煤電一體化電廠節水技術研究

張書梅 余斯北

(河北省電力勘測設計研究院,河北石家莊 050031)

煤電一體化電廠節水技術研究

張書梅 余斯北

(河北省電力勘測設計研究院,河北石家莊 050031)

文章以煤電一體化電廠空冷機組為例,研究電廠和煤礦在節水方面的關聯優化途徑、節水設計技術及方法,通過設計優化電廠水量平衡及相應可靠的節水方案后,電廠污廢水不外排,達到了環境效益、經濟效益和社會效益的統一。

煤電一體化電廠 空冷 節水 措施

1 概述

水是人類賴以生存和發展的最重要的物質資源之一，我國是一個水資源短缺的國家，尤其是水資源分布與礦產資源分布不匹配，北方及西部地區礦產資源豐富，但水資源甚為缺乏，在該地區如何因地制宜的節約用水，保護水資源已成為人們普遍關注的問題。

在2011年年初的全國能源工作會議上，能源局局長就“十二五”期間的能源發展思路中，明確指出“：在西部煤炭豐富地區，按照集約化開發和煤電一體化模式，采用先進的節水技術建設大型煤電基地電站項目。”在今后一段時間，建設大型煤電一體化電廠將是一個發展方向，如何搞好煤電一體化電廠的節水研究值得探討，既是用水大戶又是排水大戶的火力發電廠，搞好水務管理，采取有效的節水措施，合理利用水資源，將給電廠帶來良好的社會效益、環境效益和經濟效益。

本研究結合某煤電一體化空冷電廠的具體條件，在保證電廠安全運行并滿足環保要求前提下，重點研究電廠和煤礦在節水方面的關聯優化途徑，電廠設計貫徹節約用水、一水多用、綜合利用和重復使用的原則，通過優化，降低電廠耗水指標。

2 煤電一體化電廠水源選擇

某煤電一體化項目為新建2×660MW超超臨界直接空冷機組，該項目遵循我國能源產業“以電力為中心、以煤炭為基礎，煤電一體化發展”的戰略方針而建設，該電廠的建設符合“富煤缺水”地區的特點， 結合該地區的地理位置及電廠區域水源條件，電廠可用水源主要有煤礦疏干水、污水處理廠水源、水庫地表水等。

作為煤電一體化電廠，其水源應該首選煤礦疏干水，因為在煤炭開采過程，會排掉大量疏干水，以煤礦疏干水作為電廠補給水，可解決“富煤缺水”區域疏干水外排造成的環境污染問題。

煤礦疏干水是在采煤過程從煤層涌出的水，其出水水質在各地區也不一樣，疏干水需根據水質指標進行深度處理后才能用于電廠補充水，利用煤礦疏干水作為電廠補充水時，要充分調查煤礦疏干水的涌水量和可靠性，同時要與煤礦設計院和煤礦充分溝通，因為礦區也是用水大戶，一方面大量外排疏干水污染水體，同時自身需水量與日劇增要增加用水量。雖然疏干水供給電廠的水量及處理工藝等方面還存在一些問題，但電廠尤其是煤電一體化電廠開發利用煤礦疏干水的前景是非常大的，在疏干水水量穩定的情況下，煤電一體化電廠水源應首選疏干水。

根據電廠2×660MW直接空冷機組的水資源論證報告，結合其附近施工鉆孔和礦井資料，鉆孔內水量很少，單井涌水量小于10m3/d，因此煤礦疏干水不宜作為本工程主要供水水源，推薦采用污水處理廠中水水源，同時將水庫地表水為生產備用水源。

3 煤電一體化電廠依托關系

本工程總平面布置統籌考慮煤礦與電廠的相互關系，在電廠與煤礦功能分區相對明確的前提下，輔助及附屬設施盡量考慮公用，使煤電真正融為一體。

(1)從一體化的角度出發，在煤礦主井工業廣場與電廠功能分區相對明確的前提下，在“公用”上下功夫，通過兩者輸煤系統的統籌布置、廠前建筑的聯合考慮、生活污水統一處理集中回收利用、煤礦水務區與電廠水務區集中布置等措施，使兩者有機的融為一體，真正實現一體化。

(2)電廠與煤礦工業廣場毗鄰布置，通過對煤礦工業廣場輸煤系統與電廠輸煤系統進行統籌考慮，使得電廠輸煤系統非常短捷簡練，電廠燃煤采用輸煤棧橋直接從煤礦工業廣場末煤和洗中煤倉直接輸送到電廠原煤倉。

(3)設置電廠及煤礦綜合水務區：該區主要包括中水調節水池及泵房、水庫水凈化站、綜合泵房等，該區集中布置在電廠的北側、煤礦主井口的南側，可以為電廠及煤礦提供供水，也為水資源的循環充分利用創造了有利條件。

(4)根據水資源論證報告批復意見，電廠主水源采用污水處理廠的中水；地表水做為備用水源，生活消防用水采用地下水。電廠與煤礦毗鄰，其生產系統用水統一考慮了煤礦的用水量，消防系統預留管道接口供至煤礦副井洗煤廠區域，電廠煤泥沖洗水和煤倉間沖洗排水排放到煤礦選煤廠統一處理，煤礦生活污水排至電廠與電廠生活污水集中處理回用，減少了管道布置和重復性設備投資，降低了總體造價。

4 煤電一體化電廠冷卻系統選擇

目前電廠采用的空冷系統主要有三種，一種為直接空冷系統，間接空冷系統有兩種即帶混凝式凝汽器的間接空冷系統和表凝式間接空冷系統，本工程結合電廠區域氣象條件、煤電一體化優勢，通過對初投資、占地、煤耗、電耗、水耗等指標的綜合比較，本工程推薦采用直接空冷系統。

直接空冷相比間接空冷投資能節省約20%左右，且占地面積小，電廠所處區域屬嚴寒地區，考慮到冬季防凍等因素機組選用直接空冷。

隨著現在煤價的不斷上漲，機組選型應結合煤價、電價等因素進行綜合必選。

5 煤電一體化電廠水務管理

通過研究電廠供水、排水的水量平衡及水的重復利用和節約用水措施，求得合理利用水源，保護環境，保證電廠長期、安全、穩定、經濟運行。

5.1 節水措施

(1)本工程采用直接空冷機組，耗水量降低。本工程煤電一體化電廠相對煤價低(2007~2008年)，通過技術經濟比較，推薦采用直接空冷機組，系統的耗水量可降至相當于濕冷系統耗水量的25%。

(2)脫硫系統采用了煙氣換熱器，節省了濕法脫硫耗水量。脫硫系統采用了煙氣換熱器，煙氣經過煙氣熱量回收裝置后，煙氣溫度降低至90℃左右，進入脫硫系統的煙氣在吸收塔內與石膏漿液反應時，由于煙氣溫度的降低(相比較沒有加裝煙氣熱量回收裝置而言)，其攜帶的熱量減少，吸收塔內由于煙氣降溫放熱而蒸發的水蒸氣的水量減少，使得脫硫系統的補水量減少，根據實際運行數據，其用水量滿足協議要求。

(3)灰、渣均采用干式集中系統，最大限度節水；干式排渣系統用空氣冷卻熱渣，不需要用水冷卻，減少了設備、簡化了系統，節約了大量水資源，同時無廢水排放，無需廢水處理系統，有利于環境保護。

(4)本期工程化學水濃排水及酸堿廢水及反洗排水，收集后經工業廢處理站處理后全部用于公用給水系統。

(5)輔機循環水排污水，回收用于脫硫制漿系統。

(6)輔機冷卻塔設除水器，減少冷卻系統風吹損失水量。

(7)輔機冷卻塔的補水系統采用自動調節方式，根據系統水位變化自動調節補給水量。

(8)工業廢水集中處理，重復利用于公用水系統。

(9)生活污水經處理達標后重復利用于公用給水系統等。

(10)電廠煤水排至煤礦回用，煤礦生活污水回用于電廠系統，廢水水源互相利用，減少廢水外排。

(11)合理設置計量監控設施：系統中配備必要的流量計和水位控制閥等計量控制設施，對各主要工藝系統進行監督管理，嚴防跑、冒、滴、漏、溢流現象的發生。

5.2 其它廢污水處理

根據電廠各用水點的水量和水質要求，對電廠排水進行不同方式的處理后，再重復利用或排出廠外。全廠排水按排水水質分為生活污水和工業廢水等。

生活污水包括：廠區內各生產建筑物、辦公樓等附屬建筑物的廁所和盥洗排水，浴室排水，食堂排水等。因一體化項目的子項目礦井生活污水排至電廠廠區內處理，所以污水量包括一部分礦井區的生活污水。

經處理后的污水水質為BOD5≤10mg/l，SS≤10mg/l，對BOD5和SS去除率分別為85%和80%以上，出水水質能夠滿足GB8978-1996《污水綜合排放標準》表4中一級標準及回用水標準。排到公用水池后與工業廢水處理站處理來水混合回用。

5.3 水量平衡

根據上述各用水量分析及相應可靠的節水措施，在全廠水務管理和水量平衡設計中貫徹一水多用、處理回收、綜合利用和重復使用的節水原則。

汽動給水泵采用濕式冷卻方案，本期工程2×660MW超超臨界空冷機組全廠夏季最大補給水量見表1。

表1 2×660MW超超臨界空冷機組夏季最大用水量表

備注：

(1)化學水處理用水量已扣除煤礦用汽9m3/h(夏季)。

(2)表中第14項為煤礦區生活污水排至電廠18m3/h，第15項電廠公用水排水至煤礦18m3/h，所以電廠實際耗水量應為563m3/h。

(3)表中所列為正常連續供水量和耗水量，耗水量為電廠采取了節約用水措施、一水多用、重復利用后與用水量對應的正常連續補水量，不包括機組啟動、檢修等的非正常工況水量。

經水量平衡計算，電廠和煤礦廢水互用等措施，電廠本期新建2×660MW超超臨界空冷機組時，電廠夏季最大用水量約為563m3/h(0.156m3/s)，夏季耗水指標為0.118m3/s.MW，電廠全年平均用水量為510m3/h(0.142m3/s)，全年平均耗水指標為0.11m3/s.MW。

通過優化和采用節水技術，電廠新建工程的耗水指標優于國家對新建機組電廠節水的有關規定，達到國內先進的水平，滿足業主要求的指標，電廠運行1年多，根據實測數據，實際運行指標達到了設計要求。

6 結語

煤電一體化空冷電廠的節水設計要結合實際情況，在電廠規劃和設計初期就要把節約用水作為一項重要的設計原則，在規劃初期，設計院要與煤礦設計院密切配合，及時了解煤礦的總體布局，了解煤礦總體用排水情況，通過合理選擇電廠供水水源、機組形式、優化機組冷卻方式和冷卻水系統，最終確定采用空冷機組，在此基礎上，本著為煤電一體化項目降低總體投資和節水的情況下，進一步確定電廠和煤礦總體用排水統籌規劃，通過各種節水措施，降低電廠耗水指標，同時保證工業廢水不外排。

總之，電廠節水技術是否成功需要從設計開始到電廠運行全過程實施的檢驗，水工專業負責對全廠用水進行水量平衡計算，但需要其他用水工藝專業配合，各專業應對各用水量嚴格計量，絕不超限，同時從初步設計招標到施工圖階段設備招標，到電廠運行管理，都需要嚴格控制相關的用水量，才能確保設計耗水指標先進，設計數據與實際運行一致，達到環境效益、經濟效益和社會效益的統一。

[1]《火力發電廠水工設計規范》DL/T 5339—2006.

[2]《布連電廠水資源論證報告》.

[3]中國電力規劃設計協會組編,電力設計專業工程師手冊—火力發電部分土水篇綜合篇.

張書梅(1967-),女(漢族),大學本科畢業,河北石家莊人,高級工程師,主要從事火力發電廠水工設計及研究工作,現任河北省電力勘測設計研究院發電事業部專業總工程師。