火電廠用水現狀分析與研究

黃 占 峰

(山西國環環境工程有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

我國是缺水嚴重的國家，2008年淡水資源總量為2.74萬億t，占全球水資源的6%[1]，加之地域面積遼闊，水資源儲量分布不均衡等不利條件，使得實際可被工業使用的水資源更為缺乏，在富煤或重工業發達地區尤為突出。

火力發電對水的需求量較大，據由電力行業公布統計數據，核算2010年度火電機組水耗用量約83.66億t。與此同時，全社會對電力的需求一直呈持續增長趨勢，2010年我國火力發電仍占總發電量的80%[2]以上。就目前電力需求與電力行業發展趨勢，未來一段時間火力發電仍將占主導地位，且火電建設多分布于富煤或工業發達的缺水地區。

按上述現狀持續發展下去，將致使水資源緊缺與動力能源發展的矛盾日益突出，水的匱乏將演化為遏制當地經濟可持續發展的瓶頸。故此，了解火電廠用水現狀，加強企業自身用水管理，促進行業內用水情況及節水技術交流，以便于采取針對性節水措施尤顯重要。

2 火電廠用水現狀分析

2.1 用水標準指標介紹

鑒于我國水資源與動力能源的不均勻分布和相互制約已影響到火力發電的發展，及近年來我國大容量、高參數的火電機組的迅速發展與在富煤缺水地區空冷機組的大量涌現的現狀，火電行業相繼出臺了GB/T 26925—2011節水型企業 火力發電行業(以下簡稱節水標準)與GB/T 18916.1—2012取水定額 第一部分 火力發電(以下簡稱定額標準)兩項標準，主要指標如圖1所示。

2.2 數據整理

1)單位發電量取水量

總用水量Qz=Qq+Qf；

其中，Vui為單位發電量取水量，m3/(MW·h)；Vi(或Qq)為一定計量時間內，生產過程中取水量總和，m3；Q(或W)為一定計量時間內的發電量，MW·h；Qz為考核期內實際全廠總用水量，包括廠區和廠前區各系統生產、生活所使用的新鮮水和復用水量，不包括廠外生活區用水量，m3;Qf為考核期內全廠實際復用水量，包括循環水量、串用水量和回收利用水量(多次復用水量應重復計入)，m3；Vuc為單位發電量耗水量，m3/(MW·h);Qzf為原水預處理系統和再生水深度處理系統的自用水量，m3;Vd(或Qp)為在統計期內，企業向外排放的廢水量，m3。

2)為全面掌握目前火電機組取水情況、便于了解機組間取水量差異，將調查的全國范圍內各地區不同冷卻方式349個火電機組用水情況數據按下列公式進行以下處理：

其中，Vui′為處理后數據，m3/(MW·h)；Vui為原始數據，m3/(MW·h)。

即先按冷卻方式及容量等級劃分調查數據，再對調查數據由小到大進行排序，取均值(見表1)，后將各調查數據與平均值差減并取絕對值，進行不同冷卻形式的火電機組取水情況分析。

表1 調查機組單位發電量取水量平均值 m3/(MW·h)

2.3 近年來火電廠總體用水情況分析

十五、十一五期間火電機組發電量、取水量及廢水排放量統計數據見圖2。

通過對比分析知火電機組用水情況如下：十五期間火電機組發電量呈明顯增長趨勢，平均增幅14.1%；年取水量相對增長緩慢，平均增幅7.8%，而廢水年排放量平均增幅僅為6.5%。火電機組發電量、年取水量及廢水年排放量于2006年達最高值，取水量最高值達85.5億m3；自2007年以后，火力發電量增幅分別為3.0%,7.4%,13.4%，但年取水量增幅緩慢，廢水年排放量有明顯下降趨勢。從單位發電指標來看，十五、十一五期間火電機組平均單位發電量水耗由3.90 m3/(MW·h)下降到2.45 m3/(MW·h)，平均單位發電量廢水排放量由1.31 m3/(MW·h)下降到0.31 m3/(MW·h)。

2.4 火電機組取水現狀分析

2.4.1循環冷卻火電機組取水情況分析

調查231家循環機組，其中300 MW以下機組84臺，300 MW級機組102臺，600 MW及以上容量等級機組45臺。

圖3顯示，調查數據中，循環冷卻機組除個別機組單位發電量取水量控制或計量待改進外，整體控制水平較為接近，數據平均值基本上反映了機組整體運行水平。

2.4.2直流冷卻火電機組取水情況分析

調查76家直流機組，其中300 MW以下機組13臺，300 MW級機組23臺，600 MW及以上容量等級機組30臺。

圖4顯示，調查數據中，大多數直流冷卻機組取水情況相近，但少數機組單位發電量取水量控制水平較差，遠超過定額標準值且對比來看，300 MW以下機組單位發電量取水量整體控制水平差異較大；一方面是由于各機組技術水平的差異，更直接的原因是由于各地取水成本的巨大差異；300 MW級以上容量等級機組中超過80%以上機組單位發電量取水量低于平均值，以平均值反映該類型機組取水量控制水平，不符合實際運行水平；從整體來看，機組整體取水量控制水平好于平均值，這主要是由于建設年限較短，對用水指標有定額控制。

2.4.3空氣冷卻火電機組取水情況分析

調查42家空冷機組，其中300 MW以下機組7臺，300 MW級機組17臺，600 MW及以上容量等級機組19臺。

圖5顯示調查數據中，300 MW以下機組有86%的機組單位發電量取水量不大于平均值；300 MW,600 MW及以上兩個容量等級的處理數據基本以各自平均值為基點呈對稱分布，平均值可代表火電機組中間控制水平。隨機組容量的增大，用水指標迅速降低，節水效果明顯。

2.4.4不同冷卻機組平均取水情況與標準對比分析

以新出臺的兩部火電機組用水指標標準值為基準，將調查火電機組單位發電量取水量平均值與之對比，結果見表2。

表2 調查機組單位發電量取水量平均值與標準對比表 %

對比顯示，空冷機組與循環冷卻機組調查平均值低于定額標準，但仍高于節水標準，尤其是循環冷卻機組，單位發電量取水量控制尚有待加強；直流冷卻機組取水平均值與標準值比較偏離較大，結合圖4分析，平均值并不能表征該類型機組實際整體取水量控制水平，直流冷卻機組多處于富水地區，機組運行受水資源制約較小，少數機組取水量控制水平較差，但在我國水資源缺乏與經濟急劇膨脹下用水需求量大幅增加的背景下，機組運行取水量控制仍需加以重視。

2.5 影響我國火電廠用水情況的因素分析

綜合調查數據與現有標準指標值，對比國外火電廠耗水情況，我國火電機組單位發電耗水指標居于世界中間水平[5]，制約因素主要有以下幾方面：1)取用水市場機制不完善、企業用水管理能力不強，用水設施老化，工藝落后，造成水復用率偏低；2)節水技術采用、開發與市場推廣的實施力度有待提高；3)我國火電機組有半數以上采用濕冷，通常循環冷卻耗水量為空氣冷卻的3.48倍～4.55倍，耗水量較大；4)應環境保護要求，目前我國南方一些地區，已對火電廠溫排水進行系列限制，當這些地區火電機組用水冷卻方式由直流冷卻改為循環冷卻后，火電機組耗水量隨之增加(按目前直流冷卻用水計量方式，采用直流冷卻機組耗水量為循環冷卻機組的20%～25%)。

3 結語

1)循環冷卻機組整體控制水平較為接近，數據平均值基本上反映了機組整體運行水平。2)300 MW以下機組單位發電量取水量整體控制水平差異較大；部分機組耗水指標遠超標準。3)隨機組容量的增大，用水指標迅速降低，節水效果明顯。4)空冷機組與循環冷卻機組調查平均值低于定額標準，但仍高于節水標準，還有待進一步進行技術改造。