火力發(fā)電廠水平衡測試及節(jié)水減排技術(shù)研究

趙顯橋，盛 虎，襲著尊

（1.山東電力研究院，山東 濟南 250002；2.華電章丘發(fā)電有限公司，山東 章丘 250216）

0 引言

我國是一個水資源嚴(yán)重匱乏的國家，人均水資源占有量僅約2 500 m3，為世界人均占有量的1/4。我國水資源分布也極不平衡，黃河流域及以北的一些地區(qū)人均占有水資源只是長江流域及以南地區(qū)的1/4，水資源極其匱乏［1］。火力發(fā)電廠是用水、排水大戶，火電用水占工業(yè)用水總量的40%，在建設(shè)資源節(jié)約型和諧社會的大背景下，相關(guān)部門出臺的用水、排水收費制度將會越來越嚴(yán)厲，因此火力發(fā)電廠大力實施節(jié)水減排戰(zhàn)略不僅對發(fā)電廠可持續(xù)發(fā)展有著重要的經(jīng)濟效益，而且對保護人類生存環(huán)境有著重要的社會效益。結(jié)合某電廠2×300 MW機組水平衡測試情況對電廠各取用水系統(tǒng)可采取的節(jié)水減排技術(shù)分別進行探討。

1 電廠取用水情況

某電廠二期工程為兩臺超高壓、中間一次再熱、抽汽供熱凝汽式汽輪發(fā)電機組。主要用水系統(tǒng)包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)、化學(xué)制水及除鹽水系統(tǒng)、工業(yè)冷卻水系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)等，除生活水系統(tǒng)及化學(xué)制水系統(tǒng)的補水來自當(dāng)?shù)刈詠硭畯S外，其它系統(tǒng)用水全部取自附近水庫。

1.1 循環(huán)冷卻水

該廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為單元制，每臺機組各配備淋水面積為5 500 m2的雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔一座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于循環(huán)水冷卻過程中的蒸發(fā)、風(fēng)吹和排污損失，要維持循環(huán)冷卻水的水量和水質(zhì)，必須不斷地大量補充新水。根據(jù)夏季水平衡測試數(shù)據(jù)，機組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水量約為72 600 m3/h，冷卻塔蒸發(fā)損失為842 m3/h，風(fēng)吹損失為69 m3/h，排污損失為352 m3/h。一般來說，蒸發(fā)損失隨季節(jié)的變化而不同，排污損失則在很大程度上取決于循環(huán)水濃縮倍率。

1.2 除灰除渣系統(tǒng)

廠除灰系統(tǒng)采用正壓濃相氣力輸送，每個除塵器灰斗下安裝有一臺倉泵，共32臺，由壓縮空氣將灰經(jīng)倉泵送到灰?guī)欤占降母苫胰夸N售。該系統(tǒng)最大程度上節(jié)約了水資源，并且可以得到優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，便于粉煤灰的綜合利用，是大型燃煤電廠除灰方式的發(fā)展趨勢。

廠除渣系統(tǒng)采用水封渣斗，定期排渣，水力噴射除渣的方式。鍋爐落渣由沖渣水泵來水熄滅后經(jīng)碎渣機破碎后由水力噴射器直接輸送至脫水倉，渣脫水后裝車外運，補充水由循環(huán)水供給，爐底水封由沖渣水泵來水補給，水封水溢流后由溢流水泵送至供水泵房前的回收水池。該系統(tǒng)存在的主要問題是耗水量大、能耗高、設(shè)備磨損嚴(yán)重、維護量大等，據(jù)測算夏季該除渣系統(tǒng)溢流排污水總計55 m3/h。

1.3 化學(xué)制水及除鹽水系統(tǒng)

水作為電廠熱力系統(tǒng)的工質(zhì)，在循環(huán)做功過程中，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、吹灰損失、取樣損失和漏泄損失等，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。電廠工質(zhì)補水是由化學(xué)車間制出的除鹽水來補充的，通常情況下，中小型機組補水率是鍋爐額定蒸發(fā)量的2%，大型機組為6‰，一般凝汽式亞臨界機組，鍋爐補水率可以控制在1.5%以內(nèi)，其中排污率在0.5%左右［2］，據(jù)測算該廠夏季水平衡測試期間工質(zhì)補水量為22.16m3/h，補水率為1.38%。

1.4 工業(yè)冷卻水

該廠工業(yè)冷卻水是和循環(huán)冷卻水摻混在一起作為輔機冷卻水使用的，其摻混的比例主要取決于環(huán)境溫度。據(jù)測算該機組夏季工業(yè)冷卻水用總量達421.3 m3/h，其中大部分作為各主、輔設(shè)備冷卻用水（如冷油器冷卻水等），使用后作為冷卻塔補水回收利用，達到了重復(fù)用水的目的；另有少部分水（約為24.1 m3/h）作為各種風(fēng)機、水泵等轉(zhuǎn)動設(shè)備的軸承冷卻水，使用后排往地溝。

1.5 生活用水

生活用水包括辦公樓用水、食堂用水、浴室用水、廁所用水、綠化用水、沖洗用水等，這部分水量一般取決于職工人數(shù)、綠化面積、氣候條件等。該廠生活區(qū)不在廠區(qū)，故廠區(qū)生活水量不大，夏季水平衡測試期間生活水量為5.07 m3/h。

2 節(jié)水減排技術(shù)措施

2.1 減少循環(huán)水用量，適當(dāng)提高濃縮倍率

對于濕冷發(fā)電機組，冷卻塔的耗水量在整個電廠中所占比例是最高的，約為70%～80%，其中包括蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失和排污損失等。這些損失水量的大小和冷卻塔循環(huán)水量的大小直接相關(guān)，而實際運行過程中，冷卻塔經(jīng)常偏離設(shè)計條件，出塔溫度高于設(shè)計值導(dǎo)致真空下降，為維持機組安全經(jīng)濟運行，必需人為增大循環(huán)水量，進而導(dǎo)致冷卻塔損失水量增加。為提高冷卻塔效率，減少循環(huán)水用量，可采取的措施有：加強對冷卻塔的清理維護，修復(fù)或更換已損壞的填料和噴淋裝置，以保證有效淋水面積和淋水密度；將水泥填料更換為高性能塑料填料，瓷嘴瓷碟噴淋裝置更換為塑料反射型噴淋裝置等。但總的來說蒸發(fā)損失不可避免，并且目前基本沒有回收的辦法，減少排污損失是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)實際運行期間節(jié)水減排的主要工作方向，減少這項損失最主要的技術(shù)途徑是適當(dāng)提高循環(huán)冷卻水濃縮倍率。

該廠冷卻塔排污水量與濃縮倍率的關(guān)系見圖1。由圖可見，濃縮倍率增加時，冷卻塔排污水量不斷降低，濃縮倍率由1.5增加至4時，冷卻塔排污水量顯著降低，取得很好的節(jié)水效果，當(dāng)濃縮倍率無限提高時，排污水量趨于零，補充水量無限接近蒸發(fā)損失與風(fēng)吹損失量之和。但當(dāng)濃縮倍率高于5后，冷卻塔排污水量降低幅度趨緩，節(jié)水效果有限，同時當(dāng)濃縮倍率超過5時，往往需要設(shè)置防垢處理系統(tǒng)等增加系統(tǒng)投資和運行費用，故不能為了減小排污水量盲目的提高濃縮倍率，而應(yīng)該根據(jù)機組水量、水質(zhì)平衡，并結(jié)合凝汽器材質(zhì)、循環(huán)水穩(wěn)定處理方案等電廠實際情況，進行綜合技術(shù)經(jīng)濟性比較后確定。該廠目前已將循環(huán)水濃縮倍率由原來的3提高到5附近穩(wěn)定運行，僅此一項可節(jié)水210.5 m3/h，降低耗水指標(biāo)0.093 m3/s·GW。

圖1 冷卻塔排污水量與濃縮倍率關(guān)系圖

2.2 采用節(jié)水型除渣系統(tǒng)

該廠使用的水力噴射除渣系統(tǒng)弊端很多，主要有：耗水量大、能耗高、設(shè)備磨損嚴(yán)重、維護量大等，可考慮改用刮板撈渣機濕除渣系統(tǒng)，除渣水經(jīng)高效濃縮池等處理后閉環(huán)循環(huán)供系統(tǒng)重復(fù)使用，補水可由冷卻塔排污水提供。這在一定程度上改善了水力噴射除渣系統(tǒng)帶來的問題，但還是有相當(dāng)部分的水資源被浪費，并且電廠仍需要建造與之相配套的水處理設(shè)施，而最近發(fā)展起來的干式機械除渣方式則可更好地解決以上問題。

干式機械除渣系統(tǒng)主要由機械除渣、氣力輸送與渣倉三部分構(gòu)成，整個除渣及輸送過程不僅一點水也不用，而且還能將冷空氣加熱到300～400℃（相當(dāng)于二次風(fēng)的送風(fēng)溫度），回收了爐渣中的熱量，減少了鍋爐的熱損失，提高了鍋爐的效率［3］。另外由于爐渣在輸送帶上繼續(xù)燃燒放熱，使得爐渣可燃物含量降低，提高了爐渣的綜合再利用價值。目前國內(nèi)已經(jīng)有華能伊敏電廠、北京石景山電廠、河北三河電廠等數(shù)十座電廠采用此類干式除渣系統(tǒng)［4］，其節(jié)水、環(huán)保效果明顯。該廠若改用干式機械除渣系統(tǒng)則可節(jié)水55 m3/h，降低耗水指標(biāo)0.024 m3/s·GW。

2.3 控制工質(zhì)補水率

熱力系統(tǒng)工質(zhì)損失主要來自于鍋爐排污（定排和連排）損失、吹灰損失、取樣損失和漏汽損失等，減少工質(zhì)損失不僅可以節(jié)約成本較高的除鹽水，還可降低機組熱損失，減少能源浪費。

消除或減少雜質(zhì)進入系統(tǒng)，從而保持工質(zhì)水的水質(zhì)在較高水平運行可以有效降低鍋爐排污量，其主要措施有：確保凝汽器的嚴(yán)密性，提高鍋爐補給水和凝結(jié)水凈化出水質(zhì)量，采用合適的爐內(nèi)處理方法防止或減輕腐蝕等。優(yōu)化排污方式是減小鍋爐排污損失的另一種方法，廈門嵩嶼電廠就是通過熱化學(xué)試驗，將排污方式優(yōu)化調(diào)整為間歇式開啟或低流量連續(xù)開啟，使得排污率控制在0.3%以下，鍋爐排掉的水量約減少了10 m3/h，每月可節(jié)約精制除鹽水量 6 000 m3，同時減少了鍋爐的熱損失［5］。

減少蒸汽吹灰損失可以通過改用燃氣脈沖式吹灰等其它吹灰方式來實現(xiàn)，或者進行蒸汽吹灰優(yōu)化試驗，在不影響機組安全運行的前提下，優(yōu)化蒸汽吹灰次數(shù)，也可以大大減少吹灰蒸汽的消耗量。

加強設(shè)備管理，特別是提高高壓水、汽系統(tǒng)的閥門嚴(yán)密性，可以有效減少汽水漏泄損失。

2.4 提高工業(yè)冷卻水復(fù)用水率

該廠工業(yè)水系統(tǒng)大部分冷卻水回用到循環(huán)水系統(tǒng)重復(fù)利用，不便直接回收的無壓冷卻排水排水主要是轉(zhuǎn)動機械的軸封用水等，這部分廢水溫度稍高、含油和懸浮物，可以考慮將其匯集后經(jīng)隔油、氣浮、過濾等技術(shù)手段處理后，用作干灰場噴淋、煤場噴淋等重復(fù)利用，進一步提高工業(yè)水復(fù)用水率，這樣以來可節(jié)水24.1m3/h，降低耗水指標(biāo)0.011m3/s·GW。

加強設(shè)備管理，爭取做到轉(zhuǎn)動設(shè)備“機開水流、機停水停”的要求，杜絕常流水現(xiàn)象的發(fā)生，可以有效減少含油廢水的產(chǎn)生，節(jié)約水資源，同時節(jié)約水處理成本。

2.5 其它節(jié)水減排措施

提高節(jié)水意識。組織宣傳節(jié)水常識，提高員工節(jié)水意識，讓節(jié)水深入人心。如果員工都能夠自覺地節(jié)約用水，對用水設(shè)備的運行狀況進行合理地調(diào)整，及時發(fā)現(xiàn)、及時消除電廠的跑、冒、滴、漏、溢水等缺陷，這是投資最少而又節(jié)水效果最明顯的一項措施。

完善用水表計的配置。目前電廠的主要取、用水系統(tǒng)大都安裝有流量表等計量和檢測儀表，但不能很好地進行維護和管理，存在虛設(shè)現(xiàn)象。按照DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》［6］的要求：一級用水計量（全廠各種水源的計量）的儀表配備率、合格率、檢測率和計量率均應(yīng)達到100%；二級用水計量（各車間及廠區(qū)生產(chǎn)用水計量）的儀表配備率、合格率、檢測率均應(yīng)達到95%以上，計量率應(yīng)達到90%；而三級用水計量 （各設(shè)備和設(shè)施用水、生活用水計量）計量率應(yīng)達到85%。

建立全廠用水監(jiān)測系統(tǒng)。有條件的時候?qū)⑷珡S取、用、排水的水量水質(zhì)數(shù)據(jù)收集到輔助車間集中控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理和分析，建立全廠用水監(jiān)測系統(tǒng)，以便運行人員、管理人員對全廠水系統(tǒng)的運行情況進行全面監(jiān)視，隨時掌握系統(tǒng)中各處的用水水量和水質(zhì)情況，為電廠科學(xué)用水、節(jié)水減排創(chuàng)造條件。

3 結(jié)束語

火力發(fā)電廠水務(wù)管理工作是一項長期、復(fù)雜、艱巨而又具有深遠意義的工作。本文結(jié)合現(xiàn)場水平衡測試數(shù)據(jù)，提出了一些切實可行的節(jié)水減排技術(shù)措施，為發(fā)電廠節(jié)水減排工作提供了思路。發(fā)電廠應(yīng)以安全經(jīng)濟和保護環(huán)境為原則，按照各用水系統(tǒng)對水量水質(zhì)的需要，分級用水，盡可能地循環(huán)處理、重復(fù)利用水資源，從而減少新水量和排水量，提高經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］ 王起.在富煤缺水的陜北地區(qū)建設(shè)節(jié)水型火電廠［J］.中國科技信息,2005（15）:211.

［2］ 宋雷,高新民.火力發(fā)電廠節(jié)水途徑探討［J］.電站系統(tǒng)工程,2006,22（2）:20-22.

［3］ 陳新,劉振強,張晶,等.燃煤電廠風(fēng)冷干式排渣技術(shù)及其工程應(yīng)用［J］.電力設(shè)備,2006（9）:19-21.

［4］ 段恒友,陶耀武.干除渣技術(shù)在石景山熱電廠的應(yīng)用［J］.華北電力技術(shù),2003 （2）:33-36.

［5］ 陳進生.火電廠節(jié)水技術(shù)探討［J］.工業(yè)水處理,2003,23（1）:73-75.

［6］ DL/T 783-2001火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則［S］.