珠江流域火电厂冷却方式的选择

珠江流域火电厂冷却方式的选择

□阳文宣

摘要：满足燃煤火电厂的建设条件主要是电力市场、煤源、运输、水源、环保，因此，火电厂一般建在沿海、沿江等经济发达地区。随着华南沿海电源点日趋饱和，同时，贵州省作为国家重点煤炭基地正在大力开发，利用泛珠区域内资源互补，在珠江流域布点火电厂就成为华南地区必然的选择。在内河建电厂，冷却水的温排放影响水环境和航道，必须重视。

关键词：珠江火电厂冷却水热污染

一、前言

2005年全国电力装机容量达到了500,000MW，而我国的GDP每年按10%左右的速度增长，因此，即使电力弹性系数只为1，2006年新增的装机容量就要达到50,000MW，相当于要新建2×600MW火电厂42座，而且每年都要按GDP的速度递增，这给我国的环保和水资源带来巨大压力。

二、火电厂用水

在火电厂中，冷却水专指用于冷却汽轮机排汽的水。在火电厂用水量中，冷却用水占了绝大部分。对于一个2×600MW的火电厂，冷却水量达12×104～16×104t/h。

目前，火电厂用水面临的主要问题有：

（1）淡水资源日益紧张，特别是北方地区，水资源严重短缺，使火电厂的运行和建设规划受到限制，一些电厂以水定电，一些电厂因水源不足而限发，有的地方缺水严重，新建电厂只能考虑使用城市污水，南方近年也呈现水资源短缺的趋势。

（2）水体环保更为严格。据1992年不完全统计，全国火电厂年冲灰水用

量约为9.8×108t,除去在灰场的蒸发和渗漏损失外，年冲灰水排放量约 6.4×108t,造成对环境的污染,罚款金额巨大。

一些工业发达国家，为了防止河流热污染，虽然电厂建在海岸、河边，却不采用直流冷却系统，而采用开式循环冷却系统，并且，所有污水回收利用，做到“零排放”。

三、珠江水系的特点

珠江是中国南方最大河系，与长江、黄河、淮河、并称中国四大江河，横贯滇、黔、桂、粤、湘、赣六省。珠江流域水资源总量为3360亿m3，其中入海径流总量3260亿m3 ，占中国入海总水量17243亿m3的18.9%，仅次于长江。水系主要分为西江、北江、东江，西江年径流量2300亿m3，约占全流域年径流量的68.5%；北江年径流量为510亿m3，占全流域年径流量的15.2%；东江年径流量257亿m3，占全流域径流量的7.6%。

珠江水系的特点是水量充沛、河道弯曲狭窄、落差大、水流急。南方诸省正计划利用丰富的珠江水，在珠江流域兴建多个火电厂。

四、汽轮机电厂冷却原理

燃煤电厂的热力循环基本遵循朗肯循环，即由水在锅炉中等压加热、汽化和蒸汽过热，蒸汽在汽轮机中绝热膨胀，在凝汽器中等压凝结，热水在水泵中绝热压缩等过程组成。朗肯循环的输出净功等于汽轮机做的功扣除水泵功。提高电厂热效率的措施主要有：

1.提高蒸汽初压和初温，增加回热循环。蒸汽发电技术从中参数、高参数发展到亚临界、超临界。目前火电厂的基本机型是亚临界、超临界、超超临界，单机功率600MW以上。一般亚临界机组的净效率约为37%～38%，超临界机组的净效率约为40%～41%，超超临界机组的净效率约为44%～45%。

2.降低汽轮机低压缸排出的乏汽在凝结时的温度。凝汽器是接受汽轮机排

汽并使之冷凝的热交换器，它利用水或空气作为冷却工质，直接或间接同蒸汽接触，将蒸汽凝结水，在汽轮机排汽口建立和保持一定的真空，使进入汽轮机的蒸汽膨胀到尽可能低的冷端压力和温度，以增加汽轮机中的理解焓降，提高效率。汽轮机运行时，如真空达不到额定值，会导致热效率降低。

五、电厂冷却方式对电厂效率的影响

火电厂冷却方式可分为直流冷却、开式循环冷却、闭式循环冷却三种。

1.直流冷却

冷却水直接从河、湖、海洋中抽取，一次通过凝汽器后，即排回天然水体，不循环使用。此方式必需具备充足的水源，因此在水资源丰富地区采用较多。

2.开式循环冷却

冷却水经循环水泵送入凝汽器，进行热交换，被加热的冷却水在湿式冷却塔与冷空气接触传热后，流入冷却塔底部水池，再由循环水泵送入凝汽器循环使用。此方式较直流方式的主要优点是节水，但因冷却水蒸发等损失产生浓缩问题，需要化学处理。该方式在水资源短缺的地区被广泛采用。

3.闭式循环冷却

此方式与开式循环冷却方式原理相似，不同的是冷却水是在干式冷却塔的散热器内流动，不与冷空气直接接触，通过散热器传热后，冷却水送入凝汽器循环使用。闭式循环冷却没有蒸发损失、风吹损失，没有因蒸发而引起的浓缩，因此，更节水，但因干式冷却塔的传热效果比不上湿式冷却塔，且造价昂贵，只在严重缺水地区建设的空冷机组中采用。

目前，我国长江以北地区的火电厂，大部分采用循环冷却方式，水源为河水或地下水，小部分采用直流冷却方式，以河水和水库水为水源；在长江以南的火电厂，大部分采用直流冷却方式，冷却用水的水源为江河水、湖泊水；海滨电厂全部采用直流冷却方式，以海水为冷却水。

4.冷却方式的投资比较

以珠江流域某电厂超临界2×600MW机型的冷却方式为例（见表1）。

表1. 冷却方式比较

从表1可以看出，采用开式循环比直流冷却的基建投资要小，而运行费用相差不大。不过，由于循环冷却系统中的冷却塔冷却效果受季节和环境的影响比较大。南方湿度大、平均气温高、日照时间长、降雨量大，这些因素使冷却塔的冷却效果不如北方。在夏季，如果凝汽器的冷却水进水温度达不到设计要求，导致真空恶化，会降低机组出力。因此，在水源充沛地区建火电厂大多首选直流冷却方式。

六、直流冷却的温排放问题

根据珠江流域某电厂项目水资源论证报告书，如电厂采用直流冷却系统，冷却水取自珠江，夏季排水量为130490m3/h，冬季排水量为94682m3/h。根据电厂取排水的季节变化和电厂的不同运行情况分别对夏季、冬季电厂冷却水温排放对珠江水环境的影响进行了计算。

表2. 计算工况表

表3. 2

由于电厂的温排水，在夏季，使西江水体温升4℃等温升线包络面积为0.022 km2 ，2℃为0.107 km2 ，影响距离4℃为0.2 km ，2℃为0.84 km，影响比较明显。北江、东江的径流量比西江径流量小得多，更难以满足大型火电厂直流冷却的要求。

另外，为了不影响航运，取水头部必须近岸，远离航线。要防止泥沙和杂物，以及西江水位落差大，取水头部要经过特殊处理，制造工艺要求高，才能满足电厂取水要求。冷却水排放也要经过消能处理，否则，也会影响航运和防汛。这些，大大增加了建造成本。

七、结束语

随着环境保护要求的提高，自然水域的温升强度和范围都将严格规定。德国就规定，热水排放时，不得使河流水温升高1℃。我国2002年颁布的《地表水环境质量标准》中，规定了人为造成的环境水温变化：周平均最大温升≤1℃；周平均最大温降≤2℃，关于水域温排放的限制标准也将很快出台，电厂冷却水排放将受到约束。如果国家对电厂征收水资源费和排污费，那些采用直流冷却方式电厂的运营成本必将大大超过采用循环冷却方式电厂的运营成本，这些因素对电厂采用何种冷却方式将带来重要影响。

南方地区会越来越多新建电厂采用循环冷却方式，即使建在水源丰富的珠江边上的电厂。我们需要大力发展空冷技术，降低冷却塔的造价，加强冷却水