國內(nèi)煤炭、火電產(chǎn)業(yè)需水量預(yù)測
我國是個水資源貧乏的國家，人均水資源擁有量只有2200m3，僅為世界平均水平的1/4，而且分布極不均勻。就煤炭系統(tǒng)而言，北方煤炭資源豐富，占全國煤炭總儲量的80%與原煤生產(chǎn)量90%以上的礦區(qū)均位于嚴重干旱缺水的西北、東北、山西、內(nèi)蒙古以及豫西地區(qū)，而上述地區(qū)的水資源僅占全國總量的20%，國內(nèi)86個重點礦區(qū)有71%缺水，其中40%嚴重缺水。近幾年由于煤炭基地的快速拓展及配套工業(yè)的興起，礦區(qū)水資源供需矛盾更加突出。
我國的煤炭資源與水資源呈逆向分布，多煤的地方缺水，多水的地方缺煤，煤炭資源豐富的地區(qū)，往往水資源匱乏。我國水資源和煤炭資源分布均以昆侖山—秦嶺—大別山一線為界。昆侖山—秦嶺—大別山一線以北地區(qū)的煤炭資源占全國90.13%，以南地區(qū)只占9.7%;昆侖山—秦嶺—大別山一線以南水資源豐富，占78.6%，以北水資源短缺，只占21.4%。上述數(shù)據(jù)中，晉陜蒙寧四個地區(qū)查明的煤炭資源量占已查明資源儲量的67%，甘、青、新、川、渝、黔占20%，其他地區(qū)僅占13%，而晉、陜、蒙、寧四個地區(qū)的水資源卻僅占全國水資源的3.85%。
根據(jù)《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃(征求意見稿)》與《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，未來中國主要依靠中西部的富煤區(qū)，但是這些地區(qū)大多處于干旱半干旱的缺水區(qū)域，水資源條件不可避免地成為開發(fā)煤田的重要制約因素。煤電基地的建設(shè)與當?shù)厮Y源之間存在著較大的矛盾，因此需要對規(guī)劃的煤電基地的需水量進行預(yù)測，并根據(jù)當?shù)氐墓┯盟F(xiàn)狀，分析當?shù)氐乃Y源條件是否足以支撐規(guī)劃的煤電基地的開發(fā)，結(jié)合當?shù)氐乃Y源情況，分析規(guī)劃中的煤電基地的規(guī)模是否合理。
煤電基地產(chǎn)業(yè)鏈主要用水環(huán)節(jié)
2012年3月18日，國家發(fā)展改革委印發(fā)《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》(發(fā)改能源[2012]640號)。《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》指出：以大型煤炭企業(yè)為開發(fā)主體，加快陜北、黃隴、神東、蒙東、寧東、新疆煤炭基地建設(shè)，穩(wěn)步推進晉北、晉中、晉東、云貴煤炭基地建設(shè)。重點建設(shè)一批大型礦區(qū)，統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)能源輸送通道、水源等基礎(chǔ)設(shè)施，大力推進上下游產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展。
大型煤電基地上下游產(chǎn)業(yè)鏈包括煤炭開采產(chǎn)業(yè)、火力發(fā)電產(chǎn)業(yè)和煤化工產(chǎn)業(yè)，有必要對產(chǎn)業(yè)鏈中各產(chǎn)業(yè)的用水情況進行歸納分析。
煤炭開采產(chǎn)業(yè)主要用水環(huán)節(jié)
采煤產(chǎn)業(yè)的用水可以分為井上生產(chǎn)用水、井下生產(chǎn)用水與生活用水。井上生產(chǎn)用水主要包括選煤用水、矸石山?jīng)_擴堆用水、機械設(shè)備冷卻用水、綠化用水、道路灑水等，其中選煤用水是采煤產(chǎn)業(yè)的用水大戶。井下生產(chǎn)用水主要包括防塵灑水、設(shè)備冷卻水、防火灌漿用水、礦井冬季保溫蒸汽用水等。生活用水部分主要包括礦區(qū)辦公樓用水、生活區(qū)用水、活動區(qū)用水以及礦區(qū)周圍居民用水。
國家發(fā)改委于2012年3月發(fā)布《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》。《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》規(guī)定，全國煤炭開發(fā)總體布局是控制東部、穩(wěn)定中部、發(fā)展西部。并從環(huán)保角度，對2015年全國環(huán)境治理預(yù)期效果做了預(yù)測限制，其中礦井水部分規(guī)定：2015年，全國礦井水產(chǎn)生量70.92億m3，利用量54億m3，利用率75%，達標排放率100%。其中東部(含東北)地區(qū)礦井水10.24億m3，礦井水利用率8 0 % ; 中部地區(qū)礦井水22.49億m3,礦井水利用率68%;西部地區(qū)礦井水38.19億m3，礦井水利用率達到80%。煤炭開采產(chǎn)業(yè)屬于煤電基地上游產(chǎn)業(yè)鏈，國家對煤炭采選業(yè)的用水量進行了定額限制，各省(直轄市、自治區(qū))結(jié)合當?shù)貙嶋H，對本省(直轄市)煤炭采選業(yè)的用水定額值進行限 定。
火電產(chǎn)業(yè)主要用水環(huán)節(jié)
據(jù)有關(guān)專業(yè)部門的分析統(tǒng)計，火力發(fā)電廠用水的主要構(gòu)成如下：
1)發(fā)電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)補給水
一個百萬千瓦的火力發(fā)電廠循環(huán)水量大約為7.5萬t/h，而循環(huán)水的補充水大約為2 250t/h，耗水量相當大。發(fā)電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)采用空冷方式設(shè)計是火力發(fā)電廠節(jié)水最有效的途徑。空冷是將汽輪機的乏氣通過直接空氣冷卻方式、表面冷卻方式、混合換熱方式進行冷卻的一種方式。在冷卻過程中，系統(tǒng)的耗水極少。而濕冷是通過直流方式或者在濕式冷卻塔內(nèi)將循環(huán)水以“淋雨”方式與空氣直接接觸進行熱交換。冷卻過程中，由于蒸發(fā)、風(fēng)吹、排污等損失，運行中循環(huán)水系統(tǒng)必須用大量的水進行補充，補充量大約為總冷卻水流量的一半。
2)電廠除灰、除渣系統(tǒng)
目前，火電廠水力除灰、除渣系統(tǒng)是火電廠僅次于濕冷系統(tǒng)的另一大用水系統(tǒng)。以沖灰水為例，如灰水比按1∶15計，一個百萬千瓦電廠的灰水排放量約為0.4～0.5m3/s，占電廠耗水量的一半。另外，沖灰水的水質(zhì)非常差，處理費用較大，難以回收利用，并會造成地下水和地表水的二次污染;灰渣和水接觸后失去活性而無法綜合回收利用;灰水中氧化鈣含量很高，灰管結(jié)垢嚴重等。發(fā)電廠采用干式除灰、除渣，系統(tǒng)可以做到完全不用水，這種技術(shù)產(chǎn)生的粉煤灰和爐渣均可回收利用作為很好的建筑材料。
3)鍋爐補給水系統(tǒng)
水作為電廠熱力系統(tǒng)的工質(zhì)，在密閉循環(huán)做功過程中，水汽不可避免會有一些損失，這些損失來自于鍋爐排污(定排和連排)損失、排汽損失、取樣損失、吹灰損失和漏汽損失等，這些損失必須及時補充才能維持熱力系統(tǒng)正常的水汽循環(huán)。因此鍋爐補給水是電廠不可缺少的一項用水，但補給水并不是很大。國家對補給水率有相關(guān)標準，中小型機組補給水率是鍋爐額定蒸發(fā)量的2‰，而大型機組為6‰。這樣，一套60萬kW的火電機組1h的補給水量為12t。
4)輔助設(shè)備的冷卻系統(tǒng)
輔助設(shè)備的冷卻水(工業(yè)冷卻水)是指除汽輪機凝汽器冷卻之外的其他設(shè)備的冷卻用水，如冷油器用水，各種風(fēng)機、水泵等轉(zhuǎn)動機械的冷卻用水等。這些冷卻用水量都應(yīng)考慮集中處理。處理可采用間接空冷的辦法，也就是通過建設(shè)小型空冷塔，使輔助設(shè)備的冷卻用水密閉循環(huán)，基本上可以做到不消耗水。如果采用敞開式濕式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，可采用電廠經(jīng)過處理后的工業(yè)廢水、化學(xué)廢水、生活污水(處理后的中水)作為輔助循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水。目前，這種廢水經(jīng)過處理后補充到循環(huán)水系統(tǒng)的模式在很多電廠得到了應(yīng)用，起到了進一步合理用水和節(jié)水的目的。
5)脫硫系統(tǒng)用水
國家為了保護環(huán)境，目前在新建的電廠中均要求采用脫硫技術(shù)，從用水角度劃分，火電廠煙氣脫硫分為干法脫硫、濕法脫硫兩大類。
干法脫硫技術(shù)不需要耗水或只消耗少量水。但干法脫硫的脫硫效率比濕法脫硫略低。濕法脫硫在脫硫過程中要消耗一定量的水。但由于這種方法具脫硫效率高、技術(shù)成熟、對煤種適應(yīng)性強、吸收劑便宜等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。因此，必須采用濕法脫硫時，應(yīng)考慮脫硫工藝用水的回收和多次循環(huán)利用，或者用電廠輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)的排污水作為脫硫工藝用水。進一步達到節(jié)水的目的。
6)煤場用水
國內(nèi)大部分電廠的煤場是露天的，需要不斷噴水壓塵或降溫、輸煤棧橋沖洗等，這要消耗一些水。但是煤場用水水質(zhì)要求不高。因此，這方面用水也應(yīng)用經(jīng)過處理后的工業(yè)廢水、化學(xué)廢水和生活污水等經(jīng)常性廢水和平時收集的非經(jīng)常性廢水。另外煤場產(chǎn)生的廢水可以重復(fù)利用，以進一步減少水的消耗。
7)電廠生活用水
生活用水也是電廠用水中不可缺少的一項用水。因此，除了從人員編制上控制用水、樹立節(jié)水理念等節(jié)水措施外，主要應(yīng)將電廠人們生活用后的污水進行處理后再利用，電廠的許多方面用水水質(zhì)要求并不高，如循環(huán)系統(tǒng)補水、煤場用水等。也可考慮員工飲用水和其他生活用水分開的措施，以進一步合理用水達到節(jié)水的目的。
煤化工主要用水環(huán)節(jié)
煤化工產(chǎn)業(yè)是以煤炭為主要原料生產(chǎn)化工和能源產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，具有技術(shù)、資金、資源密集型特征，涉及煤炭、電力、石化等領(lǐng)域，對能源、水資源的消耗較大，對資源、生態(tài)、安全、環(huán)境和社會配套條件要求較高。煤化工產(chǎn)業(yè)可分為傳統(tǒng)煤化工和現(xiàn)代煤化工，傳統(tǒng)煤化工主要包括合成氨、甲醇、焦化、電石等子行業(yè);現(xiàn)代煤化工則是以生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品為主的產(chǎn)業(yè)，主要包括二甲醚、煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇等產(chǎn)品。煤化工工藝中主要用水項目有：反應(yīng)用水、用于冷凝的冷卻水、用于加熱的水蒸氣用水、洗滌用水、生活用水等。例如，煤制天然氣主要有備煤、氣化、凈化、甲烷化、空分、公用工程幾個部分。用水較大的是氣化部分的洗煤、空分、公用工程的熱電站幾部分，公用工程中的氣化、空分、凈化、熱電循環(huán)水站的裝置需要用到冷卻水。
工業(yè)和信息化部于2011年下半年正式將《“ 十二五” 煤化工示范項目技術(shù)規(guī)范( 送審稿) 》上報國務(wù)院。該規(guī)范包含了《“十二五”煤化工示范項目能效和資源目標》、《“十二五”煤化工示范項目技術(shù)和裝備水平》等多項內(nèi)容。其中，《能效和資源目標》主要對納入“十二五”示范的煤間接液化、煤制天然氣、煤經(jīng)甲醇制烯烴、煤制合成氨、煤制乙二醇、低品質(zhì)煤提質(zhì)等六大領(lǐng)域示范項目的能源轉(zhuǎn)化效率、綜合能耗、噸產(chǎn)品新鮮水用量加以規(guī)定。煤化工屬高耗水產(chǎn)業(yè)，有關(guān)資料顯示，生產(chǎn)1t合成氨需耗新水約12.5m3，生產(chǎn)1t甲醇耗水約8m3，直接液化噸油耗水約7m3，間接液化噸油耗水約12m3。
據(jù)資料顯示： 煤化工項目耗水量大，2 0 億m3 / a 的煤制天然氣項目耗水量高達2 500萬t/a。而煤化工項目污水處理量也很大，如神華寧東煤化工基地烯烴循環(huán)水、供水系統(tǒng)安裝及土建項目的循環(huán)水裝置最大水處理量高達432萬m3/d，相當于北京城區(qū)最高用水量257.5萬m3/d的1.68倍，是目前世界最大的工業(yè)循環(huán)水裝置之一。
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