煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證用水合理性分析技術(shù)要點(diǎn)探討

李恩寬，何宏謀，杜 凱，蔡大應(yīng)，蘇曉慧

（黃河水利科學(xué)研究院，450003，鄭州）

煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目工藝復(fù)雜，工藝流程長，產(chǎn)品類型多，用水環(huán)節(jié)多，取用水量和耗水量大，用水系統(tǒng)復(fù)雜以及廢污水產(chǎn)生環(huán)節(jié)多、處理難度大等都是其獨(dú)有特點(diǎn)。因此，煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證較火電等其他工業(yè)行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證工作量大、難度高。

目前，我國煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目主要集中在黃河流域、新疆、松遼流域、云貴和淮河流域等富煤但水資源并不豐富的地區(qū)。筆者收集了上述地區(qū)43份煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證報告書，發(fā)現(xiàn)在用水合理性分析方面還存在用水單元劃分不清晰、用水情況描述及分析較為簡單等問題。2014年3月5日，新修訂發(fā)布的《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》（SL322—2013）正式實(shí)施，對煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證提出了新的要求，但由于其僅從宏觀層面對用水合理性分析內(nèi)容作了規(guī)定，對技術(shù)細(xì)節(jié)規(guī)定不是很詳細(xì)，煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證用水合理性分析應(yīng)該重點(diǎn)論證哪些內(nèi)容、如何論證，是迫切需要規(guī)范的。

一、用水環(huán)節(jié)分析

煤化工項(xiàng)目用水量大、用水環(huán)節(jié)多等獨(dú)有特點(diǎn)決定了其水資源論證用水環(huán)節(jié)合理性分析不容易。根據(jù)調(diào)研分析和查閱資料，煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證用水環(huán)節(jié)分析大致可分為3種途徑：按主要工藝裝置、主要操作單元和主要用水系統(tǒng)分析。按主要工藝裝置分析就是對各個相對獨(dú)立的工藝裝置進(jìn)行單獨(dú)分析，如備煤裝置、空分裝置、氣化裝置、產(chǎn)品合成裝置等。按主要操作單元分析就是將煤化工復(fù)雜的工藝過程進(jìn)行逐步分解，直至不能再進(jìn)一步分解的最基本的生產(chǎn)操作單元，如氣化、洗滌、冷卻、合成、萃取、過濾、結(jié)晶、脫硫等。按主要用水系統(tǒng)分析就是將煤化工項(xiàng)目用水系統(tǒng)歸納為循環(huán)冷卻系統(tǒng)、脫鹽水處理系統(tǒng)、凝結(jié)水回收利用系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、生活用水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、濃鹽水處理系統(tǒng)等。不同用水環(huán)節(jié)劃分方法的優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。

綜合對比分析，認(rèn)為煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證用水環(huán)節(jié)分析應(yīng)按其主要用水系統(tǒng)劃分進(jìn)行，必要時同時細(xì)化主要工藝裝置用水。這種分析方法抓住了煤化工項(xiàng)目主要用水特點(diǎn)，具有思路清晰、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

表1 三種不同用水環(huán)節(jié)劃分方法的優(yōu)缺點(diǎn)對比

1.循環(huán)冷卻系統(tǒng)

循環(huán)冷卻系統(tǒng)是煤化工項(xiàng)目重要的用水系統(tǒng)，其作用是保證各生產(chǎn)設(shè)備在適宜的溫度下工作，循環(huán)冷卻系統(tǒng)應(yīng)在保證項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行的前提下盡量使用空氣冷卻、閉式循環(huán)水系統(tǒng)。應(yīng)詳細(xì)說明循環(huán)冷卻系統(tǒng)裝置的構(gòu)成和規(guī)模、設(shè)備參數(shù)、循環(huán)水量、各循環(huán)冷卻系統(tǒng)的用水過程、供水對象和供水量、各循環(huán)冷卻系統(tǒng)蒸發(fā)及風(fēng)吹損失等耗水量、排水量及排水去向等。

2.脫鹽水處理系統(tǒng)

脫鹽水是指將原水中含有的電解質(zhì)除去或減少到一定程度的水。脫鹽水既是煤化工項(xiàng)目蒸汽系統(tǒng)的主要補(bǔ)水來源，又是各工藝裝置的主要補(bǔ)水來源。脫鹽水由脫鹽水處理系統(tǒng)制備，應(yīng)詳細(xì)說明脫鹽水處理系統(tǒng)的構(gòu)成和處理規(guī)模、設(shè)備參數(shù)、水源、進(jìn)出水水質(zhì)、工藝流程 （附工藝流程圖）、脫鹽水供水對象和供水量、濃鹽水排水量及排水去向等。

3.凝結(jié)水回收利用系統(tǒng)

凝結(jié)水是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中蒸汽釋放出熱能后冷卻形成的水，它不但含雜質(zhì)少而且含有大量熱量，由凝結(jié)水回收利用系統(tǒng)處理后送到鍋爐或其他用熱處，可節(jié)約用水，節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)詳細(xì)說明各路凝結(jié)水的來源和水量、凝結(jié)水回收處理系統(tǒng)構(gòu)成和處理規(guī)模、設(shè)備參數(shù)、凝結(jié)水處理工藝 （附工藝流程圖）、回收利用量及去向。

4.蒸汽系統(tǒng)

蒸汽作為一種熱能載體，廣泛應(yīng)用于煤化工項(xiàng)目生產(chǎn)中，是煤化工項(xiàng)目重要的二次能源。應(yīng)詳細(xì)說明各等級蒸汽來源、蒸汽鍋爐參數(shù)、蒸汽參數(shù)、蒸汽產(chǎn)量和消耗量、熱力管網(wǎng)參數(shù)和管網(wǎng)損失，同時還須附項(xiàng)目蒸汽平衡圖。

5.生活用水系統(tǒng)

生活用水系統(tǒng)供廠區(qū)用戶生活用水需要。應(yīng)詳細(xì)說明生活供水系統(tǒng)的規(guī)模、設(shè)施配備和供水參數(shù)、供水量和供水水質(zhì)。

6.主要工藝裝置

由于煤化工項(xiàng)目工藝裝置種類繁多，對所有工藝裝置進(jìn)行分析沒有必要且不符合實(shí)際，主要選擇若干個用水、耗水、排水對全廠影響較大的工藝裝置進(jìn)行分析。應(yīng)詳細(xì)說明主要工藝裝置的構(gòu)成、設(shè)備參數(shù)，應(yīng)單獨(dú)細(xì)化工藝裝置的用水過程，并附水量平衡圖和水量平衡表。此外，原煤中含有的水分會參與某工藝裝置的反應(yīng)過程中，因此應(yīng)說明原煤帶入水量，并在該工藝裝置水量平衡圖和全廠水量平衡圖中明確。

7.廢污水處理系統(tǒng)

煤化工項(xiàng)目的廢污水主要分為生活污水、生產(chǎn)污水、含鹽廢水等，根據(jù)所含污染物不同，采用不同的廢污水處理方案分別進(jìn)行處理。應(yīng)詳細(xì)說明各廢污水處理系統(tǒng)的構(gòu)成和處理規(guī)模、設(shè)備參數(shù)、廢污水來源、水量和水質(zhì)、處理工藝（含工藝流程圖）、出水水量和水質(zhì)、排放去向、接納體的水量和水質(zhì)要求。

8.濃鹽水處理系統(tǒng)

濃鹽水是指含鹽廢水經(jīng)除鹽設(shè)備（反滲透、離子交換等）處理后產(chǎn)生的高含鹽濃水。應(yīng)詳細(xì)說明濃鹽水處理系統(tǒng)的構(gòu)成和處理規(guī)模、設(shè)備參數(shù)、濃鹽水來源、水量和水質(zhì)、處理工藝 （含工藝流程圖）、出水水量和水質(zhì)、排放去向、接納體的水量和水質(zhì)要求、固體鹽處置等。

二、設(shè)計用水參數(shù)合理性識別

1.循環(huán)冷卻系統(tǒng)用水參數(shù)的合理性識別

應(yīng)綜合分析水資源條件、氣象條件、國家和行業(yè)要求、項(xiàng)目具體要求等論證循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)備選型和規(guī)模的合理性，原則上應(yīng)在保證項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行的前提下盡量使用空氣冷卻、閉式循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水濃縮倍率、冷卻塔蒸發(fā)和風(fēng)吹損失率等用水參數(shù)可根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件和補(bǔ)水水質(zhì)條件，參考國家和行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行合理性識別。

2.脫鹽水處理系統(tǒng)用水參數(shù)的合理性識別

脫鹽水處理有離子交換法、膜法等多種工藝，每種工藝都有優(yōu)缺點(diǎn)，首先應(yīng)進(jìn)行脫鹽水處理工藝方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較，分析項(xiàng)目選擇的脫鹽水處理工藝的合理性。根據(jù)脫鹽水需求量和凝結(jié)水回用量，綜合考慮原水水質(zhì)、脫鹽水處理工藝、出水水質(zhì)要求等分析脫鹽水處理系統(tǒng)處理規(guī)模、出水率的合理性。

表2 “十二五”煤炭深加工示范項(xiàng)目能效和資源消耗指標(biāo)（摘錄）

3.凝結(jié)水回收利用系統(tǒng)用水參數(shù)的合理性識別

參考《化工廠蒸汽系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50655—2011）和《化工廠蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50812—2013）》規(guī)定，凝結(jié)水回收率應(yīng)大于80%，識別項(xiàng)目凝結(jié)水回收率的合理性。對于水資源緊缺地區(qū)，須分析進(jìn)一步提高凝結(jié)水回收率的可行性。回收的凝結(jié)水經(jīng)過精處理以后可以作為脫鹽水使用，綜合考慮凝結(jié)水水質(zhì)和回用水質(zhì)要求，分析項(xiàng)目選擇的凝結(jié)水精處理工藝的合理性。

4.蒸汽系統(tǒng)用水參數(shù)的合理性識別

參考 《化工廠蒸汽系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50655—2011），根據(jù)蒸汽平衡計算，分析鍋爐的參數(shù)和容量配置的合理性。目前化工廠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范未規(guī)定蒸汽系統(tǒng)的汽水損失和鍋爐排污，蒸汽系統(tǒng)的汽水損失與鍋爐排污用水參數(shù)的合理性識別可參考《火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DLT 5068—2006）、《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》（GB 50660—2011）和《小型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》（GB 50049—2011）等火電廠設(shè)計規(guī)范。

5.生活用水系統(tǒng)用水參數(shù)的合理性識別

參考有關(guān)定額標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范，結(jié)合項(xiàng)目所在區(qū)域生活用水實(shí)際，分析項(xiàng)目生活用水量的合理性。

6.主要工藝裝置用水參數(shù)的合理性識別

分析主要工藝裝置生產(chǎn)原理和用水過程，化學(xué)反應(yīng)裝置應(yīng)緊緊依據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程進(jìn)行水量平衡計算，識別用水過程設(shè)計和補(bǔ)水、耗水、反應(yīng)生成水、排水的合理性。

7.廢污水處理系統(tǒng)用水參數(shù)的合理性識別

根據(jù)不同的廢污水類型，有多種廢污水處理工藝；即使對同種廢污水類型，也可能存在多種處理工藝，首先應(yīng)針對不同的廢污水類型分別進(jìn)行廢污水處理工藝方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較，分析項(xiàng)目選擇的廢污水處理工藝的合理性。綜合考慮廢污水水質(zhì)、廢污水處理工藝、出水水質(zhì)要求等分析廢污水處理系統(tǒng)處理規(guī)模、出水率和排放去向的合理性。

8.濃鹽水處理系統(tǒng)用水參數(shù)的合理性識別

濃鹽水處理技術(shù)有多種，如稀釋排放、深井回注、蒸發(fā)塘自然蒸發(fā)和純化+蒸發(fā)結(jié)晶等。首先應(yīng)綜合當(dāng)?shù)貧庀髼l件、環(huán)境條件、場地條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析等開展方案比選，分析項(xiàng)目選擇的濃鹽水處理工藝的合理性。特別是對于“近零排放”的煤化工項(xiàng)目，應(yīng)深入分析濃鹽水處理回用方案的可靠性以及可行性，必要時開展專題分析論證。綜合考慮濃鹽水水質(zhì)、濃鹽水處理工藝、出水水質(zhì)要求等分析濃鹽水處理系統(tǒng)處理規(guī)模、出水率、排放去向和固體鹽處置的合理性。

三、用水水平評價

目前，我國煤化工行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目水資源論證用水水平評價尚無統(tǒng)一的評價指標(biāo)體系。全廠用水重復(fù)利用率、冷卻水循環(huán)率、冷卻塔蒸發(fā)損失率、冷卻塔風(fēng)吹損失率、循環(huán)水的濃縮倍數(shù)、單位產(chǎn)品新水量和職工人均生活用水量等指標(biāo)基本可以反映煤化工項(xiàng)目全廠的用水水平，但建議補(bǔ)充一個重要指標(biāo)，即噸煤新鮮水耗，該指標(biāo)在《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策（征求意見稿）》有明確規(guī)定（表 2），雖然《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策（征求意見稿）》未正式發(fā)布，但業(yè)內(nèi)已將噸煤新鮮水耗作為衡量煤化工項(xiàng)目用水水平評價的重要指標(biāo)。

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