300MW火電機組水平衡試驗及用水指標優化研究

葉杰文+陳慶文+鄭桂興

摘 要：該文通過對2臺300 MW機組進行水平衡試驗，提出提高循環冷卻水的濃縮倍率和工業水的重復利用率、降低脫硫工藝損失水量、處理回用生活污水等節水潛力措施，評價預期帶來的節水效果以及對該企業的單位發電量取水量、裝機取水量、重復利用率、廢水回用率等用水指標產生的影響，為電廠提供切實可行的管理標準和指標，對降低發電成本、提高水資源利用水平有著重大的意義。

關鍵詞：火力發電 水平衡試驗 用水指標 優化

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（b）-0027-03

火電廠作為工業用水大戶，如何節約取水、循環用水、減少排放，已成為火電廠生存發展的重大課題。因此，以火電機組水平衡試驗數據為依據，對其用水指標進行優化研究，尋求火電廠先進的節水標桿值、合理的用水工藝以及完善的水務管理方式，是火電企業實施可持續發展的重要措施。

該文以某火力發電廠二期2臺300 MW機組為研究對象，在額定工況下對取水系統、循環水系統、工業冷卻水系統、脫硫系統、生活水系統5個用水系統進行詳細的水平衡試驗，提出提高循環冷卻水的濃縮倍率和工業水的重復利用率、降低脫硫工藝損失水量、處理回用生活污水等節水潛力措施，評價預期帶來的節水效果以及對該企業的單位發電量取水量、裝機取水量、單位發電量耗水量、裝機耗水量、重復利用率、廢水回用率等用水指標產生的影響。

1 電廠用水系統水平衡試驗結果及評價

電廠水平衡試驗按照用水功能性質不同劃分為5個系統進行：取供水系統、循環水系統、工業冷卻水系統、脫硫系統、生活水系統。電廠二期2臺300 MW機組的發電負荷為595.0 MW，運行機組的發電負荷占全廠總裝機容量的80%以上，試驗期間的工況能夠反映該電廠真實的用水水平。

通過水平衡試驗，得出該火力發電廠的主要用水及節水指標結果見表1。

從表1試驗結果可知：電廠二期機組單位發電量取水量為2.72 m3/MW·h，符合《取水定額 第1部分：火力發電》（GB/T18916.1-2012）中單機容量300 MW機組（循環冷卻方式）單位發電量限定值2.75 m3/MW·h要求；裝機取水量為0.75 m3/s·GW，符合《取水定額 第1部分：火力發電》（GB/T18916.1-2012）中單機容量300 MW機組（循環冷卻方式）裝機取水量準入值0.77 m3/s·GW要求；機組單位發電量耗水量為2.33 kg/kW·h，其循環冷卻水的濃縮倍率應在3.5～4倍之間，略高于行業平均水平。

2 電廠節水潛力措施建議

2.1 提高循環冷卻水濃縮倍率

在敞開式循環冷卻水系統中（圖1），熱水通過冷卻塔被冷卻，部分水被蒸發從空氣中散失，蒸發損失的水沒有帶走鹽分，因此循環水中的鹽分不停被濃縮。隨著水的不斷循環和蒸發，循環冷卻水的含鹽量不斷增加。為了保持循環冷卻水的含鹽量穩定在某一濃度，在向循環冷卻水系統補充新鮮水的同時排掉一部分循環水冷卻水，以維持系統中的水量平衡。

2.1.1 冷卻塔損失水量和補充水量的計算

根據《工業循環水冷卻設計規范》（GB/T50102-2003）的相關規定：通過蒸發風吹和排污各項損失水量可以確定冷卻塔的水量損失。

（1）蒸發損失水量。根據電廠當地氣象觀測站資料統計，最近5年5月份平均氣溫為26.4 ℃，采用內插法計算得出：K=0.001 464。計算結果見表2。

二期機組總循環水量為79 953.1 m3/h，蒸發損失總水量Z=972.0 m3/h。

（2）風吹損失水量。即風吹損失水率，是指冷卻塔的風吹損失水量與冷卻塔循環水量的比值，可以從塔的進風口吹出的水損失率和設計選用的除水器的逸出水率以及冷卻塔的塔型確定。若無除水器的逸出水率等數據時，可按表3采用。

該電廠二期冷卻塔采用了除水器，因此其風吹損失水率采用0.05%計算。由此得出，風吹損失水量F=79953.1×0.05%=40.0m3/h。

（3）排污損失水量。根據循環水水質的要求，可以計算確定排污損失水量。

因水分不斷地蒸發，在循環冷卻水運行時循環水的含鹽量與補充新鮮水的含鹽量是不同的。濃縮倍率即為循環冷卻水的含鹽量與補充水的含鹽量的比值，可用下式表示：

2.1.2 存在的問題

循環冷卻水濃縮倍率達不到設計要求。根據化學運行規程，要求循環冷卻水濃縮倍率達到4～5倍?，F場水平衡試驗期間，機組循環冷卻水濃縮倍率經常控制在3.5～4倍之間，查閱運行記錄，也存在類似情況。

濃縮倍率的高低與循環冷卻水的排污水量直接相關。在該次水平衡試驗過程中，循環冷卻水總排污量為337.6 m3/h。

如果利用弱酸樹脂處理技術、石灰加酸處理技術、加酸處理以及效果較好的防垢防腐藥劑等措施，有效提高循環冷卻水的濃縮倍率，以4.5倍為例，計算總排污量見表5。

根據表5，電廠二期循環水排污量合計為237.7 m3/h，相比現在運行工況可節約用水99.9 m3/h。

2.2 提高工業水的重復利用率

從水平衡試驗現場發現，電廠一期機組的工業冷卻水均使用直流冷卻水，該部分水經凈水站處理后，供至輔機進行冷卻，冷卻后直接排入地溝，造成較大的浪費。

如果把一期的工業冷卻水引至二期的循環冷卻水系統作補水，則可大大減少二期新鮮水的取水量，該工業冷卻水量為350.0 m3/h。

2.3 降低脫硫工藝損失水量

目前電廠二期機組采用的脫硫工藝為石灰石-石膏濕法脫硫。

脫硫工藝損失水量占電廠耗水比重較大，建議通過優化真空皮帶脫水機等設備的操作條件以提高石膏的脫水率，以減少石膏帶走的水分，減少水的消耗，2×300 MW機組脫硫系統的耗水量見表6。