益方面，由于蒸发水雾的缺失与循环排污问题的解决，在节约大量水资的同时，也可以降低生态环境的影响及污染，进而化解“富煤缺水”区域“以水定电”的问题，解决其在电力生产方面水资源应用成本居高不下的问题等[5]。

3 结语

在电力生产制造行业，火电厂主要采用燃料发电方式进行电力生产。我国当前火电厂在西北区域分布较多，对于空冷机组的应用数量较大。由于我国构建了总体经济框架，实现与全球经济的并轨，因而在同类设备的使用与研发设计方面也基本与国际水平处于同步阶段。通过以上分析可以看出，在火电厂空冷机组水耗及煤耗性能方面，我国起步晚而发展快，当前的空冷机组在应用中也通过技术研发设计逐渐将单一的物质生产效率，扩展到了效用生产效率层面，通过对空冷机组水耗、煤耗性能的经济性分析，可以使在应用方案优化的同时，产出较大的综合效益，满足当前空冷机组应用中的社会效益、经济效益、生态效益产出需求。