裴育峰，叢東升

（東北電力設(shè)計院，長春 130021）

內(nèi)蒙古地區(qū)煤炭資源儲量極其豐富，已探明儲量約2400×108t，占全國已探明儲量的25%以上，其中褐煤保有儲量1025×108t，占全國已探明褐煤保有儲量的77.1%左右；遠(yuǎn)景儲量12000×108t，僅次于新疆地區(qū)［1］。區(qū)內(nèi)大部分煤田地質(zhì)構(gòu)造簡單，厚度大，埋藏淺，煤層穩(wěn)定，易于露天開采，而且煤種質(zhì)量優(yōu)良，種類齊全。同時內(nèi)蒙古地區(qū)的環(huán)境容量相對較大，年環(huán)境容量SO2為27.32×104t／a，TSP為92.18×104t／a，PM10為42.73×104t／a，NOx為22.17×104t／a。2012年全區(qū)SO2排放量為4.21×104t／a，2015年預(yù)計11.0×104t／a［2］。煤炭儲量和環(huán)境容量具備建設(shè)大型煤電基地的基本條件。

國家電網(wǎng)公司“十二五”規(guī)劃中的 “三縱一橫”特高壓交流網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和15條直流輸電線路中，“三縱一橫”交流和三條直流輸電線路起點(diǎn)設(shè)在內(nèi)蒙古，“三縱”即錫林郭勒—南京、烏蘭察布—南昌、包頭—長沙，“一橫”即蒙西—濰坊，三條直流輸電線路即錫林郭勒—江蘇、蒙西—江蘇、呼倫貝爾—山西。上述電力通道總輸送能力6250×104kW，相當(dāng)于外送標(biāo)煤約2×108t，已開展前期工作的鄂爾多斯、錫林郭勒、呼倫貝爾三大煤電基地規(guī)模達(dá)1×108kW以上。這些大型煤電基地距離華北、華中、華東等負(fù)荷中心區(qū)600～1500km，火電成本低，電力輸送到江蘇地區(qū)落地電價低于當(dāng)?shù)鼗痣娚暇W(wǎng)電價0.04～0.05元／（kW·h），有明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

截止至2013年4月，內(nèi)蒙古全區(qū)6000kW及以上發(fā)電廠裝機(jī)容量8080.07×104kW，其中火電6226.81×104kW；累計完成發(fā)電量838.67×108kW·h，其中火電746.01×108kW·h。全區(qū)年度累計外送電量463.48×108kW·h。

1 水資源分布不平衡對發(fā)展火力發(fā)電的限制

內(nèi)蒙古的水資源主要來源于大氣降水和少量冰川融雪水，為地表水和地下水。全區(qū)流域面積在1000km2以上的河流有107條，分屬黃河、海河、灤河、西遼河、嫩江、額爾古納河6個外流水系和烏拉蓋河、塔布河、黃旗海、岱海、額爾古納河等內(nèi)流水系。全區(qū)地表水資源為406.60×108m3，與地表水不重復(fù)的地下水資源為139.35×108m3，水資源總量為545.95×108m3，占全國水資源總量的1.92%。另外黃河分水58.6×108m3，黑河分水8×108m3。全區(qū)多年平均水資源可利用量285×108m3，其中地表水170×108m3，地下水115×108m3。

同時，內(nèi)蒙古地區(qū)水資源在地區(qū)和時程分布上極不均衡，且與人口、耕地分布不相適應(yīng)（詳見表1）［3］。東部地區(qū)黑龍江流域土地面積占全區(qū)的27%，人口占全區(qū)的18%，而水資源總量占全區(qū)的67%。內(nèi)蒙古中西部廣大地區(qū)人均水資源量都在世行標(biāo)準(zhǔn)1000m3以下，屬嚴(yán)重短缺地區(qū)。

表1 內(nèi)蒙古水資源量分布情況1×108 m3

2000～2011年火電行業(yè)用水量占全國工業(yè)用水總量的30.46%。盡管自2000年以來火力發(fā)電行業(yè)環(huán)保政策日益嚴(yán)格，單位發(fā)電耗水量自2000年的4.1kg／kW·h逐年大幅度下降，但是由于發(fā)電容量逐年增加，2011耗水總量仍達(dá)到了437.5×108t，預(yù)計2015年火力發(fā)電耗水量將達(dá)到903×108t，約占全國用水總量的15%。

2004年6月，國家發(fā)改委《關(guān)于燃煤電站項目規(guī)劃和建設(shè)有關(guān)要求的通知》要求高度重視節(jié)水，燃煤電站項目應(yīng)采用新技術(shù)、新工藝，降低用水量。對于北方缺水地區(qū)，新建、擴(kuò)建火電廠禁止取用地下水，嚴(yán)格控制使用地表水，鼓勵利用城市污水處理廠的中水或其他廢水。原則上應(yīng)建設(shè)大型空冷機(jī)組，百萬千瓦耗水指標(biāo)要控制在0.38m3／s以下。

以2011年全國水資源利用情況為準(zhǔn)：供水量占資源量26.3%，工業(yè)用水占總供水量的23.9%，火電用水占工業(yè)用水量的29.9%，估算內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源對于火力發(fā)電的支撐情況見表2（僅計算地表水資源）［4］。

通過上述估算可以看到，最樂觀地估計內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源可以支撐10190×104kW的火電裝機(jī)規(guī)模，小于規(guī)劃的12500×104kW的需求。由于全區(qū)的水資源分配的不均勻，如果扣除呼倫貝爾地區(qū)后，水資源僅可以支撐2706×104kW的火電裝機(jī)規(guī)模。尤其是富煤的錫林郭勒盟、鄂爾多斯等地區(qū)的水資源僅可以支撐466×104kW的火電裝機(jī)規(guī)模。水資源的匱乏成為限制內(nèi)蒙古地區(qū)火電發(fā)展的主要因素。

表2 估算的水資源對火電裝機(jī)容量的支撐

2 解決水資源對火力發(fā)電發(fā)展限制的對策

2.1 合理規(guī)劃，嚴(yán)格執(zhí)行用水標(biāo)準(zhǔn)和定額

2011年以來，內(nèi)蒙古自治區(qū)政府出臺了《關(guān)于進(jìn)一步加快水利改革發(fā)展的實(shí)施意見》，批準(zhǔn)了《自治區(qū)水資源費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)》，同時批準(zhǔn)了《自治區(qū)“十二五”水資源合理開發(fā)利用與保護(hù)規(guī)劃》，編制了《自治區(qū)水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，制定了“十二五”水利發(fā)展總體目標(biāo)；積極落實(shí)最嚴(yán)格的水資源管理制度，開展《西遼河流域水量分配方案》、《自治區(qū)取水許可總量控制方案》和《自治區(qū)實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度實(shí)施方案》的編制工作；全面推進(jìn)科學(xué)治水、依法治水，逐步建立健全水法規(guī)體系，起草了《自治區(qū)地下水管理辦法》《自治區(qū)節(jié)約用水條例》；大力推進(jìn)水利科技創(chuàng)新與技術(shù)推廣；火電廠設(shè)計中嚴(yán)格執(zhí)行DL／T 783—2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》規(guī)定的節(jié)約用水技術(shù)原則，火力發(fā)電廠的取水定額不高于GB／T 18916.1—2012《取水定額》的規(guī)定［5］。

2.2 加強(qiáng)電廠水務(wù)管理

火電廠在規(guī)劃、選廠、設(shè)計、建設(shè)及運(yùn)行全過程均應(yīng)合理使用水源并將廢水資源化，以求最經(jīng)濟(jì)和最節(jié)約用水。電廠通過制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及管理辦法，有針對性地制定出切實(shí)可行的節(jié)水技術(shù)措施和規(guī)劃，使火力發(fā)電廠達(dá)到用水合理化和管理科學(xué)化，提高火力發(fā)電廠的水務(wù)管理水平。

2.3 大力發(fā)展空冷發(fā)電技術(shù)

大型電站采用空冷技術(shù)要比傳統(tǒng)的濕冷技術(shù)節(jié)水3／4以上，推廣空冷技術(shù)，對富煤少水地區(qū)建設(shè)大型煤電基地，調(diào)整電源結(jié)構(gòu)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.4 采用中水回用技術(shù)

利用城市生活中水作為供水源，實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用，降低地表水的消耗。

2.5 大力推廣節(jié)水新技術(shù)

現(xiàn)代電廠設(shè)計中廣泛采用廢水回收技術(shù)、循環(huán)水濃縮技術(shù)、干式除渣技術(shù)及海水直流技術(shù)等多方面的措施節(jié)約稀缺的淡水資源。

3 采用“煤中取水”技術(shù)分析

內(nèi)蒙古地區(qū)褐煤儲量居全國首位，且主要分布在少水的錫林郭勒盟，探明的保有儲量在1025×108t左右。錫盟褐煤水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%～43%之間，如果按照平均水質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%計算，褐煤中的含水總量在350×108m3以上。如果可以提取褐煤中的水并應(yīng)用于火電廠，就可以徹底改變內(nèi)蒙古地區(qū)的水資源供給情況，有效解決水資源對于火力發(fā)電的發(fā)展限制。

國內(nèi)最新研究的“基于爐煙干燥及水回收的風(fēng)扇磨倉儲式制粉系統(tǒng)的高效褐煤發(fā)電技術(shù)”（簡稱“煤中取水”技術(shù)），實(shí)現(xiàn)了褐煤干燥及乏氣水回收技術(shù)與火力發(fā)電技術(shù)的相結(jié)合，是一種高效、節(jié)能的褐煤發(fā)電系統(tǒng)，是褐煤火電設(shè)計技術(shù)發(fā)展向前延伸的重要一步。該技術(shù)在電廠熱力流程中增設(shè)干燥后乏氣水回收系統(tǒng)，提高褐煤的能量密度和鍋爐效率，達(dá)到提高褐煤機(jī)組的整體效率、降低煤耗、降低用水量、并減少污染物排放的目的。

“煤中取水”技術(shù)的水回收工作原理是將風(fēng)扇磨煤機(jī)出口的含有高濃度水蒸氣的混合氣體與煤粉分離后進(jìn)入“節(jié)能水回收裝置”，降溫后成為凝結(jié)水，進(jìn)入水處理系統(tǒng)回收使用。采用煤中取水高效褐煤發(fā)電技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電廠高度節(jié)水的目標(biāo)，600 MW超臨界機(jī)組燃用高水分褐煤時每年可節(jié)水超過50×104m3，滿足空冷機(jī)組全年的水耗指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電廠“零補(bǔ)水”目的。采用“煤中取水”技術(shù)的600 MW電廠主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 采用“煤中取水”技術(shù)的600 MW電廠主要技術(shù)指標(biāo)

由表3可見，采用“煤中取水”技術(shù)的電廠，燃用全水分在30%～40%的褐煤，標(biāo)準(zhǔn)煤耗可以降低6.7～10.3g／（kW·h），對于600 MW 機(jī)組“煤中取水”量在80～145t／h之間，全水分較高的褐煤可實(shí)現(xiàn)空冷機(jī)組的“零補(bǔ)水”。

下面以為錫林浩特地區(qū)例，預(yù)估推廣“煤中取水”技術(shù)對地區(qū)發(fā)展的貢獻(xiàn)。錫林浩特能源項目用水供需平衡預(yù)測見表4。

表4 錫林浩特能源項目用水供需平衡表1×104 m3

由分析可以看到，在2020年前，錫林浩特境內(nèi)水資源基本滿足能源開發(fā)需要，但2020年后錫林浩特地區(qū)將出現(xiàn)供水缺口，主要集中在勝利、白音華、五間房等煤電基地。

如新建機(jī)組均采用“煤中取水”高效褐煤發(fā)電技術(shù)，用水供水需求變化見表5?？梢钥吹剑绻罅ν茝V“煤中取水”技術(shù)，蘊(yùn)藏在原煤中的水將作為電廠補(bǔ)水，從而降低甚至不需要消耗常規(guī)的水資源，錫林浩特地區(qū)的工業(yè)發(fā)展的水資源限制問題可以得到有效地解決。

表5 采用“煤中取水”技術(shù)的用水供需平衡表1×104 m3

4 結(jié)束語

富煤地區(qū)水資源匱乏是制約內(nèi)蒙古地區(qū)建設(shè)大型煤電基地的瓶頸?？茖W(xué)地規(guī)劃利用有限的水資源，嚴(yán)格執(zhí)行用水標(biāo)準(zhǔn)和定額，加強(qiáng)水務(wù)管理，大力推廣空冷機(jī)組、中水回用、干式除渣等節(jié)水技術(shù)是緩解水資源限制的有效措施；而采用“煤中取水”技術(shù)，通過提取褐煤中蘊(yùn)藏的水作為電廠補(bǔ)水，同時結(jié)合其他先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)，將進(jìn)一步解決水資源對于火電發(fā)展限制，極大推動內(nèi)蒙古自治區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

［1］國家煤炭工業(yè)協(xié)會.中國煤炭工業(yè)年鑒2011［M］.北京：中國煤炭工業(yè)出版社，2012.

［2］沈明忠，韓買良.火力發(fā)電行業(yè)的環(huán)境污染與水資源利用［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011，（1）：43－48.

［3］王勇，李興，代文婕，等.內(nèi)蒙古水資源供需平衡分析［J］.人民黃河，2012，34（4）：42－44.

［4］康虎彪，劉傳庚，譚玲玲，等.能源產(chǎn)業(yè)基地綜合環(huán)境承載力評價研究——以內(nèi)蒙古錫林郭勒盟煤炭資源開發(fā)為例［J］.中國能源，2010，32（3）：26－29.

［5］楊文靜，孟文俊.火力發(fā)電廠節(jié)水措施［J］.內(nèi)蒙古水利，2010，（2）：68－69.