水系統分級建模與節水減排實踐

李懷忠

摘 要：隨著國家對減排環保工作力度的不斷加大及相關政策、法規的密集出臺，減排環保進入了新時代，燃煤電廠節水減排壓力前所未有。勝利電廠通過開展了節水減排專題研究，對全廠生產水網系統進行全面的調查研究，在摸清全廠各專業、各系統用水量、耗水量、水質要求、相互關系的基礎上，建立勝利電廠生產水網系統按質分級模型、分級管控，明確節水實施改造對象、制定改造聯通方案計劃，指導系統改造和科學調度優化運行，實現了按質利用、梯次利用、回收循環再利用，減少了水耗和外排量，使發電水耗由2010年的3.59kg/kW？h下降到2018年的1.997kg/kW？h，創出了歷史新高，在中石化集團公司所管轄的電廠中達到領先水平，在國內同類機組電廠中處于先進水平。

關鍵詞：燃煤電廠;節水減排;分級建模;分級管控;梯次利用;循環利用;數字化水網

一、前言

勝利發電廠是勝利油田的自備電廠，擔負著油田生產、生活用電和集中供熱任務，裝機總容量1700MW，供熱面積2360萬平方米，員工總數1643人。截至目前，累計發電1200億kW？h，供熱8000萬吉焦，節省外購電成本300億元，成為勝利油田安全可靠的“電力之源”、溫暖民生的“熱力之源”、指標過硬“效益之源”。

近年來，國家、地方、電力行業針對燃煤電廠節水及達標排放管理的法規、規范、標準密集出臺，減排環保工作步入新時代。特別是燃煤電廠發電生產成本不斷上升，各項不利因素累積疊加，致使發電成本不斷上升，逼迫勝利電廠的節水減排工作從最初的大量廢水外排的粗放管理階段到治理跑冒滴漏的初級管理階段后，亟待進階為優化配置、分級管控、梯次利用、循環利用的深度節水階段。

二、水系統分級建模

1、水系統分級建模的內涵和原則

節水減排降耗研究的內涵是在摸清全廠各專業、各系統用水量、耗水量、水質要求、相互關系的基礎上對水系統分級建模、分級管控，目標是降低發電水耗，最終達到污水的近零排放。因此水系統分級、建模、管控時，遵循以下4項主要原則

第一，全面覆蓋原則。即建模時應包含全廠水系統的每一個子系統，覆蓋率達到100%。

第二，水質適用原則。依據《火力發電廠節水導則》（DL/T 783-2001）要求，火力發電廠各系統的排水，應按照 “清污分流”的原則分類回收和重復利用。水質、水溫能滿足生產工藝要求的應直接復用，水質或水溫不能滿足生產、生活要求的宜經過處理或降溫后再利用。

2、按質分級改造水網系統

為了實現生產水系統按質分級管控優化配置科學調度節水管理流程圖投入實際運行，先后實施 “一二期循環水排污至三期原水池，處理為清水后替代部分#5機循環水”、“一二期生活污水至二期生活廢水處理車間處理為回用水，作為二、三期機組循環水使用”、“一二期工業污水至二期工業污水處理車間處理為回用水，作為二、三期機組循環水使用”、“三期清水回用至一二期脫硫冷卻水、空壓機冷卻水”、“含煤廢水回收，經沉淀處理后重復使用”等十多項水網系統優化配置改造。

三、水系統節水減排實施

1、梯次利用

勝利電廠按照水系統分級原則，針對各級用戶對水質的不同要求及各級用戶排放的廢水指標開展研究，與合適用戶重新匹配，實現了水庫來補水、工業廢水及生活污水、#1～#4冷卻塔排污水、脫硫及空壓機系統冷卻水排水、脫硫工藝水補水、脫硫廢水等從優到劣的水資源梯次利用。

（1）辛安水、耿井水梯次利用

辛安水、耿井水作為水庫來水，水質較好，滿足化學一、二期水處理制水補水要求。同時作為少量轉機設備的冷卻水及全廠消防用水水源，循環后全部回收到工業廢水池。

（2）一期工業廢水、生活廢水及雨水梯次利用

按照當地政府要求，一期工業廢水、生活廢水不能直排至灰場或廠外，必須回收利用。因此對一期燃料污水泵房工業污水池、生活污水池進行徹底隔離，分別布設DN200碳鋼管線，經工業污水泵、生活污水泵輸送至二期污水池，再經工業污水處理設施、生活污水處理設施進行處理，回收至二期回收水池，經回用水泵輸送至#3、4機水塔，作為水塔補充水使用，實現再利用。并增設閥門組，實現兩條管線定期切換運行。

（3）一、二期循環水排污水梯次利用

循環水補水進入系統后，即成為了電廠循環水，隨著冷卻塔不斷蒸發散熱，系統中保有水量逐漸濃縮，水的濁度和氯離子含量增加，水質逐漸劣化，對機組循環水系統，尤其是凝汽器腐蝕損壞增強。

勝利電廠一期機組凝汽器管材為HSn70-1B，二期機組凝汽器管材為S34608，為了保證循環水系統設備運行安全，采用在循環水中投加緩蝕劑、對凝汽器銅管進行硫酸亞鐵造膜及在凝汽器中采用犧牲陽極保護的方式，達到了提高凝汽器銅管的抗腐蝕能力的目的。

（4）三期清水的梯次利用

勝利電廠脫硫區域設備冷卻水和空壓機冷卻水一直使用水庫來水即一級水，流量在200 m3 /h左右，消耗大量工業水。三期清水池來水水源主要由：一、二期工業廢水、生活廢水經處理后來水，一、二期水塔排污水，新安原水補充水。

（5）脫硫廢水梯次利用

為維持脫硫裝置循環系統物質平衡，脫硫系統須排放一定量的廢水。脫硫廢水成分復雜，主要包括懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬，其中很多是國家環保標準要求嚴格控制的第一類污染物。脫硫廢水已不可回收利用，勝利電廠未將其簡單外排，而是繼續利用，首先作為鍋爐干渣、干灰外運時拌濕使用，防止拉運時揚塵，其次與干灰按1：3比例混合制作成粉煤灰漿，作為營海建材制磚原料。

2、循環利用

勝利電廠按照水質分級原則，將灰場存水、含煤廢水列入不再進行梯次利用的廢水等級，通過系統改造，使這部分廢水形成獨立的閉式循環系統，強化其功能性，使之重復進行灰渣系統、輸煤系統沖洗，同時控制其他水源進入該系統，從而形成了閉式循環的運行方式，達到廢水通過煤場、灰場蒸發實現自然消耗的目標。

（1）灰場回收水循環利用

灰場回收水經雨水稀釋后，氯離子含量2000mg/L、硬度30mol/L左右，通過四臺灰場回收水泵送回廠內，總量約670 m3/h，替代一、二期鍋爐沖灰、沖渣、水封用水。

（2）含煤廢水的循環利用

勝利電廠輸煤系統沖洗，每天約產生200 m3含煤廢水，這些廢水排入電廠水處理系統后，將會污染電廠工業用水1200 m3，一方面造成資源浪費，另外排到灰場造成環境污染。

四、水系統分級建模與節水減排研究取得的成效及推廣價值

1、形成了完善的水系統按質分級管控模型

勝利發電廠通過開展節水降耗管理研究以來，在摸清全廠各專業、各系統用水量、耗水量、水質要求、相互關系的基礎上，對水網系統分級分類、優化配置、分級管控、合理調度和技術改造等一系列技術和管理措施，逐漸形成了“依質應用、梯次利用、循環利用、用排平衡”的“大格局全覆蓋綠色水網”，彰顯了獨特的發電用水、排水模式，成績斐然。

2、節水效果明顯，創造顯著經濟效益

對標國家四部委下發的《重點工業行業用水效率指南》要求，根據發電水耗先進值加權計算， 2018勝利發電廠年一、二、三期機組發電總取水量為1618萬m3，而實際總耗水量為1577萬m3，低于國家規定指標，全廠基本上實現了廢水的近零排放。全廠發電水耗由2016年的2.34kg/kW.h，同比降至1.9971kg/kW.h（2019年1-8月底，又降至1.881kg/kW.h）。

3、節水管理推廣價值廣泛

燃煤電廠的原料主要是煤和水，生產實質是對煤和水的加工，既是發電供熱的產能大戶，也是耗水和廢水排放大戶，節水與減排、降耗、節電、增收節支息息相關。