呼伦贝尔草原上的节水之缘
东北电力设计院“煤中取水”破解锡盟火电难题
中国电力报 中电新闻网记者 辛清影
将存在于褐煤中的水分提取出来再利用，这样的创新背后，既是多年的付出，也需要引领技术前沿的实力。“用最简单的办法解决复杂问题，这才是真正的水平。”原东北电力科学研究院院长张经武的点评，大概是对中国电力工程顾问集团东北电力设计院（简称“东北电力设计院”）“煤中取水”高效褐煤发电技术最直观的总结。
对于这套加装在传统燃用褐煤发电系统中、可以解决锡盟地区褐煤基地能源利用与缺水矛盾的简单装置，中国工程院院士秦裕琨给出了如下评价：“它解决了锡盟缺水地区煤炭能源的利用问题，具有较强的针对性，符合中国国情。”谈及这项9月11日在华能汇流河电厂启动的“煤中取水”试验装置，多位业内专家与企业领导交口称赞。该技术为国际首创，设计思路与经济性都优于目前世界上的同类型科研成果。随着试验的成功，锡盟地区褐煤发电可以突破以往煤炭热值低、水源缺乏的客观限制，具备了大规模发展的现实可行性。
在集成中实现技术突破
众所周知，褐煤水分和灰分含量较高，低位发热量一般只有每千克7000～16730千焦，具有较高的挥发分。由于褐煤发电是我国今后发展火电的重点之一，研究高效的褐煤发电系统具有重要意义。
据悉，“煤中取水”高效褐煤发电技术的工作原理是将抽取自锅炉炉膛上部的高温炉烟与取自锅炉尾部的低温炉烟混合成为干燥剂，经由膜式内冷高温炉烟管道输送至下行干燥管中与原煤混合，并将原煤中的部分水分快速变成蒸气，然后进入风扇磨煤机磨制煤粉，煤粉中部分剩余水分变成蒸气依次完成干燥，同时，煤粉由煤粉收集器分离后落入粉仓，由给粉机送入炉膛燃烧。最后，煤粉收集器排出的蒸气再进入“节能水回收装置”，降温后成为凝结水，该凝结水的水质相当于蒸馏水，进入水处理系统后可实现回收利用。
在近期召开的“煤中取水”高效褐煤发电技术工程试验成果专家评审会上，记者对该技术的诸多创新有了更深入的了解。首先，风扇磨煤机与仓储式制粉系统和回收系统的创新性集合，实现了高水分褐煤的制粉、提质和热能回收在同一流程中完成，全部工艺在锅炉岛内结束，短捷清晰；其次，充分利用干燥乏气的低温和高含湿的特点，通过加热凝结水和锅炉送风，锅炉排烟与回收装置排烟混合后温度大幅度降低，进而降低了湿法脱硫的烟气湿球温度，减少了脱硫系统的蒸发水量，最终实现大幅度降低脱硫岛补水量；第三，乏气余热加热凝结水、加热锅炉送风，使干燥乏气所携带的大量湿热和水蒸汽凝结潜热得以有效回收利用，同时，由于褐煤中的水分不进入锅炉，锅炉体积也得以减小，锅炉排烟水分含量降低，因此可以采用更低的排烟温度；第四，风扇磨煤机系统与仓储式制粉系统的集成使风扇磨煤机与锅炉本体完全脱离，负荷的调整、启停由煤粉仓和给粉机承担，磨煤机运行调整灵活，增大了检修和备用的能力，实现了锅炉燃烧不受磨煤机负荷变化的限制，锅炉升负荷、降负荷可以灵活调整。
在简单中实现节水减排双收益
在华能汇流河试验项目现场，记者看到“煤中取水”试验装置正在有条不紊地运行着。通过该装置取出的水品质较好，经过正常处理后，可以作为锅炉补给水使用。虽然该设计装置外表看似简易，内在却极大地提高了从褐煤中提取水的效率。在采访中，东北电力设计院发电分公司热机室主任裴育峰告诉记者：“‘煤中取水’的体量大概为所选取煤的总质量的56.25%，约占总水量的22.5%。在褐煤燃烧本身固有的设计标准中，
要求有10%左右的水分要随着褐煤进入炉膛。因此，水的提取量是相当可观的。”据相关研究结果显示，一台60万千瓦超临界机组如果应用“煤中取水”装置，每小时能回收水约140吨，能实现电厂的“零补水”，年可回收煤中水约154万吨以上，相当于一个中等城市的用水量。这为燃用褐煤的火电项目在选址方面拓宽了区域，使电厂布局摆脱依赖大型河流、水库及城市的困局。
同时，应用该技术后，锅炉可参照烟煤标准设计、锅炉体积和造价将大幅度降低，磨煤机也同样可以降低设计和制造的难度，使建设高水分褐煤100万千瓦等级电站有了实现的可能性。
根据裴育峰介绍：“应用‘煤中取水’技术，预计两台60万千瓦机组每年可节约标煤约6万吨左右，”在污染物控制方面，应用该技术单台60万千瓦机组年约可少排放二氧化硫45吨、烟尘15吨、二氧化氮45吨、二氧化碳15万吨，环境效益明显。同时，东北电力设计院院长王勇人说：“锡盟电源基地是一个正在规划筹建的新项目，总装机容量可达1784万千瓦。若全部采用‘煤中取水’技术，每年自褐煤中可提取1222万吨水用于电厂补水。基于此，电厂仅需补充地表水329万吨，同时，每年可减少二氧化硫、氮氧化物排放量各1001吨，降低二氧化碳排放量328万吨，减少烟尘排放量301吨，节约原煤212万吨以上。”根据综合测算，以目前全国已建和在建的燃用褐煤的大型火力发电厂的总装容量约1500万千瓦为基准，若均采用“煤中取水”发电技术，每年约可少排放二氧化硫875吨，烟尘400吨，二氧化氮875吨，二氧化碳5188750吨，大大有利于从源头上控制污染物的产生。
在安全保障中缔造比较优势
我国褐煤资源丰富，已探明的褐煤资 源储量达1300多亿吨，占全国煤炭储量的13%。目前，全国已建和在建的燃用褐煤大型火力发电厂总装机容量还不足1500万千瓦，仅占全国火力发电总装机容量的3~5%左右。未来的应用空间十分可观。“煤中取水”技术的实践应用，可积极解决褐煤发电技术的瓶颈问题，为规模发展提供技术、经济、环保等诸多方面的支持。对此，秦裕琨表示：“我国的褐煤主要集中在中西部缺水地区，而褐煤就地消纳的优势远大于远距离输送，除了经济性，它最大的作用还在于解决了就地消纳的缺水问题。”任何一个新兴项目，要想实现规模化应用，安全问题都是必须考虑的。为了保障安全性，东北电力设计院反复进行模拟测试，王勇人举例说：“模拟220伏全厂断电的实验结果是，氮气系统马上可以运作起来保障安全，后续相关试验还将进一步推进。”对于解决褐煤易燃性等方面的问题，裴育峰说：“为了更好地控制燃烧，我们的团队积极控制锅炉含氧量和温度，目前锅炉内含氧量低于10%，满足12%的安全标准。”对于本次实验装置的成功应用，张经武还表示：“该项目国际首创的设计构思是一大突破。由于设计思路的不同，国际上大多数类似的设计都是配置另外的煤粉干燥系统，增加成本的同时工艺也更复杂。东北电力设计院的”煤中取水“技术，目前来看是国际上最简单的。”对于技术的发展前景，秦裕琨院士认为，该项目的价值主要在于产业化应用和更高效、更低污染指标的实现。对此，王勇人则表示：“应用”煤中取水“技术会增加相关设备，理论上会增加厂房的占地面积。我们下一步的目标，就是在增加设备的基础上，尽量不增加主厂区域。同时，基于安全考虑，我们希望未来的煤粉仓可以做得更小，另外，使用无油点火、等离子点火等技术来优化点火方式。”
