火電廠水效領跑者指標標桿標準分析

(1.南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210011；2.南京市水務局，江蘇 南京 210036)

我國城市用水中，工業用水量占比超過70%，隨著經濟的發展，工業用水比例還會增大，工業節水對于水資源的保護具有重要意義。電力行業是關系國計民生和社會發展的重要的基礎產業，目前我國電源結構中仍以火電為主[1]。火力發電是指利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時產生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸汽，再由水蒸汽推動發電機來發電的方式的總稱[2]。根據行業統計數據，全國火電用水量占工業用水量的40%，年排放工業廢水約占全國工業排放量的10%。火電行業是我國節水減排和節能降耗的重點行業，隨著水資源的短缺、水價和排污費的提高，火電廠水效提升問題已成為當務之急。

水效領跑者是指在同類可比范圍內水資源利用效率處于領先水平的企業或單位[3]。開展水效領跑者行動可以推進行業節水減排，提高水資源利用效率。由于不同企業間用水效率不同，必須在行業內建立水效標桿[4]。本文選取典型火電廠為例，構建火電廠水效標桿，將其作為火電廠水效狀況評估的標準，為火電行業水資源管理目標設定提供參考依據。

1 火電廠用水特征分析

火電廠主要用水系統包括循環冷卻水系統、鍋爐補給水系統、脫硫(脫硝)用水系統、除渣除灰及灰場噴灑用水系統、煤場沖洗及噴灑用水系統和廠區生活消防及綠化用水系統等6個用水系統。其中，循環冷卻水系統在電廠耗水總量中占了很大比例。火電廠生產用水主要包括循環冷卻用水、工業冷卻用水、化學系統用水、脫硫脫硝用水、除渣除灰用水等。

火電廠間用水量差異較大，根據火電產業分類，燃料、冷卻方式、裝機規模大小的不同對用水均有影響，且隨季節變化而變化。

2 火電廠水效指標體系

在相關標準、規范給出的水效指標基礎上，通過文獻查閱、實際調研等方法，結合火電行業用水特征和水資源利用特點，針對火電廠用水、排水特性，選取適于火電廠的用水、耗水指標。

2.1 火電廠供水水效指標

a.單位發電量取水量：火力發電企業生產發電需要從各種常規水資源提取水量。計算公式見式(1)：

(1)

式中Vui——單位發電量取水量，m3/(MWh)；

Vi——在一定計量時間內，生產過程中取水量總和，m3；

Q——在一定計量時間內的發電量，MWh。

b.全廠復用水率：在生產過程中使用2次及以上的水量(包括循環水量、串用水量和回用水量)占總用水量的比例。計算公式見式(2)：

(2)

式中 ?——全廠復用水率，%；

Qf——全廠復用水量，包括循環水、串用水和回收利用水量，m3；

Qz——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，不包括廠外生活區用水量，m3。

c.循環冷卻水濃縮倍數：循環冷卻水系統在運行過程中，由于水分蒸發、風吹損失等情況使循環水不斷濃縮的倍率(以補充水作基準進行比較)，是衡量水質控制好壞的一個重要綜合指標。一般是根據循環水中某一種組分的濃度或某一性質與補充水中某一組分的濃度或某一性質之比來計算的。計算公式見式(3)：

(3)

式中C循——循環水中某一組分的濃度；

C補——補充水中某一組分的濃度。

d.全廠補水率：全廠補水率是指補入鍋爐、汽機設備及其熱力循環系統和其他生產用除鹽水的總量占鍋爐實際總蒸發量的比例(全廠補水率=生產補水率+輔助生產補水率)。計算公式見式(4)：

(4)

式中Lqc——全廠補水率，%；

Dqc——全廠補水總量，m3；

∑D——鍋爐總蒸發量，m3。

e.灰水比：灰水比是燃煤火電廠用水送灰的一個指標。常用質量比和體積比2種方式表示，計算公式見式(5)：

(5)

式中Azl——灰、渣與水的重量比；

Szl——水力輸送灰、渣時的用水量；

Hzl——水力輸送灰、渣重量。

2.2 火電廠耗排水水效指標

a.單位發電量廢水排放量：燃煤發電企業每發1kWh千瓦時電能(含供熱折算部分)所排放的廢水數量，用來反映廢水排放強度。計算公式見式(6)：

(6)

式中GPSfs——單位發電量廢水排放量，kg/(kWh)；

Qfs——廢水排放量，t；

Wf——發電量，kWh。

b.全廠汽水損失率：全廠鍋爐、汽輪機設備及熱力循環系統由于泄露引起的汽、水損失量占鍋爐實際總蒸發量的比率。計算公式見式(7)：

(7)

式中Lqs——汽水損失率，%；

Dqs——全廠汽水損失量，m3；

∑D——鍋爐總蒸發量，m3。

其中：

Dqs=Dfd-(Dwq+Dzy+Dws+Dca)+Dpw

式中Dwq——對外供汽量，m3；

Dzy——熱力設備及其系統自用水量，m3；

Dws——對外供水量，m3；

Dca——鍋爐吹灰用汽量，m3；

Dpw——鍋爐排污水量，m3；

Dqs——外部回到熱力系統的水量，m3。

c.廢水回收利用率：在生產過程中，回收利用的廢水總量占電廠產生廢水總量的百分比。公式見式(8)：

(8)

式中Kf——廢水回收利用率，100%；

Qfsd——全廠回收利用的廢水總量，m3/h；

Qfs——生產過程中產生廢水總量，m3/h。

d.鍋爐排污率：鍋爐排污(包括鍋爐化學清洗排水、空預器沖洗排水等)占鍋爐總蒸發量的比例。計算公式見式(9)：

(9)

式中Lpw——鍋爐排污率，%；

Dpw——鍋爐排污水量，m3；

∑D——鍋爐總蒸發量，m3。

3 火電廠水效指標標桿標準分析

3.1 典型火電廠水平衡測試資料分析

華能南京金陵發電有限公司位于南京市棲霞經濟開發區，北臨長江。該廠于2013年被評為江蘇省節水型企業，節水工作頗具成效，單位發電量取水量為0.24m3/MW·h，遠低于單位發電量取水定額0.46m3/MW·h的行業標準，單位產品取水量達到了國內同行業的領先水平，因此選取該廠作為火電廠水效領跑者的典型案例進行分析。

華能南京金陵發電有限公司二期工程(2×1030MW)燃煤機組水源直接取自長江，通過循環水泵升壓后送入循環水母管供二期用戶，一部分至凝汽器和閉冷器冷卻換熱后即直接排回長江；另一部分則經原水升壓泵輸送至凈水站和補給水處理系統，經過各水處理系統處理后分別進入工業、化學、消防、生活水池和除鹽水箱，再供給不同的設備。凝汽器循環冷卻水和開式循環冷卻水回水排放至長江；經處理達到排放標準的化學廢水串用于脫硫系統；雨水和部分沖洗水收集至雨水井，通過雨水泵排放。

根據其水平衡測試結果，該廠取自長江的水量為2246000m3/d，其中用于生產和生活的原水為10719m3/d，用于直流冷卻水的水量為2235281m3/d。機組直流冷卻水使用后僅水溫有所升高，無污染物產生，不作為廢水。因此在全廠水平衡中不計入取用水量。根據測試及匯總，二期燃煤機組從循環水進水管抽取來自長江的新鮮水為10719m3/d；總用水量1756794m3/d；復用水量為1746075m3/d；廢水總量為4710m3/d(包括脫硫廢水和工業廢水)；全廠總消耗水量為10210m3/d；總排放水量為509m3/d(均為各種沖洗用水)；所有廢水全部回收利用。二期燃煤機組的水平衡測試與統計數據匯總(詳見表1)。

3.2 火電廠水效指標標桿標準

3.2.1 火電廠供用水水效指標領跑值分析

通過對華能金陵二期火電廠水平衡測試結果相關數據進行整理分析，并應用式(1)～式(5)對相關指標進行分析計算，得出華能金陵二期火電廠供用水水效指標值。以《重點工業行業用水效率指南》數值指標為參考，建立火電廠供用水水效指標領跑值(詳細數據見表2)。

表1 水平衡測試與統計數據匯總 單位：m3/d

注*根據《取水定額 第1部分：火力發電》(GB/T18916.1—2012)，循環冷卻機組中，600WM級及以上、300WM級、<300MW級單位發電量取水量定額分別為2.40m3/(MW·h)、2.75m3/(MW·h)、3.20m3/(MW·h)，直流冷卻機組分別為0.46m3/(MW·h)、0.54m3/(MW·h)、0.79m3/(MW·h)，空氣冷卻機組分別為0.53 m3/(MW·h)、0.63m3/(MW·h)、0.95m3/(MW·h)。

3.2.2 火電廠耗排水水效指標領跑值分析

通過對華能金陵二期火電廠水平衡測試結果相關數據進行整理分析，并應用式(6)～式(9)對相關指標進行計算，得出華能金陵二期火電廠耗排水水效指標值。以《重點工業行業用水效率指南》數值指標為參考，建立火電廠耗排水水效指標領跑值(詳細數據見表3)。

注**《電力行業(燃煤發電企業)清潔生產評價指標體系2015》I級基準值規定單位發電量廢水排放量為0.15kg/(kW·h)。

3.3 火電廠節水潛力分析

通過表2和表3可以看出：全廠復用水率、全廠補水率、廢水回收利用率水效領跑取值與國際先進水平相近；但單位發電量耗水量、單位裝機容量取水量、循環冷卻水濃縮倍率、單位發電量廢水排放量、鍋爐排污率取值為國內領先水平，與國際先進水平還有差距，節水空間大，具有較大的節水潛力。

火電廠的節水主要從用水和排水2個方向來實現：?采用節水型的系統，從循環冷卻水系統損失、除灰系統用水和循環水排污3個系統著手，減少新鮮水用量，實現節約用水；?廢水處理回用，根據實際情況對電廠的廢水進行處理，充分回收各種廢水，提高水的重復利用率。

4 結論與建議

本次分析研究了我國火電廠水資源的取用耗排現狀，通過對華能南京金陵發電有限公司二期2×1030MW燃煤機組水平衡測試結果進行分析，闡明了火電廠水資源利用的特點，通過對火電廠各類水效指標的研究，分析了火電廠節水潛力。主要得出以下結論：

a.火電廠供用水水效代表性指標共5項，核心指標1項，為單位發電量取水量。根據單機容量與機組冷卻形式的不同，指標的水效領跑值有所差別，單機容量600WM級及以上、300WM級、<300MW級的循環冷卻機組單位發電量取水量水效領跑值分別為1.49 m3/(MW·h)、1.55 m3/(MW·h)、1.70m3/(MW·h)，以上3種單機容量直流冷卻機組的單位發電量取水量水效領跑值分別為0.29m3/(MW·h)、0.30 m3/(MW·h)、0.36m3/(MW·h)，單位發電量取水量水效領跑值分別為0.31 m3/(MW·h)、0.32 m3/(MW·h)、0.39 m3/(MW·h)；其他4項供用水水效指標為輔助性指標：?全廠復用水率，125MW及以上機組領跑值為95%，嚴重缺水地區125MW及以上機組領跑值為98%；?循環冷卻水濃縮倍率指標領跑值為3～5；?全廠補水率指標領跑值為1.9%；?灰水比領跑值為1∶3。

b.火電廠排水水效代表性指標共4項，核心指標1項，為單位發電量廢水排放量，領跑值為0.11kg/(kW·h)。其他3項排水水效指標為輔助性指標：?廢水回收利用率領跑值為95%；?全廠汽水損失率指標分為200MW及以上機組、100MW-200MW機組、100MW以下機組，領跑值分別為小于鍋爐額定蒸發率的1.5%、2.0%、3.0%；?鍋爐排污率指標領跑值為0.93。

c.上述火電廠水效跑者水效指標標桿標準發展水平存在差異，與國際先進水平還有差距。因此我國火電廠在用水與排水方面還存在較大的節水潛力，采用空冷機組、氣力除灰、高濃縮倍率循環技術等節水措施，進一步提升水效指標值。