冷熱電三聯產項目用水合理性分析研究

楊翠翠 潘光毓陳小菊

一、概況

1.項目背景

冷熱電聯產（CCHP）技術是在熱電聯產基礎上發展起來的，CCHP系統與熱電聯產系統（CHP）的不同之處在于，CCHP系統可以向建筑物同時提供電力、制冷、供暖、衛生熱水或其他用途的熱能。與簡單的供電系統相比，冷熱電三聯產系統可以在大幅度提高能源利用率的同時，降低環境污染，明顯改善系統的熱經濟型。因此，冷熱電三聯產技術室目前分布式供能發展的主要方向之一。

隨著國家西氣東輸工程建成，天然氣的推廣使用是國家發展的重要戰略之一，實施天然氣清潔能源發電項目的發展戰略是地區高質量、高效益開發的必然要求。建設天然氣分布式能源供應系統，有利于調整能源結構，逐步降低煤炭消費比重，有利于采用能源梯級利用技術，提高能源利用效率，有利于順應城鄉居民生活水平提高和產業集聚新形勢，化解對冷、熱（包括蒸汽、熱水）等能源品種供需矛盾，為經濟社會發展提供支撐。

為推動地方經濟發展，優化調整電源結構，促進節能減排，結合金湖發展規劃，某企業計劃與金湖縣共同開發建設清潔、高效的燃氣分布式能源站項目，向金湖開發區的企事業單位和居民提供冷、熱、電，工程建設兩套一拖一聯合循環機組，可提供87.4MW的電力、約60t/h的供熱能力、10MW的供冷能力。年利用小時5500h，項目設計供熱量為33萬t/a，年發電量4.18億kW·h，年供冷量為7.2 萬 GJ。

2.項目概況

建設項目主要是為了滿足金湖經濟開發區現有工業企業集中供熱需求，民用熱負荷暫不考慮。根據服務區域的工業熱負荷、供冷負荷需求，按照“以熱定電、搬遷替代小煤電”的原則，建設兩套（LM2500＋G4）系列的燃氣—蒸汽聯合循環冷熱電三聯供分布式能源站。燃氣—蒸汽聯合循環系統是通過燃氣輪機+余熱鍋爐+汽輪機的形式。通過燃氣輪機發電，產生的煙氣通過余熱鍋爐，產生的高壓蒸汽進入汽輪機部分轉化為電能，部分采取抽汽的形式為周邊提供蒸汽或熱水，最終實現燃氣熱能的梯級利用。其優點是調節靈活，可以滿足區域不同時段的負荷需求，且系統可以24h發電。

建設項目擬采用帶機力通風冷卻塔的二次循環供水系統。取水主要用于循環冷卻水的補充和化學用水。生產用水取自入江水道三河段，平均取水量為171.5m3/h，夏季最大取水量195.5m3/h，年取水總量94.3萬m3。廠區生活用水由金湖經濟開發區自來水供水管網供給，用水量0.5m3/h，廠區勞動定員84人。

二、用水合理性分析

1.用水過程

生產用水取自入江水道三河段，源水通過兩根DN300 FRPP管輸送至凈水站內進行澄清、過濾后，提供給冷卻塔補水、化學用水及其他工業用水等。

凈水站由補給水管供給，來水先進入反應沉淀池，澄清后的水一部分自流至冷卻塔水池，另一部分經過濾后，流入化學水池、消防水池。凈水站內設置2座200m3/h的反應沉淀池；設2座120m3/h的空氣擦洗濾池。凈水站內同時設置蓄水池、加藥間、綜合泵房、污泥脫水車間等構筑物。依據水平衡測試原理，對企業用水進行水量平衡分析，項目水量平衡表見表1。

2.用水指標合理性分析

根據國家和行業標準規定，火力發電廠取水定額一般采取全廠發電耗水率、機組復用水率、機組循環水重復利用率、冷卻循環系統循環倍率、蒸發損失等指標進行分析。

（1）全廠發電水耗率：工程設計全廠發電水耗率為0.32m3/（s·GW）。與“單機容量小于300MW新建或擴建凝汽式電廠，采用淡水循環供水系統，設計全廠發電水耗率不應超過0.90m3/（s·GW）”的指標相比，優于其規定的指標水平。

（2）全廠復用水率：《火力發電廠節水導則》及電廠其他相關設計規范中沒有對單機容量125MW以下的新建或擴建凝汽式電廠的全廠復用水率指標給出控制要求。參考單機容量為125MW及以上的循環供水凝汽式電廠全廠復用水率的標準，不低于95%。建設項目的全廠復用水率為94.8%，略偏低。

（3）循環水利用率：我國一類城市冷卻水循環利用率要求是95%～97%。建設項目循環水利用率為98.0%，高于指標要求。

（4）循環排水損失率：循環水排污損失量為16m3/h，循環排水損失率為0.5%，低于循環水排放損失率1.0%的規定要求。

（5）單位供熱用水量：建設項目年平均取水量171.5m3/h，其中用于供熱的新水量為84.2 m3/h，平均供熱量為60t/h，計算得單位供熱用水量為1.40m3/t。《江蘇省工業用水定額》（2014年修訂）中規定“熱力生產和供應”用水定額值為1.5m3/t。項目供熱用水定額符合指標要求。

（6）單位發電用水量：建設項目在額定工況下的發電量為76MW，發電所用的新水量為85.3m3/h，單位發電量為1.12m3/MW·h。《江蘇省工業用水定額》（2014年修訂）規定“電力生產業循環冷卻燃氣機組”的用水定額為1.4m3/MW·h。項目單位發電用水量符合指標要求。

表1 建設項目主要用水單元水量平衡表

表2 同類型企業用水指標對比表

（7）生活用水量：建設單位提出廠區平均生活用水量為0.5m3/h，職工人數84人，職工生活用水定額為每人每日142.9L，根據《火力發電廠水工設計規范》（DL/T339-2006）綜合生活用水定額為最高日260～410L/人·d、平均日210～340L/人·d，建設項目生活用水定額符合指標要求。淮安市現狀城鎮生活用水定額139L/人·d，項目生活用水量雖然符合指標要求，但略高于淮安市現狀生活用水水平。

建設項目為燃氣—蒸汽聯合循環冷、熱、電三聯產天然氣分布式能源項目。為了分析項目用水水平，以常州和江都兩個同類型項目用水水平與研究對象進行比較，見表2。通過對比，建設項目的用水工藝合理，技術可靠，用水平達到同行業先進水平，取水是合理的。

三、節水潛力分析

1.節水潛力

建設項目采用先進工藝和高能低耗、技術可靠的先進設備，水的重復利用率較高、耗水指標較低。在設計過程中考慮了節水環節，采用閉式循環冷卻供水系統，冷卻塔裝設了高效除水器。但局部用水環節還有進一步優化的余地。熱電節水一般從核減用水量、提高用水效率、減少泄漏三個方面考慮。

（1）提高循環水濃縮倍率，減少冷卻塔排水量。冷卻塔排污是電廠的主要耗水部分，冷卻塔排水量是根據循環水的濃縮倍率來確定的。項目取水水源三河為調水保護區，水質較好，如果能將循環冷卻水濃縮倍率提高到4，將減少冷卻塔排水量約1.7m3/h。

（2）項目運行過程中，由于蒸發，水中各種礦物質和離子濃度會愈來愈高，為了控制循環水水質指標，保證系統的可靠運行，必須排出濃縮水，形成排污損失。該項目冷卻塔排水、化水反滲透排水共40m3/h，除0.7m3/h作為綠化用水回用外，其余39.3m3/h均作為清下水排放。可進一步加強用水管理，將清下水用于道路澆灑、消防等，降低排水率。

（3）廠內職工生活用水雖符合生活用水定額標準，但高于淮安市平均用水水平。項目廠區勞動定員為84人，用水定額采用淮安市城鎮生活水平，每人每天按132L計，年用水量為2539m3，每年可節約用水 211m3。

2.節水管理

《江蘇省節約用水條例》于2016年5月1日起施行，標志著江蘇省落實最嚴格水資源管理制度工作邁向了一個新臺階，對江蘇省實現水資源可持續發展有著重要的意義。《條例》規定，工業企業應當建立健全節約用水制度，提高內部用水計量率，實行用水計量管理，定期進行用水統計分析，按時上報用水、節水報表。結合建設項目實際情況，節水管理建議如下：

（1）加強對生產和生活用汽、用水的管理，熱力系統要具有高度嚴密性，嚴格控制全廠汽水損失率，降低水損失。在廠區內使用節水沖洗閥、節水淋浴器、節水水龍頭等節水型器具。

（2）制定切實可行的用水管理制度。補水發生異常時，應及時查明原因，排除故障；水暖設備嚴禁擅自放水和亂接管道；浴室、食堂、蓄水池等處不得無故漫水；除生產必需外，不得有常流水現象；用水管理要與各部門、職工的經濟獎懲掛鉤，并作為部門和職工考核的內容之一。大力宣傳節水知識，不斷提高職工的節水意識。

（3）按照《用能單位能源計量器具配備和管理通則》（GB 17167-2006）要求，設置計量監控系統，配置必要的流量計和水位控制閥等計量儀器設備，對各類不同的供排水系統進行水量監測和控制，以便在運行中加強監督和管理。

（4）該項目投產后，應定期完成全廠的水平衡測試工作，為節水提供科學依據。在水平衡測試的基礎上，進行節水潛力的分析，并采取相應的節水措施，積極創建省級節水型企業。

四、結語

冷熱電三聯產能夠實現能源的綜合利用、提高能源利用率是我國新興的電力發展方向。分析此類項目的用水過程、分析用水合理性具有十分重要的意義。以金湖某天然氣分布式能源項目為例，分析出建設項目的用水工藝合理，用水平達到同行業先進水平，但局部用水環節還有進一步優化的余地，對其節水以及管理提出建議，可以進一步提高用水效率，對于落實最嚴格水資源管理和實現水資源可持續利用提供依據■