威信煤電一體化一期電廠“三條紅線”指標分析

威信煤電一體化一期電廠“三條紅線”指標分析

任繼周

(云南省水文水資源局昭通分局,云南 昭通657000)

摘要：對云南威信煤電一體化一期電廠進行最嚴格水資源管理制度的三條紅線控制指標定量分析和計算,選取項目用水總量和流域水資源利用率分析用水總量控制指標；取設計耗水率、新水利用率、取水指標、全廠復用水率、循環水利用率、廠區生活用水等來分析用水效率控制指標,選取水功能區水質達標率分析水功能區限制納污指標。結果表明:項目建成后流域水資源開發利用率為7.4%;設計耗水率0.51～0.61m`3/(s·GW)、新水利用率100%、取水指標0. 58m`3/(s·GW)、全廠復用水率98.3%、循環水利用率98.7%;項目要求電廠所有退水必須全部回收利用,污水零排放,所在區域水質目標為Ⅱ類。

關鍵詞：威信電廠;三條紅線;水資源管理;指標分析

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.020 10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.021

作者簡介:任繼周(1966—),男,高級工程師,主要從事水資源評價和水資源保護工作和研究。E-mail:rjz2229409@163.com

中圖分類號：TV213.4

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2015)05-0106-04

Abstract：Quantitative analysis of the control index “Three Red Lines”in the strictest water resources management system in Weixin coal electricity integration power plant in Yunnan Province were made,selecting the total water consumption of project and utilization rate of river basin water resources to analyze the water consumption control index,selecting the designed water consumption rate,new water utilization rate,water intaking indicators,whole plant water reuse rate,water cycle utilization rate,domestic water of plant,etc. to analyze the water consumption quota index,selecting the water quality compliance rate of water function area to analyze the pollutant carrying capacity index. The results show that the water resource exploitation and utilization rate of the basin is 7.4% after the completion of the project; as for the water use efficiency index,the designed water consumption rate is 0.51 ～0.61m`3/(s.GW),new water utilization rate is 100%,water intaking indicator is 0. 58m`3/(s.GW),whole plant water reuse rate is 98.3%,water cycle utilization rate is 98.7%; the project requires all the returning water in the power plant be recycled,with sewage zero discharged and regional water quality reaching class II.

收稿日期：(2014-12-01編輯：彭桃英)

Analysis of “Three Red Lines” index of a coal and electricity integration

power plant in Weixin County

REN Jizhou

(ZhaotongBranchofHydrologyandWaterResourcesBureauofYunnanProvince,Zhaotong657000,China)

Key words： Weixin Power Plant;Three Red Lines;water resources management;index analysis

黃昌碩等[1]對國內外水資源管理模式進行比較分析,認為水資源管理模式變遷的主線是圍繞如何提高水資源利用效率和配置而進行的,發展趨勢是實現水資源的可持續發展,實現水資源的綜合管理。我國提出的最嚴格水資源管理制度,核心內容是建立三條紅線,即建立用水總量控制、用水效率控制和水功能區限制納污控制。不少學者[2-6]對水資源管理制度等理論進行了研究。作為最嚴格水資源管理制度的技術支撐,三條紅線各項控制指標的定量分解計算是基礎,并將這些指標作為水資源管理考核評價的依據。火電廠耗水量巨大,一個2×600MW的火電廠(亞臨界機組),其用水量相當于一個中等城市的用水量。當前,水資源短缺,各用水戶之間的用水矛盾突出,水污染日趨嚴重,因此,選擇工業用水大戶——火電廠,分析其三條紅線控制指標,合理核定其用水總量、用水效率和水功能區限制納污等,這對水資源的保護具有重要意義。筆者以云南威信煤電一體化一期2×600MW火電廠為例,對其用水總量控制指標、用水效益指標、水功能區限制納污指標進行分析,供同行參考。

1研究項目概況

云南威信煤電一體化工程是廣東省、云南省人民政府與中國南方電網簽訂的“云電送粵框架協議”項目,項目工程區位于滇東北的云、貴、川三省結合部,西北與四川近鄰,東南與貴州接壤。廠址位于云南省威信縣麟風鄉金竹村打鐵壩,距威信縣城34km,距昭通市政府所在地200km。

項目建設的總規模為4×600MW,分兩期實施。一期工程建設2×600MW燃煤發電機組,同步建設煙氣脫硫裝置和規模為240萬t/a的礦井,電站年發電量60億kW·h,2010年一期兩臺機組已經投產運行。建設項目取水河段為白水河上游黃水河。白水河是白水江右岸的一級支流,流域面積為296km2。白水江是金沙江一級支流橫江的右岸支流,屬金沙江下段水系。白水河流域位于滇東北大暴雨中心,是昭通市降雨高值區,多年平均降雨量為1000～2300mm,流域多年平均徑流深1064.2mm,白水河流域水資源量達3.15億m3。

取水水源為地表徑流,擬新建黃水河水庫,將其作為項目專供水庫。水庫以上流域面積為16.8km2。建設項目一期工程供水保證率為97%,設計取水流量為0.80m3/s,年取水量為1441萬m3。

2三條紅線控制指標分析

用水總量控制指標選取項目用水總量和流域水資源利用率來進行分析;用水效率控制指標主要基于用水定額指標,選取設計耗水率、新水利用率、取水指標、全廠復用水率、循環水利用率、廠區生活用水、循環用水量等指標進行分析;水功能區限制納污指標選取水功能區水質達標率進行分析。

2.1用水總量控制指標

用水總量控制指標是水資源管理的宏觀控制指標。首先進行白水河流域總體規劃,并通過核算區域水資源利用率來控制取水量和取水規模,并確保留下河道河流生態需水量,合理對區域水資源量進行分配。目前,流域的取用水戶為區域農業用水戶、生產用水戶、生活用水戶,涉及威信縣的麟鳳、長安與廟溝3個鄉鎮。威信一期2×600MW火電廠新建工程一期取水口位置在黃水河,年取水量1441萬m3;現狀農業、人畜飲水、生態環境等其他用水戶用水量為886萬m3。

a. 農業灌溉用水。取水口下游的長安、麟鳳、廟溝3個鄉,現有灌溉面積233.3hm2,現狀灌區內供水量為300萬m3,由壩址下游河道和區間的水量解決。

b. 人畜飲用水。黃水河流域控制區內有人口8.91萬人,牲畜6.24萬頭。長安、麟鳳鄉現狀通過小水池、小水窖解決飲水困難的有1.55萬人、 1.13萬頭牲畜。人飲用水定額采用每人45L/d,牲畜用水定額采用每頭25L/d,則年需水203萬m3,需供水271萬m3,主要由壩址以下的區間水源供給,黃水河水庫壩址以上的水源不是供給水源。

c. 生態環境用水。取水口下游3.8km有小河溝加入,5.4km有龍洞泉水加入,區間農戶在河道內無取水要求,生態環境用水主要考慮河段內生態最小需水量。根據《建設項目水資源論證導則》,參考國內外有關生態需水量的計算方法,考慮以壩址處多年平均流量的10%作為生態環境需水量,下泄流量為0.10m3/s,則黃水河取水口考慮的生態年需水量為315萬m3。

d. 項目一期用水。根據火電廠各用水項目,繪制2×600MW一期火電工程水量平衡圖(圖略),本項目用水主要包括循環冷卻水、工業用水、鍋爐補給水和生活用水。在多年平均供水條件下,由黃水河水庫補給新水2199m3/h,經過凈水站處理后輸出水量為2184m3/h,其中1376m3/h供給循環水泵房,595m3/h入工業水池作為工業用水,78m3/h經化學水池作鍋爐補給水處理,75m3/h 入生活水池供給生活用水(包括煤礦廠區和礦區生活用水、廠區噴灑道路和綠化等的用水,廠區生活用水經生活污水處理系統處理回收15m3/h),預留60m3/h作為未預見水量。直接供給工業水池、循環水泵房等生產用水的水量為1971m3/h,供給廠區生活用水等用途的水量為135m3/h;其中鍋爐水又補給循環用水,沖灰水可利用復用水池的水。一期2×600MW火電廠補給水量為2199m3/h,年利用小時數為5000h,年用水量為1100萬m3,用水流量為0.61m3/s。

作為夏季氣溫10%供水工況,由黃水河水庫補給新水2618m3/h,經過凈水站處理后的輸出水量為2598m3/h,其中1790m3/h的水量供給循環水泵房,595m3/h的水量入工業水池作為工業用水,78m3/h的水量經化學水池作鍋爐補給水處理,75m3/h 的水量入生活水池供給生活用水(包括煤礦廠區和礦區生活用水、廠區噴灑道路和綠化等用水,廠區生活用水經生活污水處理系統處理回收15m3/h),預留60m3/h作為未預見水量。直接供給工業水池、循環水泵房等生產用水的水量為2385m3/h,供給廠區生活用水等用途的水量為135m3/h;其中鍋爐水又補給循環用水,沖灰水利用復用水池的水。一期2×600MW火電廠補給水量為2618m3/h,年利用小時數為5000h,年用水量為1309萬m3,用水流量為0.73m3/s。根據《火力發電廠設計設計技術規程條文說明》第14.1.4款,申請用水指標時留有10%的裕度,年取水量指標1441萬m3,單位發電耗水量2.4kg/(kW·h)。

e. 流域水資源利用率。云南威信煤電一體化工程項目一期取水量1441萬m3,為黃水河取水口多年平均年徑流量(3090萬m3)的47%,是黃水河小河溝匯口處多年平均年徑流量的32%,為麟鳳河三桃河匯口處多年平均年徑流量的14.3%,為瓦石河匯口處多年平均年徑流量6.9%,為白水河多年平均年徑流量(3.15億m3)的4.6 %。項目取水口上游無用水戶,取水口下游的水量完全能滿足886萬m3的現狀農業灌溉、人畜飲水和生態環境用水需求。項目一期建成后,白水河流域工業、農業和人畜飲水的總用水量為2021萬m3,流域水資源的利用率為7.4%,因此,項目用水總量控制指標設定為1441萬m3,是合適的,也符合黃水河流域規劃。

2.2用水效益指標

用水效率主要基于用水定額和用水指標,其相關指標分析計算如下:

a. 設計耗水率

本期工程2×600MW機組設計使用的新水量與外排水量之差同機組設計額定發電裝機容量之比就是設計耗水率:

(1)

式中:K為設計耗水率;Vf為新水量;Vd外排水量。

本期工程夏季取用水量和多年平均取用水量分別為2618m3/h與2199m3/h,廢水經過處理利用后,無外排放量,則設計耗水率為0.51～0.61m3/(s·GW),低于火力發電行業耗水率的標準0.8m3/(s·GW),滿足其規定的指標水平0.60～0.80m3/(s·GW)。

b. 新水利用率。在一定的計量時間(年)內,生產過程中使用的新水量與外排水量之差同新水量之比就是新水利用率,其計算公式為

(2)

式中,Kf為新水利用率。

本期工程夏季取用水量和年平均取用水量分別為2618m3/h與2199m3/h,廢水經過處理利用后全部復用,無外排放量,機組新水的利用率為100%。

c. 單位產品取水量指標。威信一期2×600MW火電廠新建工程的年利用小時數為5000h,夏季年用水量為1309萬m3,根據《火力發電廠設計設計技術規程條文說明》第14.1.4款,申請用水指標時留有10%的裕度,年取水量指標為1441萬m3,單位產品取水量指標為0.67m3/(s·GW);多年平均用水量1100萬m3,用水指標留有10%的裕度,年取水量指標1238萬m3,單位產品取水量指標為0. 58m3/(s·GW)。

上述指標低于GB/T18916.1—2002《火力發電廠取水定額》標準的要求,即2005年后,火力發電廠單位發電量的耗水量低于3.8m3/(MW·h),低于《中國城市節水2010年技術進步發展規劃》0.92m3/(s·GW)的指標,可見用水定額合理。

d. 全廠復用水率。在一定的計量時間(年)內,生產過程中使用的全廠重復利用水量與總用水量之比為全廠復用水率,計算公式為

(3)

式中:R為全廠復用水率;Vr為全廠復用水量;Vt為全廠總用水量。

夏季工程2×600MW機組設計全廠復用水量12.0533萬m3/h,設計全廠總用水量12.3320萬m3/h,則機組設計全廠復用水率為97.7%;年平均工程2×600MW機組設計全廠復用水量12.0695萬m3/h,設計全廠總用水量12.2732萬m3/h,則機組設計全廠復用水率為98.3%。兩者均高于95%的標準。

e. 循環水利用率。在一定的計量時間(年)內,冷卻水循環量與冷卻水總量之比為循環水利用率,計算公式為

(4)

式中:rc為循環水利用率;Vcr為冷卻水循環量;Vci為冷卻水總量。

夏季工程2×600MW機組設計冷卻系統循環水量為119818m3/h,冷卻循環系統總用水量為12.1774萬m3/h,循環水量重復利用率為98.3%;年平均工程2×600MW機組設計冷卻系統循環水量11.9818萬m3/h,冷卻循環系統總用水量為12.1443萬m3/h,則循環水量重復利用率為98.7%。兩者均高于我國一類城市冷卻水循環利用率2010年達到95%～97%的指標要求。

選用單片機STC12C5A60S2作為系統核心控制器；光電傳感器ST188用于探測路面黑白線并通過反射紅外線的變化判斷是黑線還是白線；L298N控制電動機左右輪的轉向；測距傳感器E18-D80NK-N用于判斷兩車的相對位置，從而決定是否需要超車及交替領跑。

f. 廠區生活用水。火電廠廠區定員462人,生活用水定額取200L/d,日用水量約為92.4m3。但還要考慮供給廠區綠化和道路沖洗用水,以及煤礦生活用水。

g. 循環用水量的計算。循環水系統排污損失水量由循環濃縮倍率確定,提高循環濃縮倍率后,可減少循環水系統的排污損失,從而達到節約水量的目的。但提高循環濃縮倍率將導致循環水處理費用的提高,本項目一期工程設計循環冷卻倍率為50.0,循環用水量見表1。通過多年平均補給水分類計算,2×600MW工程的用水量為3204m3/h,回收水量為1005m3/h,實耗水量為2199m3/h,耗水量占用水量的68.6%,回收水量占31.4%,用于循環用水。

表1　一期循環用水量計算成果

對上述設計耗水率、新水利用率、取水指標、全廠復用水率、循環水利用率等指標和定額進行計算,結果顯示,項目的設計耗水率為0.51～0.61m3/(s·GW),低于火力發電行業的標準0.8m3/(s·GW);新水利用率為100%;單位產品取水量指標0. 58m3/(s·GW),低于《中國城市節水2010年技術進步發展規劃》0.92m3/(s·GW)的指標;全廠復用水率為98.3%,高于95%的標準;循環水量重復利用率為98.7%,高于我國一類城市冷卻水循環利用率2010年達到95%～97%的指標要求。可見,項目的用水指標和定額均達到或超過了有關規范規定的要求,項目的用水效率和節水效果都是好的。

2.3水功能區限制納污指標分析

根據《云南省水功能區劃》,把本建設項目取水河道黃水河下游的白水江劃為白水江鎮雄-鹽津保護區,水功能區河道為白水江全河,起止范圍為白水江源頭至白水江入橫江口,河長118.2km,現狀水質為Ⅱ類,水質目標也為Ⅱ類,項目不允許設置排污口,更不允許工業廢污水排放,要求項目達到污水零排放的目標,電廠所有退水必須全部回收利用。電廠嚴格按照這一水質目標執行。

3結語

對云南威信煤電一體化一期2×600MW火電廠三條紅線指標進行分析,項目用水總量采用項目所在流域水資源利用率來控制,項目建成后流域水資源的開發利用率為7.4%,水資源的開發利用程度是低的;而項目用水效率指標計算成果為,設計耗水率0.51～0.61m3/(s·GW)、新水利用率100%、單位產品取水量指標0. 58m3/(s·GW)、全廠復用水率98.3%、循環水利用率98.7%等,這些用水指標和定額均達到或超過了有關規范規定的要求,表明項目的節水效果和用水效率較好;對項目水功能區限制納污指標的分析,主要要求項目所在區域白水江鎮雄-鹽津保護區的水質目標為Ⅱ類,項目達到污水零排放的目標。

水資源開發利率、用水效益、納污能力等技術指標可作為水資源管理的技術依據。建議在一期火電廠運行期,地方水行政主管部門還要對以下項目進行監測和監督:取水口的取水流量、生態流量、電廠下游河流水質。

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