空冷機組水平衡試驗及節水策略

張利，康衛東，張懷軍

（1.神華國能寧夏煤電有限公司，寧夏銀川751400；2.山東中實易通集團有限公司，山東濟南250003）

空冷機組水平衡試驗及節水策略

張利1，康衛東1，張懷軍2

（1.神華國能寧夏煤電有限公司，寧夏銀川751400；2.山東中實易通集團有限公司，山東濟南250003）

介紹火電廠水平衡測試的必要性、原則要求、試驗程序，并通過某電廠2×660 MW超臨界空冷機組的水平衡試驗展示水平衡試驗的工作流程、試驗內容及數據處理方法，依據試驗結果對該廠用水水平、用水合理性進行了分析，找出薄弱環節及節水潛力，提出改善建議。

水平衡；節水；空冷機組

0 引言

水資源是電力生產的動脈，是僅次于燃料的重要資源。我國人均淡水資源占有量僅為世界平均值得1/4，屬于缺水國家，而且水資源分布嚴重不均，西、北部地區缺水問題非常突出。從我國近幾年的電力發展趨勢及電力發展規劃來看，火電布局正逐漸向“三北”地區集中，這主要是源于降低燃料運輸成本的需要，也是我國未來10年的能源戰略部署。但我國“三北”地區淡水資源匱乏，所以大力提高節水水平，降低發電水耗，是電力長期發展的迫切要求。

近年來，隨著人們對節約資源的重視程度增加、節水技術的發展加上政策的推動，我國電力節水水平已取得了很大進步。但整體來看與發達國家相比還有較大的差距。新近設計建設的發電廠，在節水方面大都給與了比較充分的考慮，在節水工藝選擇、水處理設施、循環利用方式等方面為電廠運行中控制水資源消耗提供了較好的硬件基礎。但在機組投入運行后，運行方式的合理性、節水設施運行可靠性、水務管理方式等方面直接關系到實際水耗，而且設計本身也可能有優化空間。對于老機組節水技術改造大空間可能更大。如果要徹底摸清用水水平，水平衡試驗是不可缺少的。進行水平衡試驗是企業自身加強水務管理，提高用水合理性的需要，也是法規要求。

根據DL/T 606.5—2009《火電廠能量平衡導則》要求，火電廠在以下任何一種條件下，都應進行水平衡試驗：新機組投產一年內；用水系統、設備進行改造，工況發生較大變化；實際單位取水量與同類機組或設計水耗相比明顯偏高；節水或零排放工程之前［1］。

1 水平衡試驗

某2×600 MW超臨界燃煤直接空冷機組，商運后進行了大量的節水改造，為了摸清電廠用水現狀，進一步挖掘節水潛力，進行了全廠水平衡試驗。

1.1 原則要求

機組同時正常運行，且運行機組的發電負荷占全廠總裝機容量的80%以上，保證試驗結果能夠反映真實用水水平；現場試驗工作應以不影響電廠正常運行生產為前提；所有試驗儀表應經過校驗，其精度應滿足GB 17167—2006的要求；當采取輔助方法測量時，要選取負荷穩定的用水工況進行測量，平行測量次數不少于3次；水平衡試驗宜在冬季、夏季工況分別進行；火力發電廠水量不平衡率σ應符合要求，全廠范圍σ＜+5%，系統范圍σ＜+4%，用水設備σ＜+3%［1］。

1.2 試驗程序

1.2.1 基本情況

查清以下基本情況：機組容量、臺數、投產日期，機組基本參數；水源情況；全廠近3年的取水、用水、排水情況；已采取的節水措施；主要用水設備的臺數、設備規范；全廠水系統管網及水計量儀表安裝情況。

1.2.2 劃分用水體系

電廠用水設備眾多，為了進行水平衡試驗，需根據工藝流程、系統功能，劃分若干相對獨立的用水體系，先分別對單個用水體系進行測試，再匯總出全廠水平衡結果。根據試驗電廠實際用水情況，全廠水系統按工藝系統性質劃分為以下幾個用水體系：一級用水體系、輔機冷卻水系統、化學除鹽水系統、脫硫系統、廢水處理及回用系統、生活用水系統、尖峰冷卻系統。

1.2.3 測試項目

對一個用水體系，測試項目及水平衡如圖1所示。

圖1 水平衡基本關系圖

輸入表達式：Vf+Vs+Vcy=Vt

輸出表達式：Vt=V′cy+Vd+V′s+Vl+Vco

針對一個特定的用水體系，水平衡就是總輸入與總輸出的平衡，當實測的不平衡率在導則要求的范圍內，即表明水平衡試驗結果是有效的［2］。

1.2.4 測試方法

測試管道上有計量儀表的，記錄累積流量，但需要用便攜式超聲波流量計進行校核；測試管道上無水量計量儀表的，采用便攜式流量計或其他不影響管道正常運行的輔助測量儀表測量；測試管道上無水量計量儀表的且無法使用便攜式等輔助流量計測定的，首先測定其他相關管道或系統的流量，然后通過邏輯關系計算得出該管道的流量數據；對于連續穩定的水渠流量的測定（輔機循環水量），采用電磁明渠流速儀測量；對于間斷性通水的管道，臨時安裝超聲波流量計測試累積流量；輔機冷卻水蒸發及風吹損失量，參考GB/T 50102—2003《工業循環水冷卻設計規范》進行計算；尖峰冷卻系統無法計量的排污量，利用濃縮倍率測試值進行核算。

1.3 分系統測試結果

依據試驗方案，夏季工況和冬季工況分別對7個用水體系進行了水平衡測試，夏季測試時間168 h，冬季累積時間96 h。各個用水體系的水平衡圖如圖2所示（圖中數據為：夏季流量/冬季流量）。

1.3.1 一級用水系統

一級用水系統平衡圖如圖2所示。考慮水箱液位修正，一級用水系統不平衡率：夏季σ=-1.5%，冬季σ=1.7%。

1.3.2 輔機冷卻水系統

輔機冷卻水系統平衡圖如圖3所示。夏季不平衡率σ=6.1%。輸出總流量比輸入總流量減少了30.7 m3/h，有誤差方面的原因（風吹損失及蒸發損失均只能采用經驗公式計算），系統不明泄漏也是可能的原因。冬季不平衡率σ=（203-195.7）/203× 100%=3.6%。

1.3.3 生活水系統

生活水系統平衡圖如圖4所示。生活水損失水量是無法實際測試的，利用邏輯關系計算而得，所以不平衡率不適用于該系統。

1.3.4 機組尖峰冷卻裝置

尖峰冷卻系統平衡圖見圖5～6。蒸發損失及風吹損失及排污量均無法實測，是根據冷卻塔經驗公式、濃縮倍率及邏輯關系計算而得（假定系統無泄漏），所以不平衡率不適用于該系統。

圖2 一級用水系統平衡圖

圖3 輔機冷卻水系統平衡圖

圖4 生活水系統平衡圖

圖5 1號尖峰冷卻系統平衡圖

1.3.5 脫硫系統

脫硫系統平衡圖見圖7。脫硫消耗水量（隨煙氣損失）是無法實際測試的，利用邏輯關系計算而得（假定系統無泄漏），所以不平衡率不適用于該系統。

圖6 2號尖峰冷卻系統平衡圖

圖7 2號脫硫系統平衡圖

1.3.6 化學除鹽水系統

化學除鹽水系統平衡圖見圖8。考慮測試期間除鹽水箱液位修正，夏季不平衡率σ=－1.2%。冬季不平衡率σ=-0.8%。

1.3.7 工業廢水處理及回用系統

工業廢水處理及回用系統平衡圖見圖9。夏季排水泵房回用水量，現場條件限制，未能取得實測數據，是利用邏輯關系計算而得。冬季工業水池液位修正后的不平衡率σ=0.9%。

2 試驗數據處理

水平衡試驗數據的處理應從設備到系統，再從系統到全廠，數據處理主要目的是根據試驗數據繪制出全廠水平衡圖，計算出全廠總用水量、取水量、復用水量、消耗水量、排放水量以及各類用水比例，計算單位發電取水量、復用水率、排放率、廢水回收率等用水指標，作為用水評價的基礎［1］。

圖8 化學除鹽水系統平衡圖

圖9 廢水處理及回用系統平衡圖

2.1 全廠水平衡圖

根據各用水體系水平衡測試結果，繪制出全廠水平衡圖如圖10（圖中數據為：夏季流量/冬季流量）。

圖10 全廠水平衡圖

全廠不平衡率，夏季δ=-2.5%，冬季δ=-3.9%，滿足DLT 606.5—2009火力發電廠能量平衡導則要求（+5%以內）。

2.2 用水評價指標

計算全廠復用水率、排放水率、鍋爐補水率、單位裝機取水量、單位發電取水量、廢水回收率等指標，見表1。

2.3 各類用水及耗水占比

各用途新鮮水用水及水消耗量的比例見圖11～14。

圖11 夏季新鮮水用戶用水占比

表1 全廠用水評價指標

圖12 冬季新鮮水用戶用水占比

圖13 夏季各用途水消耗量占比

圖14 冬季各用途水消耗量占比

3 用水分析評價及建議

3.1 用水指標評價

該電廠地處西北缺水地區，在設計時就盡可能采用節水工藝，考慮節水措施，包括采用空冷技術，干除灰，一水多用，廢水回用，工程投運后，又進行了一系列的節水改造工作，全廠用水處于比較合理的水平。

年均單位發電取水量為0.42 m3/MWh，單位裝機取水量為0.09m3/（s·GW），均滿足DL/T 783—2001《火力發電廠節水導則》及GB/T 18916.1—2012《取水定額第1部分火力發電》中耗水指標要求［3-4］。

夏季實際裝機取水量高于設計用水指標0.105 m3/（s·GW），但與設計相比，工藝發生了較大變化，為了經濟運行需要，2臺機組均增加了尖峰冷卻裝置，夏季尖冷系統消耗水量，占全廠總耗水量的51%，如果排除尖峰冷卻裝置增加的水消耗量，裝機取水量為0.06 m3/（s·GW），遠低于設計值。

全廠年均水復用率96.4%，符合《火力發電廠節水導則》中不低于95%的要求［3］。冬季2號機組鍋爐補水率1.7%，超出《火力發電廠節水導則》中要求的范圍（＜1.5%）。廠區廢水排放率0%，回收率100%，全部處理后回收利用，沒有外排水。

3.2 問題及建議

冬季2號機組鍋爐補水率偏高，主要由于擔心水質問題，暖風器、換熱站凝結水沒有回收到熱力系統，而是引入機組排水槽。建議電廠只在暖風器、換熱站投運初期水質極差時排入機組排水槽，水質穩定后，即使不符合正常回收到除氧器，也可以考慮引入凝汽器回收，利用精處理去除微量雜質。

供給廠外的臨建區生活用水，其生活污水目前沒有回收處理。建議增設生活污水處理設施，將臨建區的生活污水處理后回用到綠化、噴灑、沖洗等用途，實施后每年將節約用水10萬t以上。

廠區生活用水量（夏季22.6 m3/h，冬季26.4 m3/h），遠大于原設計中核定的生活用水量（10 m3/h），具有一定的節水空間。建議電廠增加主要用水點水表配置，采用節水型衛生器具，加強生活用水監督管理。

尖峰冷卻系統濃縮倍率過高（試驗期間夏季最高18.4 t/h，冬季16.0 t/h，有導致換熱管及系統管道表面結垢的風險。造成這種現象的原因在于，排污采用手動操作方式，根據濃縮倍率的測試結果，手動操作進行排污。由于機組負荷和晝夜氣溫的變化，導致實際的尖冷蒸發量波動很大，要控制一定的濃縮倍率，排污量也需要及時地變化，手動操作是無法跟上這種變化趨勢的，導致某些時間排污量過小，濃縮倍率過高，系統結垢風險，某些時間排污量過大，造成水資源浪費。建議對排污方式進行技術改造，尖冷排污改為自動控制，根據在線水質檢測情況，及時自動調節排污量，從而控制濃縮倍率處在相對穩定的合理范圍，解決手動操作無法及時跟隨水質變化導致的系統結垢或水資源浪費的弊端。

電廠設計規劃水源，一是礦井疏干水，二是水庫黃河水，目前全部由水庫供水。如果礦井疏干水具備供水條件，建議盡量采用疏干水作為輔機循環水補水，減少新鮮水用水量。但更換水源前，必須針對相應水質，對輔機循環水阻垢控制方案重新進行動態模擬試驗，防止水質控制方式不當造成換熱器表面結構及腐蝕。

為強化水務管理，企業應建立完整的用水技術檔案（技術改造方案、用水排水歷史記錄、及時更新的管網系統圖，計量儀表布置圖等等），做好計量儀表維護，定期對水量數據進行邏輯分析，如發生明顯不平衡現象，及時查找原因，防止水資源的無端浪費［5］。

4 結語

水平衡試驗是企業強化水務管理，保證水資源合理利用的必要條件，用水企業尤其電廠等用水大戶應積極推進水平衡試驗的開展。通過水平衡試驗，徹底摸清各用水體系取水、耗水、排水情況，找出薄弱環節及節水潛力，優化水資源利用方式，同時也為同類機組挖掘節水潛力提供有益借鑒。

［1］電力行業節能標準化技術委員會.火力發電廠質量平衡測試導則：DL/T 605.5—2009［S］.北京：中國電力出版社.

［2］全國能源基礎和管理標準化技術委員會.企業水平衡測試通則：GB/T 12452—2008［S］.北京：中國標準出版社.

［3］電力行業汽輪機標準化技術委員會.火力發電廠節水導則：DL/T783—2001［S］.北京：中國電力出版社.

［4］全國能源基礎與管理標準化技術委員會.取水定額第1部分火力發電：GB/T 18916.1—2012［S］.北京：中國標準出版社.

［5］許臻，楊寶紅，王正江，等.火電廠水平衡優化及用水指標分析［J］.熱力發電，2007，36（5）：1-4.

Air Cooling Unit Water Balance Test and Water Saving Strategy

ZHANG Li1，KANG Weidong1，ZHANG Huaijun2
（1.Shenhua Guoneng Ningxia Coal and Electricity CO.Ltd，Yinchuan，751400，China；2.Shandong Zhongshi yitong Group Co.，Ltd，Jinan 250003，China）

The necessities，principles，requirements and procedures of the water-balance test are presented.The procedures，the test contents and data processing method of the water-balance test are discussed by a test of a 2×660 MW supper-critical aircooling unit.Based on the experimental results，the water consumption level and the rational use of water in the plant are analyzed.Finally the weak link and water saving potential are found out，and improvement suggestions are put forward.

water balance；water saving；air-cooling power plant

TM621

A

1007－9904（2017）05－0062－07

2016-12-04

張利（1973），男，高工，從事發電廠生產管理工作。