丁釗

（內(nèi)蒙古蒙東能源有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000）

0 引言

前工業(yè)時(shí)期采用資源大力開發(fā)與資源快速消耗的方式，造成了嚴(yán)重的能源危機(jī)，電力生產(chǎn)制造中，既要考慮到水資源的配置，也需要對(duì)煤資源進(jìn)行充分應(yīng)用。結(jié)合我國的具體情況看，廣大的西北地區(qū)雖然發(fā)現(xiàn)了諸多儲(chǔ)藏豐富，甚至露天煤礦，形成了西北區(qū)域范圍內(nèi)的“富煤”現(xiàn)象；同時(shí)，由于我國以季風(fēng)氣候?yàn)橹?，廣大西北地區(qū)夏熱冬冷，降雨量與水資源儲(chǔ)備均存在相對(duì)不足的問題，又造成了西北區(qū)域范圍內(nèi)的“缺水”現(xiàn)象[1]。所以，在“富煤缺水”的條件下，要滿足西北廣大區(qū)域的生產(chǎn)與生活用電需求，在火力發(fā)電方面，就需要較好的利用空冷機(jī)組。

1 火電廠空冷機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前我國正處于總體經(jīng)濟(jì)體系建設(shè)新時(shí)期，基本上完成了全球市場的經(jīng)濟(jì)并軌，并在本土市場擴(kuò)大了市場機(jī)制的功能特性。所以，對(duì)于火電廠空冷機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，有必要從兩大市場進(jìn)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(jī)組于1983年由德國發(fā)明并生產(chǎn)，經(jīng)過80多年的發(fā)展，已經(jīng)從1500KW直接空冷機(jī)組，衍生出了2*36MW空冷機(jī)組（意大利電站）、160MW空冷機(jī)組（西班牙電站）、365MW空冷機(jī)組（美國Wyodak電站），以及6*665MW+3*657MW空冷機(jī)組（南非Matimba電站）等。根據(jù)現(xiàn)代全球電站中的間接空冷機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀看，以表面式空氣冷卻系統(tǒng)和混合式空氣冷卻系統(tǒng)為主，前一種系統(tǒng)中最大單機(jī)容易已經(jīng)達(dá)到6*686MW，以南非肯達(dá)爾電站的空冷機(jī)組最為典型。后一種系統(tǒng)中最大單機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到325MW，以伊朗Arak電站空冷機(jī)組最為典型。從比例方面看，直接空冷機(jī)組與間接空冷機(jī)組的裝機(jī)容易分別為60%、40%；在100MW以上空冷機(jī)組空冷系統(tǒng)方面，直接空冷系統(tǒng)、哈蒙式間接空冷系統(tǒng)、海勒式間接空冷系統(tǒng)，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(jī)組的發(fā)展與應(yīng)用也經(jīng)歷了諸多階段，在開始階段主要以引進(jìn)方式為主；在現(xiàn)階段形成了引進(jìn)與自主研發(fā)的多元化方式。與全球市場相比，我國在電站空冷技術(shù)方面的研究相對(duì)較晚，具有起步晚、發(fā)展快的基本特征。比如，在八十年代我國已經(jīng)投產(chǎn)了200MW空冷機(jī)組，雖然只有2臺(tái)，卻證實(shí)了技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)完整。同時(shí)，在“改革開放”后引入了間接空冷系統(tǒng)（匈牙利海勒式類型）。進(jìn)入21世紀(jì)后，空冷機(jī)組的發(fā)展速度加快，相繼投產(chǎn)應(yīng)用了2*600MW直接空冷機(jī)組、4*200MW海勒式間接空冷機(jī)組、300MW直接空冷機(jī)組、2*300MW直接空冷機(jī)組、4*600MW直接空冷機(jī)組、2*1000MW直接空冷機(jī)組等[2]。

2 火電廠空冷機(jī)組水耗及煤耗性能

2.1 水耗性能分析

根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)總局環(huán)境工程評(píng)估中心，對(duì)2015年以來100個(gè)不同等級(jí)、不同冷卻方式的火電項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)分析（300MW級(jí)以下，11個(gè)；3000MW級(jí)，58個(gè)；600MW級(jí)，25個(gè)；1000MW級(jí)，6個(gè)），結(jié)果表明：

常規(guī)自然冷卻機(jī)組與空冷機(jī)組水耗指標(biāo)比例為3.5：1到5：1范圍之內(nèi)?？绽錂C(jī)組節(jié)水能力在機(jī)組規(guī)模較小時(shí)，其能力越強(qiáng)（與帶冷卻塔二次循環(huán)冷卻機(jī)組相比，300MW空冷機(jī)組水耗指標(biāo)只占其20%；600MW則占到22%；1000MW則占到28%）?？绽錂C(jī)組規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，間接空冷與直接空冷的節(jié)水能力并無多大差異。規(guī)模相對(duì)均衡時(shí)，間接空冷節(jié)水能力稍遜于直接空冷機(jī)組（如300MW直接空冷機(jī)組與間接空冷機(jī)組消耗指標(biāo)比為0.76；600MW比值為0.99；1000MW則為0.98）?？绽錂C(jī)組耗水量比海水直流冷卻相對(duì)較大。以節(jié)水指標(biāo)看，直接空冷比間接空冷優(yōu)良。按照我國《取水定額》相關(guān)指標(biāo)分析，也與海水直接供水系統(tǒng)單機(jī)容量（如不小于300MW，水耗指標(biāo)<0.12m3/GW）、冷卻塔二次循環(huán)供水系統(tǒng)單機(jī)容量（如不小于300MW，水耗指標(biāo)<0.80m3/GW）、直接空冷機(jī)組系統(tǒng)單機(jī)容量（如不小于300MW，水耗指標(biāo)<0.18m3/GW）下的電廠全廠發(fā)電消耗指標(biāo)規(guī)定相符合。

2.2 煤耗性能分析

雖然存在一些地區(qū)存在“富煤”現(xiàn)象，但是煤質(zhì)在不同的區(qū)域內(nèi)卻存在差異，所以當(dāng)煤的物理屬性存在差異時(shí)就會(huì)對(duì)原煤消耗量產(chǎn)生一定的影響，比如煤的熱值存在差異，就會(huì)造成煤耗差異。為了有效進(jìn)行煤耗性能評(píng)估，通常需要采用平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗實(shí)施具體比較與分析[3]。比如，不同等機(jī)樣本數(shù)確定的情況下，就可以根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)總局環(huán)境工程評(píng)估中心提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在確定等級(jí)規(guī)模相等的限定條件下，從機(jī)組的亞臨界類型、超臨界類型、超超臨界類型，對(duì)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗進(jìn)行分析。

比如，帶冷卻塔二次循環(huán)冷卻發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗均值在300MW、600MW、1000MW空冷機(jī)組，分別為279.3g/kW?h、277.5g/kW?h、273.0g/kW?h；對(duì)應(yīng)的空冷機(jī)組中，直接空冷機(jī)組數(shù)據(jù)分別為293.9g/kW?h、297.0g/kW?h、284.0g/kW?h；間接空冷機(jī)組數(shù)據(jù)分別為285.3g/kW?h、291.8g/kW?h、280.0g/kW?h；海水直流冷卻對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)分別為299.0g/kW?h、279.0g/kW?h、279.0g/kW?h。

若將1000MW級(jí)設(shè)定為超超臨界機(jī)組、600MW級(jí)設(shè)置為超臨界機(jī)組、300MW級(jí)設(shè)置為亞臨界機(jī)組，在橫向比較方面就可以獲得如下結(jié)果：在平均發(fā)電煤耗方面，空冷機(jī)組>帶冷卻塔二次循環(huán)冷卻機(jī)組（高出率約在6.2%到3.3%范圍）。進(jìn)一步比較300MW、600MW、1000MW空冷機(jī)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(jí)機(jī)組的煤耗方面，直接空冷機(jī)組>間接空冷機(jī)組。根據(jù)不同冷卻方式機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗均值統(tǒng)計(jì)分析，300MW、600MW、1000MW空冷機(jī)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(guī)火電機(jī)組<間接空冷機(jī)組<直接空冷機(jī)組。其水耗水平為直接空冷機(jī)組<間接空冷機(jī)組<常規(guī)火電機(jī)組。此時(shí)，耗煤在實(shí)質(zhì)上就是節(jié)水的基礎(chǔ)。

2.3 火電廠空冷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效用分析

一般火電廠的空冷機(jī)組投入中，初始投資方面，若采用直接空冷機(jī)組2*600MW，那么其冷卻系統(tǒng)的投資金額約為5億人民幣；相比之下，若采用濕冷機(jī)組冷卻系統(tǒng)，投資金額會(huì)下降3億人民幣。然而，從效用、運(yùn)費(fèi)、使用壽命等綜合效益方面分析，直接空冷機(jī)組的綜合效益產(chǎn)出相對(duì)較高，并且在投入運(yùn)營后可以提高火電廠的效用生產(chǎn)效率。另外，社會(huì)效益方面和生態(tài)效益方面，由于蒸發(fā)水霧的缺失與循環(huán)排污問題的解決，在節(jié)約大量水資的同時(shí)，也可以降低生態(tài)環(huán)境的影響及污染，進(jìn)而化解“富煤缺水”區(qū)域“以水定電”的問題，解決其在電力生產(chǎn)方面水資源應(yīng)用成本居高不下的問題等[5]。

3 結(jié)語

在電力生產(chǎn)制造行業(yè)，火電廠主要采用燃料發(fā)電方式進(jìn)行電力生產(chǎn)。我國當(dāng)前火電廠在西北區(qū)域分布較多，對(duì)于空冷機(jī)組的應(yīng)用數(shù)量較大。由于我國構(gòu)建了總體經(jīng)濟(jì)框架，實(shí)現(xiàn)與全球經(jīng)濟(jì)的并軌，因而在同類設(shè)備的使用與研發(fā)設(shè)計(jì)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(jī)組水耗及煤耗性能方面，我國起步晚而發(fā)展快，當(dāng)前的空冷機(jī)組在應(yīng)用中也通過技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)逐漸將單一的物質(zhì)生產(chǎn)效率，擴(kuò)展到了效用生產(chǎn)效率層面，通過對(duì)空冷機(jī)組水耗、煤耗性能的經(jīng)濟(jì)性分析，可以使在應(yīng)用方案優(yōu)化的同時(shí)，產(chǎn)出較大的綜合效益，滿足當(dāng)前空冷機(jī)組應(yīng)用中的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益產(chǎn)出需求。