水资源对内蒙古火力发电的限制及对策.pdf

2 0 1 4年 6月 第 4 2卷 第 3期 总第 2 3 2期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r J u n ． 2 0 1 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 3 S e r ． No ． 2 3 2 水资源对 内蒙古火力发电的限制及对策 W a t e r Re s o ur c e Re s t r i c t i o n on I n n e r M o n go l i a Co a l f i r e d Ge n e r a t i o n a nd i t s Co un t e r me a s ur e s 裴 育峰 ， 丛 东升 东北 电力设 计 院 ， 长春1 3 0 0 2 1 摘要 介绍 了内蒙古地 区煤 炭赋存 、 水资 源及分 布情况 ， 对 2 0 3 0年前 内蒙 古地 区水 资源及环境 容量对建设大 型 火电基地 的支撑及 限制情况进行 了分析 ， 指 出科学地 规划利用有 限的水资源 ， 严格执行用水标准 和定额 ， 加强水 务 管理 ， 大力推广节水技术 的使 用是缓解水资源 匮乏对火 电发展限制的有效措施 。同时指 出， 加快推进“ 煤 中取水” 技 术在 火力发 电厂的应用 ， 可以有效地 缓解 水资 源匮乏对 火 电发 展 的制约 ， 实现煤 炭资源及 水资 源的高效 、 持续 利 用 ， 推动内蒙古 自治 区社会经 济持 续发展 。 关键词 水资源 ； 火 力发电 ； 节水技术 ； 煤 中取水 Ab s t r a c t Th e c o a l s t o r a g e a n d wa t e r s o u r c e s d i s t r i b u t i o n s t a t u s e s i n I n n e r M o n g o l i a Re g i o n h a v e b e e n i n t r o d u c e d ． Th e r e s t r i c t i o n a n d s u p p o r t o f wa t e r s o u r c e s a n d e n v i r o n me n t c a p a c i t y o n l a r g e s c a l e c o a l f i r e d g e n e r a t i o n b a s e c ons t r uc t i on i n t hi s r e gi on b e f or e 2 03 0 hav e be e n a na l y z e d． M e a s ur e men t s i nc l ud i n g s c i e nt i f i c pl a n ni n g a nd u t i l i z a t i o n o f t h e l i mi t e d wa t e r s o u r c e s ，s t r i c t l y f o l l o wi n g wa t e r c o n s u mp t i o n s t a n d a r d a n d q u o t a ，i n t e n s i f y i n g wa t e r u t i l i t i e s ma n a g e me n t a n d wi d e l y p o p u l a r i z i n g wa t e r c o n s e r v a t i o n t e c h n i q u e s ，a r e p r o p o s e d t 0 e f f e c t i v e l y r e l i e f t h e l a c k o f wa t e r，wh i c h r e s t r i c t s t h e d e v e l o p me n t o f c o l a f i r e d g e n e r a t i o n ． I t h a s a l s o p o i n t e d o u t t h a t t o s p e e d u p t h e a p p l i c a t i o n o f“ g e t t i n g wa t e r f r o m c o a l ” t e c h n i q u e i n c o a l f i r e d p o we r p l a n t s c o u l d r e a l i z e t h e h i g h e f f i c i e n c y a n d s u s t a i n a b l e u t i l i z a t i o n o f c o a l a n d wa t e r s o u r c e s， wh i c h p r o mo t e t h e d e v e l o p me n t t h e I n n e r Mo n g o l i a Aut o nomo us Re gi on． Ke y wo r d s wa t e r s o u r c e s ；c o a l f i r e d g e n e r a t i o n；wa t e r c o n s e r v a t i o n t e c h n i q u e ；g e t t i n g wa t e r f r o m c o a l 中围分 类号 T M6 2 1 ． 1 ； T V2 1 3 ； X3 2 1 文献 标志码 A 文章编 号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 1 4 0 3 0 0 0 1 0 4 内蒙古地区煤炭资源储量极其 丰富， 已探 明储 量 约 2 4 0 0 1 0 t ， 占全 国 已探 明储 量 的 2 5 ％ 以上 ， 其中褐煤保有储量 1 0 2 5 1 0 t ， 占全国已探 明褐煤 保 有 储 量 的 7 7 ． 1 左 右 ； 远 景储 量 1 2 0 0 0 1 0 t ， 仅 次 于新疆 地 区_ 】 ] 。 区内大 部分 煤 田地质 构 造简 单 ， 厚度大 ， 埋藏浅 ， 煤层稳定 ， 易于露天开采 ， 而且煤种 质量优 良， 种类齐全 。 同时内蒙古地区的环境容量相 对较大 ， 年环境容量 S O 为 2 7 ． 3 2 1 0 t ／ a ， TS P为 9 2 ． 1 8 1 0 t ／ a ， P M1 0为 4 2 ． 7 3 1 0 t ／ a ， NO 为 2 2 ． 1 7 1 0 t ／ a 。2 0 1 2 年 全 区 S O2 排 放 量为 4 ． 2 1 1 0 t ／ a ， 2 0 1 5年预计 1 1 ． 0 1 0 t ／ a [ 2 ] 。煤炭储量和 环境容量具备建设大型煤 电基地的基本条件。 国家 电 网 公 司 “ 十 二 五 ” 规 划 中 的 “ 三 纵 一 横 ” 特高压交流网架结构和 1 5条直流输 电线路中 ， “ 三 纵一横” 交流和三条直流输电线路起点设在内蒙古 ， “ 三纵” 即锡林郭勒一南京、 乌兰察布一南 昌、 包头一 长沙 ， “ 一横” 即蒙西～潍坊， 三条直流输电线路即锡 林郭勒一江苏、 蒙西～江苏、 呼伦贝尔～山西 。上述 电力通道总输送能力 6 2 5 0 1 0 k W， 相当于外送标 煤约 2 1 0 t ， 已开展前期工作的鄂尔多斯 、 锡林郭 勒、 呼伦贝尔三大煤电基地规模达 1 1 O 。 k w 以上 。 这些大型煤电基地距离华北 、 华中、 华东等负荷中心 区 6 o 0 ～ 1 5 0 0 k r n ， 火 电成 本低 ， 电力输 送 到 江苏 地 区落地电价低于当地火电上网电价 0 ． o 4 ～O ． 0 5 元／ k w h ， 有明显经济优势。 截止至 2 0 1 3年 4月， 内蒙古全区 6 0 0 0 k w 及 以上发 电厂装机容量 8 0 8 0 ． 0 7 1 0 k W． ， 其中火电 6 2 2 6 ． 8 11 0 k W； 累 计 完 成 发 电量 8 3 8 ． 6 7 收 稿 日期 2 0 1 4 0 3 2 6 作 者简介 裴 育峰 1 9 6 9 ， 男， 高级工程师 ， 从 事火力发 电厂 工程设 计工作。 1 2 0 1 4年 6月 第 4 2卷 第 3期 总第 2 3 2期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r J u n ． 2 0 1 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 3 S e r ． No ． 2 3 2 1 O k W h ， 其 中火 电 7 4 6 ． O 1 1 0 k W h 。全 区年 度累计外送 电量 4 6 3 ． 4 8 1 0 k W h 。 1 水 资 源 分 布 不 平 衡 对 发 展 火 力 发 电 的 限制 内蒙古的水资源主要来源于大气降水和少量冰 川 融雪水 ， 为地 表水 和地下水 。全 区流域面 积在 1 0 0 0 k m 以上 的河 流有 1 0 7条 ， 分属 黄河 、 海 河 、 滦 河、 西辽河 、 嫩江、 额尔古纳河 6 个外流水系和乌拉 盖河 、 塔 布河 、 黄旗海、 岱海 、 额 尔古纳河等 内流水 系。 全区地表水资源为 4 0 6 ． 6 0 1 0 m。 ， 与地表水不 重复的地下水资源为 1 3 9 ． 3 5 1 0 m。 ， 水资源总量 为 5 4 5 ． 9 5 1 0 。 m。 ， 占全 国水 资源 总量 的 1 ． 9 2 。 另 外 黄河 分 水 5 8 ． 6 1 0 。 m。 ， 黑 河 分 水 8 1 0 。 1 T I 。 。 全区多年平均水资源可利用量 2 8 5 1 0 。 I n 。 ， 其中地 表水 1 7 O 1 0 1 2 1 。 ， 地 下水 1 l 5 1 0 。 i n 。 。 同时 ， 内 蒙古 地 区水 资源 在地 区和 时 程分 布 上 极 不 均 衡 ， 且 与 人 口、 耕 地 分 布 不 相 适 应 详 见 表 1 _ 3 ] 。东 部地 区黑 龙 江 流域 土 地 面 积 占全 区 的 2 7 ％， 人 口占全 区的 1 8 ， 而水资源 总量 占全 区的 6 7 。内蒙古中西部广大地区人均水资源量都在世 行 标准 1 0 0 0 m。 以下 ， 属严 重短 缺地 区 。 表 1 内蒙古水资源量分布情况 1 1 0 I-D _ 。 盟 市 地 表 水 地 下 水 量 呼伦 贝尔市 兴 安 盟 通辽市 赤峰市 锡林郭勒盟 鄂尔多斯市 呼和浩特市 乌 兰察 布市 包头市 巴彦淖尔市 阿拉 善盟 乌海市 29 8． 19 3 9． 67 7． 99 2 5． 91 7． 39 11 ． 2O 4． 79 6． 94 2． 13 1． 89 0． 37 0．1 2 1 8． O 0 9． 83 2 9． 48 1 3． 0 7 2 4． 3 8 1 8． O 2 7． O9 5． 96 5．1 3 5． 29 I 2． 96 0． 15 3 16 ．1 9 49 ．5 O 37 ．4 7 3 8．9 8 31 ．7 7 29 ．2 2 11 ．8 8 12 ．9 O 7 ． 26 7 ．1 8 3 ．3 3 O ．2 7 2 0 0 0 2 0 1 1年 火 电行 业 用 水 量 占全 国工 业 用 水 总量 的 3 0 ． 4 6 。 尽 管 自 2 0 0 0年 以来火 力发 电行 2 业 环保 政策 日益严 格 ， 单位 发 电耗 水量 自 2 0 0 0年 的 4 ． 1 k g ／ k W h逐 年大幅度下降 ， 但是 由于发 电容 量逐年增加 ， 2 O l 1 耗水总量仍达到 了 4 3 7 ． 5 1 0 。 t ， 预计 2 0 1 5年火力发电耗水量将达到 9 0 3 1 0 t ， 约 占全 国用水 总量 的 1 5 。 2 0 0 4年 6月 ， 国家 发 改 委 关 于燃 煤 电站 项 目 规 划 和建设 有关要 求 的通知 要 求高度 重视 节水 ， 燃 煤 电站项 目应采用新技术、 新工艺， 降低用水量 。对 于北方缺水地 区， 新 建、 扩建火 电厂禁止取用 地下 水 ， 严格控制使用地表水 ， 鼓励利用城市污水处理厂 的 中水 或其 他废 水 。 原则 上应建 设 大型 空冷机 组 ， 百 万千瓦耗水指标要控制在 0 ． 3 8 I n 。 ／ s以下 。 以 2 0 1 1年全 国水资源利用情况为准 供水量 占 资源量 2 6 ． 3 ， 工业用水 占总供水量的 2 3 ． 9 ， 火 电用水占工业用水量的 2 9 ． 9 9 ／ 5 ， 估算 内蒙古 自治区 水 资源 对 于 火 力发 电 的支 撑 情 况见 表 2 仅 计 算 地 表水 资源 l 4 J 。 通过上述估算可以看到 ， 最乐观地估计 内蒙古 自治 区水资源可 以支撑 1 0 1 9 O 1 0 k w 的火电装 机 规模 ， 小 于规 划 的 1 2 5 0 0 1 0 k w 的需 求 。 由于 全 区的水资源分配 的不均匀， 如果扣除呼伦贝尔地 区后 ， 水资源仅可以支撑 2 7 0 6 1 0 k W 的火电装 机规模 。 尤其是富煤的锡林郭勒盟 、 鄂尔多斯等地 区 的水 资 源仅 可 以支 撑 4 6 6 1 0 k w 的火 电装 机 规 模 。水 资源 的匮乏成 为 限制 内蒙古 地 区火 电发展 的 主要 因素 。 表 2 估算的水资源对火 电装机容量 的支 撑 黼 。 ／ ／ 1黻 1 04蝻k W 量 呼伦贝尔市 兴 安 盟 通 辽 市 赤峰市 锡林郭勒盟 鄂尔多斯市 呼和浩特市 乌兰察布市 包头市 巴彦淖尔市 阿拉善盟 乌海市 2 98 ．1 9 3 9． 67 7 ． 99 25 ． 91 7 ． 39 11 ． 2O 4． 79 6 ． 94 2 ． 13 1 ． 89 O ．3 7 O．1 2 5． 6 4 0 ．7 50 O ．1 5O 0． 49 0 0． 1 40 0． 21 0 0． 0 90 0． 1 30 0． 0 40 0． 0 40 0． 01 0 0． 0 02 4 6 1 O 5 l O 4 3 7 9 3 蛆 鲫 加 2 0 1 4年 6月 第 4 2卷 第 3期 总 第 2 3 2期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r J u n ． 2 0 1 4 Vo I ． 4 2 No ． 3 S e r ． No ． 2 3 2 2 解 决水资源对火力 发 电发展 限制 的对 策 2 ． 1 合理 规 划 ， 严 格 执行 用水 标 准和定 额 2 0 1 1年 以来 ， 内蒙古 自治 区政府 出台了 关于 进一步加快水利改革发展 的实施意见 ， 批准 了 自 治 区水 资 源 费征 收标 准 ， 同时 批 准 了自治 区“ 十二 五” 水资源合理开发利用与保护规划 ， 编制 了 自治 区水 利发 展“ 十二 五” 规划 ， 制 定 了“ 十 二 五” 水 利发 展总体 目标 ； 积极落实最严格的水资源管理制度 ， 开 展 西辽河流域水量分配方案 、 自治区取水许可总 量控制方案 和 自治区实行最严格水资源管理制度 实施方案 的编制工作 ； 全 面推进科学治水、 依法治 水 ， 逐步建立健全水法规体系 ， 起草了 自治区地下 水管理办法 自治区节约用水条例 ； 大力推进水利 科 技创新与技术推广 ； 火电厂设计中严格执行 DL ／ T 7 8 3 2 0 0 1 火力 发 电 厂节 水 导 则 规 定 的节 约用 水技术原则 ， 火力发 电厂的取水定额不高 于 GB ／ T 1 8 9 1 6 ． 1 2 0 1 2 取水定额 的规定l_ 5 J 。 2 ． 2 加 强 电厂 水务 管理 火 电厂 在 规 划 、 选 厂 、 设 计 、 建 设 及 运 行 全 过 程 均应合理使用水源并将废水资源化 ， 以求最经济和 最节约用水 。 电厂通过制订相关标准 、 规范及管理办 法 ， 有针对性地制定出切实可行 的节水技术措施和 规划 ， 使火力发 电厂达到用水合理化和管理科学化 ， 提高火力发电厂的水务管理水平 。 2 ． 3 大 力发 展 空冷发 电技 术 大型电站采用空冷技术要比传统的湿冷技术节 水 3 ／ 4以上 ， 推广空冷技术 ， 对富煤少水地区建设大 型 煤 电基 地 ， 调 整 电 源 结 构 有 着 十 分 重 要 的 现 实 意 义 。 2 ． 4 采 用 中水 回用技 术 利用城市生活 中水作为供水源 ， 实现水资源的 综合利用 ， 降低地表水的消耗 。 2 ． 5 大 力推 广 节水 新技 术 现代电厂设计 中广泛采 用废水 回收技术 、 循环 水浓缩技术、 干式除渣技术及海水直流技术等多方 面的措施节约稀缺的淡水资源。 3 采用“ 煤 中取水” 技术分析 内蒙古地区褐煤储量居全 国首位 ， 且 主要分布 在少水 的锡林郭勒盟 ， 探 明的保有储量 在 1 0 2 5 1 0 。 t 左右。锡盟褐煤水质量分数在 3 O ～4 3 ％之 间 ， 如果按照平均水质量分数 3 5 ％计算 ， 褐煤 中的 含水 总量在 3 5 0 1 0 。 m。 以上 。如 果 可 以提取 褐 煤 中的水并应用于火 电厂， 就 可以彻底改变 内蒙古地 区的水资源供给情况， 有效解决水资源对于火力发 电的发展限制 。 国 内最 新 研 究 的“ 基 于 炉烟 干燥 及 水 回收 的风 扇磨仓储 式制粉系统 的高效褐煤发 电技术” 简称 “ 煤中取水” 技术 ， 实现 了褐煤干燥及乏气水回收技 术与火力发电技术 的相结合 ， 是一种高效、 节能的褐 煤发电系统 ， 是褐煤火电设计技术发展 向前延伸的 重要一步。该技术在电厂热力流程中增设干燥后乏 气水 回收系统， 提高褐煤的能量密度和锅炉效率 ， 达 到提高褐煤机组 的整体效率 、 降低 煤耗、 降低用水 量、 并减少污染物排放的 目的。 “ 煤 中取水” 技术的水 回收工作原理是将风扇磨 煤机出口的含有高浓度水蒸气的混合气体与煤粉分 离后进入“ 节能水回收装置” ， 降温后成为凝结水， 进 入水处理系统回收使用。采用煤中取水高效褐煤发 电技术可实现 电厂高度节水的 目标 ， 6 0 0 MW 超临 界机组燃用高水分褐煤时每年可节水超过 5 O 1 O m。 ，满 足空 冷 机组 全 年 的水 耗指 标 ， 实 现 电厂 “ 零 补 水 ” 目的。采用“ 煤中取水 ” 技术 的 6 0 0 Mw 电厂主 要技术指标见表 3 。 表 3 采用“ 煤 中取水” 技术的 6 0 0 MW 电厂 主 要 技 术 指 标 参数 胜利煤白音华煤 由表 3可见 ， 采用 “ 煤 中取水 ” 技 术 的电厂 ， 燃 用 全 水分在 3 O ～4 0 的褐煤 ， 标准煤 耗可 以降低 6 ． 7 ～1 0 ． 3 g ／ k w h ， 对 于 6 0 0 MW 机组 “ 煤 中 取水” 量在 8 O ～1 4 5 t ／ h之间， 全水分较高的褐煤可 实现空冷机组的“ 零补水” 。 下 面 以为锡林浩特地 区例 ， 预估 推广“ 煤 中取 水” 技术对地区发展的贡献 。 锡林浩特能源项 目用水 供需平衡预测见表 4 。 3 。 2 0 1 4年 6月 第 4 2卷 第 3期 总第 2 3 2期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r J u n ． 2 0 1 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 3 S e r ． No ． 2 3 2 表 4 镭林浩特能源项 目用水供需平衡表 1 1o r f l 0 供需平衡 1 5 7 4 6 9 4 1 7 5 1 1 6 4 注 可供工业用水量含疏干水 、 城市 中水 。 由分析可以看到 ， 在 2 0 2 0年前 ， 锡林浩特境 内 水资源基本满足能源开发需要 ， 但 2 0 2 0年后锡林浩 特地 区将 出现供水缺 口， 主要集中在胜利、 白音华 、 五间房等煤 电基地。 如新建机组均采用“ 煤中取水” 高效褐煤发电技 术 ， 用水供水需求变化见表 5 。可以看到 ， 如果大力 推广“ 煤 中取水 ” 技术 ， 蕴藏在原煤中的水将作为 电 表 5采 用 “ 煤 中取 水 ” 技 术 的 用 水 供 需 平 衡 表 1 1 0 m 供 需平衡 厂补水 ， 从而降低甚至不需要消耗常规的水资源 ， 锡 林浩特地区的工业发展的水资源限制 问题可以得到 有效地 解决 。 4 结束语 富煤地区水资源匮乏是制约内蒙古地区建设大 型煤 电基地的瓶颈 。 科学地规划利用有限的水资源， 严格 执行 用水 标准 和定 额 ， 加 强水 务管 理 ， 大力 推广 空 冷机组 、 中水 回用 、 干式除 渣等 节水 技术 是缓 解水 资源限制的有效措施 ； 而采用“ 煤 中取水” 技术 ， 通过 提取褐煤中蕴藏的水作为 电厂补水 ， 同时结合其他 先进的节水技术 ， 将进一步解决水资源对于火电发 展 限制 ， 极 大推动 内蒙 古 自治 区的经 济发 展 。 参考文献 [ 1 ] 国家煤 炭工 业协 会． 中 国煤炭 工业 年鉴 2 0 1 l E M] ． 北 京 中 国煤 炭 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