燃煤電廠水平衡分析研究

楊其濤 吳 靜 孫清倫

（華電滕州新源熱電有限公司 山東滕州 277500）

燃煤電廠水平衡分析研究

楊其濤 吳 靜 孫清倫

（華電滕州新源熱電有限公司 山東滕州 277500）

水資源短缺是世界性熱門話題，在局部缺水地區(qū)，水已經(jīng)成為制約電力工業(yè)發(fā)展和威脅安全生產(chǎn)的重要因素。火力發(fā)電廠作為工業(yè)用水大戶，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，加強(qiáng)用水技術(shù)管理、節(jié)約用水、減少廢水排放具有重要而深遠(yuǎn)的意義。本文以某電廠為例，通過水平衡試驗(yàn)，對全廠機(jī)組各種取、用、排、耗水量進(jìn)行測量，分析了全廠水量分配、消耗及排放之間的平衡關(guān)系，獲得了電廠用水現(xiàn)況，評價(jià)了電廠的用水水平，指出電廠節(jié)水的關(guān)鍵在于冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)，為電廠制定出合理的單位發(fā)電量取水量、耗水量等定額指標(biāo)提供了依據(jù)。

電廠；水平衡；不平衡率

1 前言

水是人類賴以生存的寶貴的自然資源，水資源短缺已成為世界性熱門話題。我國人均水資源的占有量僅為世界人均水平的1/4，是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家。在局部缺水地區(qū)，水已經(jīng)成為制約電力工業(yè)發(fā)展和威脅安全生產(chǎn)的重要因素。因此，節(jié)約用水、合理用水意義重大。火力發(fā)電廠作為工業(yè)用水大戶，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，加強(qiáng)用水技術(shù)管理、節(jié)約用水、減少廢水排放具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

水平衡試驗(yàn)是做好電廠節(jié)水工作，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、合理用水管理的基礎(chǔ)。本文以某電廠為例，通過水平衡試驗(yàn)，對全廠機(jī)組各種取、用、排、耗水量進(jìn)行測量，分析全廠水量分配、消耗及排放之間的平衡關(guān)系，查清電廠用水現(xiàn)況，正確地評價(jià)電廠的用水水平，為電廠制定出合理的單位發(fā)電量取水量、耗水量等定額指標(biāo)提供依據(jù)，也為電廠制定有效的用水規(guī)劃和切實(shí)可行的節(jié)水技術(shù)措施提供參考。

2 水平衡試驗(yàn)原則與主要計(jì)算公式

2.1 水平衡試驗(yàn)原則

測試必須在機(jī)組的常規(guī)運(yùn)行工況下進(jìn)行，且機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷應(yīng)占全廠總裝機(jī)容量的80%以上。一級水平衡的不平衡率應(yīng)≤±5%、二級水平衡的不平衡率應(yīng)≤±4%、三級水平衡的不平衡率應(yīng)≤±3%。

2.2 主要計(jì)算公式

（1）總用水量與總復(fù)用水量

式中：Qf—復(fù)用水量，m3/h；Qxh—循環(huán)水量，m3/h；Qcy—串用水量，m3/h；Qhy—回用水量，m3/h；Qz—總用水量，m3/h；Qq—取水量，m3/h。

（2）重復(fù)利用率、排放水率與廢水回用率

式中：R—重復(fù)利用率，%；Kp—排放水率，%；Qp—總排放水量，m3/h；Kf—廢水回用率，%；Qfsh—全廠回收利用的廢水總量，m3/h；Qfs—生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水總量，m3/h。

（3）單位發(fā)電量取水量與單位發(fā)電量耗水量

式中：Vui—單位發(fā)電量取水量，m3/(MWh)；W—在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)的全廠發(fā)電量，MWh；

Vuc—單位發(fā)電量耗水量，m3/(MWh)；Qzy—原水預(yù)處理系統(tǒng)和再生水深度處理系統(tǒng)的自用水量，m3/(MWh)。

（4）全廠水量不平衡計(jì)算公式

式中：∑Qi—各系統(tǒng)用水之和，m3/h。

3 主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

水平衡實(shí)驗(yàn)過程中，把全廠水系統(tǒng)劃分成取水系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、化學(xué)制水系統(tǒng)、除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)、脫硫及濕除用水系統(tǒng)、除渣用水系統(tǒng)、燃料用水系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理及回用系統(tǒng)、生活水及消防水系統(tǒng)等10個(gè)二級水平衡測試系統(tǒng)。主要測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)如下：

3.1 取水系統(tǒng)

電廠的生產(chǎn)用水、生活用水及消防用水主要為當(dāng)?shù)厮畮斓乇硭⑹凶詠硭镜淖詠硭ɑ瘜W(xué)水處理系統(tǒng)水源）及市污水處理廠的中水。通過測量并計(jì)算，全廠取水總量2256.5m3/h。

3.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

電廠4臺機(jī)組的循環(huán)冷卻水采用敞開式冷卻塔循環(huán)供水方式，冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)包括四座自然通風(fēng)冷卻塔、循環(huán)水泵、管道和凝汽器等。其主要作用是在各種運(yùn)行條件下連續(xù)供給凝汽器冷卻水、脫硫系統(tǒng)用水、燃料系統(tǒng)用水等。一二期冷卻塔蒸發(fā)損失量約1543m3/h，蒸發(fā)損失率為1.3%，風(fēng)吹損失水量約59m3/h，風(fēng)吹損失率為0.05%，排污水量298m3/h，排污率為0.03%，排污水回用水量210.7m3/h，回用率70.7%。

3.3 化學(xué)制水系統(tǒng)

電廠化學(xué)制水系統(tǒng)主要處理設(shè)備包括高效纖維過濾器4臺、陽陰雙室浮動床各3臺、除碳器3臺、陰陽混合離子交換器3臺等，正常情況下單套系統(tǒng)產(chǎn)水量262t/h；二期系統(tǒng)主要處理設(shè)備包括雙介質(zhì)過濾器3臺、活性炭過濾器3臺、超濾裝置2套、反滲透裝置2套、陰陽床2套、混床2臺及配套再生系統(tǒng)等。水處理制水能力正常為100 t/h，最大出力為200 t/h。該系統(tǒng)的來水主要是城市自來水，處理后的水進(jìn)入除鹽水箱備用。一期化學(xué)制水系統(tǒng)進(jìn)水流量為168.8 m3/h，至除鹽水箱流量為148 m3/h，除鹽水制水率（即化學(xué)制水系統(tǒng)外供除鹽水量/化學(xué)制水系統(tǒng)進(jìn)水量）分別為87.7%，化學(xué)自用水率（化學(xué)制水系統(tǒng)廢水量/化學(xué)制水系統(tǒng)進(jìn)水量）分別為12.3%。

3.4 除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)

化學(xué)制水系統(tǒng)制出的除鹽水通過除鹽水泵輸送到一二期主廠房和供熱首站后主要作為凝汽器補(bǔ)水及熱網(wǎng)補(bǔ)水，以保證機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)和熱網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一二期鍋爐的排污量為36.8m3/h，平均鍋爐排污率為1.4%，略高于DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》規(guī)定值（1.0%）。一二期鍋爐平均補(bǔ)水量為144.2m3/h，平均補(bǔ)水率為5.7%，高于DL/T 1052-2016《電力節(jié)能技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》規(guī)定值（2.0%）。

3.5 工業(yè)冷卻水系統(tǒng)

一期工業(yè)冷卻水系統(tǒng)主要分為工業(yè)水系統(tǒng)、輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)空冷器冷卻水系統(tǒng)。工業(yè)水系統(tǒng)水源采用一期工業(yè)水池來水，工業(yè)水進(jìn)水流量275m3/h，一期工業(yè)水不平衡率為1.6%；二期工業(yè)水系統(tǒng)主要分為工業(yè)水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)及閉式水系統(tǒng)，二期工業(yè)水進(jìn)水流量325.9m3/h，二期工業(yè)水不平衡率為2.5%。

3.6 脫硫及濕除用水系統(tǒng)

一二期脫硫用水系統(tǒng)包括脫硫工藝水箱及工藝水泵、除霧器沖洗水泵、脫硫工業(yè)水箱及工業(yè)水泵、石灰石漿液制備系統(tǒng)、吸收塔、石膏脫水系統(tǒng)、脫硫廢水處理系統(tǒng)等。全廠脫硫系統(tǒng)損失水量203.8m3/h，產(chǎn)生脫硫廢水8.5m3/h。

一二期濕除系統(tǒng)用水均為循環(huán)水。一二期濕除廢水均排至工業(yè)廢水處理站廢水池，供除渣及燃料系統(tǒng)綜合利用。廢水量17.2m3/h。

3.7 生活水及消防水系統(tǒng)

一二期生活水及消防水系統(tǒng)主要設(shè)備各包括1個(gè)生活/消防水池、2臺生活水泵、1臺電動消防水泵、1臺柴油消防水泵、2臺消防穩(wěn)壓泵等。生活水用水取水量為39.8m3/h，消防水取水量20m3/h。

3.8 廢污水處理及回用系統(tǒng)

電廠廢污水處理系統(tǒng)分為生活污水處理站、工業(yè)廢水處理站及全廠廢水處理站三個(gè)部分。其中，生活污水總量26m3/h，工業(yè)廢水總量46.6m3/h，全廠廢水處理總量231m3/h。

4 全廠水平衡分析及評價(jià)

通過對全廠的取水、各系統(tǒng)用水進(jìn)行測量和統(tǒng)計(jì)，得出全廠主要用水情況：全廠水不平衡率為0.7%，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±5%的范圍內(nèi)，表明整個(gè)取水、用水系統(tǒng)的嚴(yán)密性較好，隱蔽性滲漏較少。造成水量不平衡的主要由測量儀表、測量方法誤差和測量條件局限性造成的。全廠實(shí)際取新鮮水量為2256.5m3/h，取水量較大的分別是循環(huán)水系統(tǒng)和工業(yè)水系統(tǒng)，分別占實(shí)際總?cè)∷康?3.24%和26.63%。

考慮各種水量損失和用水工況的變化，全廠耗水、排水?dāng)?shù)據(jù)和結(jié)果如圖1所示。由圖可知，循環(huán)水系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)消水量較大，分別占總耗水量的80.91%、10.29%和5.44%，可見電廠節(jié)水的關(guān)鍵在于冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)。

圖1 全廠各分系統(tǒng)耗水、排水比例分配情況

通過對電廠全廠生產(chǎn)生活用水的取水量、各系統(tǒng)用水量、機(jī)組發(fā)電量進(jìn)行測量統(tǒng)計(jì)，全廠發(fā)電水耗率為2.86m3/（MW·h）（0.528m3/（GW·s）），滿足DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》規(guī)定值。

全廠實(shí)際總?cè)∷繛?256.5m3/h，全廠總用水量為123899.1m3/h，復(fù)用水量為121642.6m3/h，復(fù)用水率為98.2%，優(yōu)于DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》的規(guī)定值（95%）。全廠循環(huán)水量為120390m3/h，串用水量為1240.3m3/h，回用水量為12.3m3/h，消耗水量為1980.1m3/h，排放水量為261.1m3/h，排放率為23.6%。

5 結(jié)論

（1）通過電廠全廠一、二期機(jī)組水平衡試驗(yàn)得出，在夏季負(fù)荷運(yùn)行條件下，總?cè)∷颗c總用、耗水量是基本平衡的，全廠水不平衡率為0.7%，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±5%的范圍內(nèi)，說明電廠整個(gè)取水、用水系統(tǒng)的嚴(yán)密性較好，隱蔽性泄漏較少。

（2）全廠實(shí)際總?cè)∷繛?256.5m3/h，全廠總用水量為123899.1m3/h，復(fù)用水量為121642.6m3/h，復(fù)用水率為98.2%，優(yōu)于DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》的規(guī)定值（95%）。

（3）全廠循環(huán)水量為120390m3/h，串用水量為1240.3m3/h，回用水量為 12.3m3/h，消耗水量為1980.1m3/h，排放水量為261.1m3/h，排放率為23.6%。

（4）全廠循環(huán)水量為42816m3/h，串（回）用水量為857.5m3/h，消耗水量為953.6m3/h，排放水量為190m3/h，廢水回用率為26.36%，排放水率為16.61%。

本文研究結(jié)論為電廠制定有效的用水規(guī)劃和切實(shí)可行的節(jié)水技術(shù)措施提供依據(jù)，是開展全廠水資源綜合利用及水污染防治的基礎(chǔ)工作。

[1]尹連慶，李偉娜，郭靜娟.燃煤電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的水平衡分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2011（1）：21-23

[2]宋長清，大機(jī)組濕法煙氣脫硫系統(tǒng)用水分析[J].水利電力機(jī)構(gòu)，2006（2）：11-14

楊其濤（1975.10-），男，工程師，長期從事化學(xué)技術(shù)監(jiān)督及科技管理工作。