楊其濤 吳 靜 孫清倫

（華電滕州新源熱電有限公司 山東滕州 277500）

燃煤電廠水平衡分析研究

楊其濤 吳 靜 孫清倫

（華電滕州新源熱電有限公司 山東滕州 277500）

水資源短缺是世界性熱門話題，在局部缺水地區(qū)，水已經(jīng)成為制約電力工業(yè)發(fā)展和威脅安全生產(chǎn)的重要因素。火力發(fā)電廠作為工業(yè)用水大戶，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，加強(qiáng)用水技術(shù)管理、節(jié)約用水、減少?gòu)U水排放具有重要而深遠(yuǎn)的意義。本文以某電廠為例，通過(guò)水平衡試驗(yàn)，對(duì)全廠機(jī)組各種取、用、排、耗水量進(jìn)行測(cè)量，分析了全廠水量分配、消耗及排放之間的平衡關(guān)系，獲得了電廠用水現(xiàn)況，評(píng)價(jià)了電廠的用水水平，指出電廠節(jié)水的關(guān)鍵在于冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)，為電廠制定出合理的單位發(fā)電量取水量、耗水量等定額指標(biāo)提供了依據(jù)。

電廠；水平衡；不平衡率

1 前言

水是人類賴以生存的寶貴的自然資源，水資源短缺已成為世界性熱門話題。我國(guó)人均水資源的占有量?jī)H為世界人均水平的1/4，是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家。在局部缺水地區(qū)，水已經(jīng)成為制約電力工業(yè)發(fā)展和威脅安全生產(chǎn)的重要因素。因此，節(jié)約用水、合理用水意義重大?；鹆Πl(fā)電廠作為工業(yè)用水大戶，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，加強(qiáng)用水技術(shù)管理、節(jié)約用水、減少?gòu)U水排放具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

水平衡試驗(yàn)是做好電廠節(jié)水工作，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、合理用水管理的基礎(chǔ)。本文以某電廠為例，通過(guò)水平衡試驗(yàn)，對(duì)全廠機(jī)組各種取、用、排、耗水量進(jìn)行測(cè)量，分析全廠水量分配、消耗及排放之間的平衡關(guān)系，查清電廠用水現(xiàn)況，正確地評(píng)價(jià)電廠的用水水平，為電廠制定出合理的單位發(fā)電量取水量、耗水量等定額指標(biāo)提供依據(jù)，也為電廠制定有效的用水規(guī)劃和切實(shí)可行的節(jié)水技術(shù)措施提供參考。

2 水平衡試驗(yàn)原則與主要計(jì)算公式

2.1 水平衡試驗(yàn)原則

測(cè)試必須在機(jī)組的常規(guī)運(yùn)行工況下進(jìn)行，且機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷應(yīng)占全廠總裝機(jī)容量的80%以上。一級(jí)水平衡的不平衡率應(yīng)≤±5%、二級(jí)水平衡的不平衡率應(yīng)≤±4%、三級(jí)水平衡的不平衡率應(yīng)≤±3%。

2.2 主要計(jì)算公式

（1）總用水量與總復(fù)用水量

式中：Qf—復(fù)用水量，m3/h；Qxh—循環(huán)水量，m3/h；Qcy—串用水量，m3/h；Qhy—回用水量，m3/h；Qz—總用水量，m3/h；Qq—取水量，m3/h。

（2）重復(fù)利用率、排放水率與廢水回用率

式中：R—重復(fù)利用率，%；Kp—排放水率，%；Qp—總排放水量，m3/h；Kf—廢水回用率，%；Qfsh—全廠回收利用的廢水總量，m3/h；Qfs—生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水總量，m3/h。

（3）單位發(fā)電量取水量與單位發(fā)電量耗水量

式中：Vui—單位發(fā)電量取水量，m3/(MWh)；W—在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)的全廠發(fā)電量，MWh；

Vuc—單位發(fā)電量耗水量，m3/(MWh)；Qzy—原水預(yù)處理系統(tǒng)和再生水深度處理系統(tǒng)的自用水量，m3/(MWh)。

（4）全廠水量不平衡計(jì)算公式

式中：∑Qi—各系統(tǒng)用水之和，m3/h。

3 主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

水平衡實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，把全廠水系統(tǒng)劃分成取水系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、化學(xué)制水系統(tǒng)、除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)、脫硫及濕除用水系統(tǒng)、除渣用水系統(tǒng)、燃料用水系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理及回用系統(tǒng)、生活水及消防水系統(tǒng)等10個(gè)二級(jí)水平衡測(cè)試系統(tǒng)。主要測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)如下：

3.1 取水系統(tǒng)

電廠的生產(chǎn)用水、生活用水及消防用水主要為當(dāng)?shù)厮畮?kù)地表水、市自來(lái)水公司的自來(lái)水（化學(xué)水處理系統(tǒng)水源）及市污水處理廠的中水。通過(guò)測(cè)量并計(jì)算，全廠取水總量2256.5m3/h。

3.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

電廠4臺(tái)機(jī)組的循環(huán)冷卻水采用敞開(kāi)式冷卻塔循環(huán)供水方式，冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)包括四座自然通風(fēng)冷卻塔、循環(huán)水泵、管道和凝汽器等。其主要作用是在各種運(yùn)行條件下連續(xù)供給凝汽器冷卻水、脫硫系統(tǒng)用水、燃料系統(tǒng)用水等。一二期冷卻塔蒸發(fā)損失量約1543m3/h，蒸發(fā)損失率為1.3%，風(fēng)吹損失水量約59m3/h，風(fēng)吹損失率為0.05%，排污水量298m3/h，排污率為0.03%，排污水回用水量210.7m3/h，回用率70.7%。

3.3 化學(xué)制水系統(tǒng)

電廠化學(xué)制水系統(tǒng)主要處理設(shè)備包括高效纖維過(guò)濾器4臺(tái)、陽(yáng)陰雙室浮動(dòng)床各3臺(tái)、除碳器3臺(tái)、陰陽(yáng)混合離子交換器3臺(tái)等，正常情況下單套系統(tǒng)產(chǎn)水量262t/h；二期系統(tǒng)主要處理設(shè)備包括雙介質(zhì)過(guò)濾器3臺(tái)、活性炭過(guò)濾器3臺(tái)、超濾裝置2套、反滲透裝置2套、陰陽(yáng)床2套、混床2臺(tái)及配套再生系統(tǒng)等。水處理制水能力正常為100 t/h，最大出力為200 t/h。該系統(tǒng)的來(lái)水主要是城市自來(lái)水，處理后的水進(jìn)入除鹽水箱備用。一期化學(xué)制水系統(tǒng)進(jìn)水流量為168.8 m3/h，至除鹽水箱流量為148 m3/h，除鹽水制水率（即化學(xué)制水系統(tǒng)外供除鹽水量/化學(xué)制水系統(tǒng)進(jìn)水量）分別為87.7%，化學(xué)自用水率（化學(xué)制水系統(tǒng)廢水量/化學(xué)制水系統(tǒng)進(jìn)水量）分別為12.3%。

3.4 除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)

化學(xué)制水系統(tǒng)制出的除鹽水通過(guò)除鹽水泵輸送到一二期主廠房和供熱首站后主要作為凝汽器補(bǔ)水及熱網(wǎng)補(bǔ)水，以保證機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)和熱網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一二期鍋爐的排污量為36.8m3/h，平均鍋爐排污率為1.4%，略高于DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》規(guī)定值（1.0%）。一二期鍋爐平均補(bǔ)水量為144.2m3/h，平均補(bǔ)水率為5.7%，高于DL/T 1052-2016《電力節(jié)能技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》規(guī)定值（2.0%）。

3.5 工業(yè)冷卻水系統(tǒng)

一期工業(yè)冷卻水系統(tǒng)主要分為工業(yè)水系統(tǒng)、輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)空冷器冷卻水系統(tǒng)。工業(yè)水系統(tǒng)水源采用一期工業(yè)水池來(lái)水，工業(yè)水進(jìn)水流量275m3/h，一期工業(yè)水不平衡率為1.6%；二期工業(yè)水系統(tǒng)主要分為工業(yè)水系統(tǒng)、開(kāi)式水系統(tǒng)及閉式水系統(tǒng)，二期工業(yè)水進(jìn)水流量325.9m3/h，二期工業(yè)水不平衡率為2.5%。

3.6 脫硫及濕除用水系統(tǒng)

一二期脫硫用水系統(tǒng)包括脫硫工藝水箱及工藝水泵、除霧器沖洗水泵、脫硫工業(yè)水箱及工業(yè)水泵、石灰石漿液制備系統(tǒng)、吸收塔、石膏脫水系統(tǒng)、脫硫廢水處理系統(tǒng)等。全廠脫硫系統(tǒng)損失水量203.8m3/h，產(chǎn)生脫硫廢水8.5m3/h。

一二期濕除系統(tǒng)用水均為循環(huán)水。一二期濕除廢水均排至工業(yè)廢水處理站廢水池，供除渣及燃料系統(tǒng)綜合利用。廢水量17.2m3/h。

3.7 生活水及消防水系統(tǒng)

一二期生活水及消防水系統(tǒng)主要設(shè)備各包括1個(gè)生活/消防水池、2臺(tái)生活水泵、1臺(tái)電動(dòng)消防水泵、1臺(tái)柴油消防水泵、2臺(tái)消防穩(wěn)壓泵等。生活水用水取水量為39.8m3/h，消防水取水量20m3/h。

3.8 廢污水處理及回用系統(tǒng)

電廠廢污水處理系統(tǒng)分為生活污水處理站、工業(yè)廢水處理站及全廠廢水處理站三個(gè)部分。其中，生活污水總量26m3/h，工業(yè)廢水總量46.6m3/h，全廠廢水處理總量231m3/h。

4 全廠水平衡分析及評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)全廠的取水、各系統(tǒng)用水進(jìn)行測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，得出全廠主要用水情況：全廠水不平衡率為0.7%，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±5%的范圍內(nèi)，表明整個(gè)取水、用水系統(tǒng)的嚴(yán)密性較好，隱蔽性滲漏較少。造成水量不平衡的主要由測(cè)量?jī)x表、測(cè)量方法誤差和測(cè)量條件局限性造成的。全廠實(shí)際取新鮮水量為2256.5m3/h，取水量較大的分別是循環(huán)水系統(tǒng)和工業(yè)水系統(tǒng)，分別占實(shí)際總?cè)∷康?3.24%和26.63%。

考慮各種水量損失和用水工況的變化，全廠耗水、排水?dāng)?shù)據(jù)和結(jié)果如圖1所示。由圖可知，循環(huán)水系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)消水量較大，分別占總耗水量的80.91%、10.29%和5.44%，可見(jiàn)電廠節(jié)水的關(guān)鍵在于冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)。

圖1 全廠各分系統(tǒng)耗水、排水比例分配情況

通過(guò)對(duì)電廠全廠生產(chǎn)生活用水的取水量、各系統(tǒng)用水量、機(jī)組發(fā)電量進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，全廠發(fā)電水耗率為2.86m3/（MW·h）（0.528m3/（GW·s）），滿足DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》規(guī)定值。

全廠實(shí)際總?cè)∷繛?256.5m3/h，全廠總用水量為123899.1m3/h，復(fù)用水量為121642.6m3/h，復(fù)用水率為98.2%，優(yōu)于DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》的規(guī)定值（95%）。全廠循環(huán)水量為120390m3/h，串用水量為1240.3m3/h，回用水量為12.3m3/h，消耗水量為1980.1m3/h，排放水量為261.1m3/h，排放率為23.6%。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)電廠全廠一、二期機(jī)組水平衡試驗(yàn)得出，在夏季負(fù)荷運(yùn)行條件下，總?cè)∷颗c總用、耗水量是基本平衡的，全廠水不平衡率為0.7%，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±5%的范圍內(nèi)，說(shuō)明電廠整個(gè)取水、用水系統(tǒng)的嚴(yán)密性較好，隱蔽性泄漏較少。

（2）全廠實(shí)際總?cè)∷繛?256.5m3/h，全廠總用水量為123899.1m3/h，復(fù)用水量為121642.6m3/h，復(fù)用水率為98.2%，優(yōu)于DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》的規(guī)定值（95%）。

（3）全廠循環(huán)水量為120390m3/h，串用水量為1240.3m3/h，回用水量為 12.3m3/h，消耗水量為1980.1m3/h，排放水量為261.1m3/h，排放率為23.6%。

（4）全廠循環(huán)水量為42816m3/h，串（回）用水量為857.5m3/h，消耗水量為953.6m3/h，排放水量為190m3/h，廢水回用率為26.36%，排放水率為16.61%。

本文研究結(jié)論為電廠制定有效的用水規(guī)劃和切實(shí)可行的節(jié)水技術(shù)措施提供依據(jù)，是開(kāi)展全廠水資源綜合利用及水污染防治的基礎(chǔ)工作。

[1]尹連慶，李偉娜，郭靜娟.燃煤電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的水平衡分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2011（1）：21-23

[2]宋長(zhǎng)清，大機(jī)組濕法煙氣脫硫系統(tǒng)用水分析[J].水利電力機(jī)構(gòu)，2006（2）：11-14

楊其濤（1975.10-），男，工程師，長(zhǎng)期從事化學(xué)技術(shù)監(jiān)督及科技管理工作。