火力發電廠水資源綜合利用策略研究

施啟修

（上海長興島熱電有限責任公司，上海市 200000）

一、前言

我國淡水資源日益貧乏，2019年全國總用水量5991億立方米，其中生活用水占13.8%，工業用水占20.1%，農業用水占66.1%。2019年全國工業廢污水排放量為183億噸，占廢水總排放量的28.2%[1]。其中，火力發電廠是工業用水大戶，2020年火電行業取水量為78.3億立方米，一個百萬機組每天耗水量相當于一個中型城市的生活用水量。在北方水資源不充足地區，火電廠一般都采用間接空冷機組，利用冷卻塔將循環水冷卻后重復使用。2020年我國火電單位發電量取水平均值2.38m3/（MW·h），單機容量600MW級以上空冷機組單位發電量取水平均值為0.44 m3/（MW·h），各電廠之間的節水差距比較大。為了保護環境、節約能源，國家前后制定了《環境保護法》《節約能源法》，各發電集團也積極建設環保節約型電廠。從保護生態環境、節約用水、可持續發展的角度考慮，應加強電廠水務管理，進行節水技術改造，減少新鮮水補充量，提高水資源的重復利用率，進而達到“零排放”的目標。電廠節水依據不同子系統對于水品質要求的不同，遵循水資源的 “串級使用、循環使用、廢水回用”原則，廢水進行“清濁分流”。串級使用是將高水質用水系統產生的廢水作為低水質用水系統的給水。

二、電廠水務管理

電廠水務管理是指通過統籌管理電廠用水，優化水資源利用，降低單位發電取水量，保證電廠安全、經濟運行。我國電廠水務管理起步晚，有些電廠節水意識不強，節水技術改造意愿不強烈。部分電廠存在跑、滴、漏、冒現象，造成水資源的浪費。設備老化、維護不到位等也是制約電廠水資源利用率提高的因素。在某電廠水平衡測試中發現，凝結水補水箱入口流量計不準確，低流量時示數為零。此外，還發現生活水母管流量計長期處于滿量程狀態，這給電廠水平衡優化及用水指標統計分析造成困局。這些實際生產中出現的問題進一步體現了電廠實施水務管理的必要性，也表明電廠水務管理水平有很大的提升空間。

電廠全廠水損失主要包括鍋爐汽水損失、冷卻塔的蒸發損失和風吹泄漏損失、脫硫系統損失、除灰除渣系統損失、輸煤系統損失和綠化用水等。對于采用干除灰除渣系統的電廠，循環冷卻水系統和脫硫系統是用水量最大的部分。電廠進行水務管理通常會進行水平衡測試，測試主要參考《火力發電廠能量平衡導則 第五部分：水平衡試驗》（DL/T606.5—2009）、《企業水平衡測試通則》（GB/T12452—2008）及《取水定額 第一部分：火力發電》（GB/T18916.1—2002）等進行。目的在于掌握電廠用水狀況和各子系統水平衡的定量關系，并依據測試結果，分析全廠用水合理性，挖掘節水潛力，提出優化措施，對各階段產生廢水進行綜合利用，促進水資源的合理配置[2]。

三、節水技術

1.水源的選取

電廠用水一般分為工業消防用水和生活用水，其水源多為地下取水，有條件的從附近河流取水，也有直接接入城市供水的。近年來，在北方水資源匱乏地區，有些電廠采用城市污水處理廠產生的標準水作為電廠工業補給水水源，經過深度處理后用作生產用水，將地下水作為備用水源及生活用水水源[3]。城市污水處理水中生物需氧量（BOD）和化學需氧量（COD）等含量可能仍然較高，應在前期設計中進行試驗，確保水質符合電廠用水要求，并且留有一定的余量。采用城市污水處理標準水節約了大量淡水資源，減少了污染物的排放量，緩解城市用水壓力，環境效益、社會效益和經濟效益明顯提高。

2.鍋爐補給水系統

鍋爐熱力系統中存在汽水損失、泄漏損失、鍋爐連續排污等消耗，需要不斷補入經過給水系統處理后的新鮮水。部分電廠采用超濾+反滲透工藝，反滲透過程產生酸堿液引入中和池，再用做脫硫系統補充水。也有電廠通過化驗和分析，將反滲透產生的濃水用于過濾器（多介質過濾器和超濾裝置）的反沖洗用水，以替代用于反沖洗的生產水，減少了生產水用量，比如珠江電廠就采用該方式。近年來，國內開始采用電子離子技術（EDI），該技術在國外已經廣泛使用，優點在于不再產生酸堿廢液、水質穩定、運行費用較低。

為避免冷卻塔循環水中含鹽量過高造成腐蝕、結垢，進而影響凝汽器中凝結水的冷卻效果，當濃縮倍率達到一定值時需要進行人為排污。這部分水通常引入沖灰、除渣系統，在一定程度上未實現水資源的充分利用。約10%的鍋爐補給水量需要從外界補充，考慮到冷卻塔循環水系統排污水的水質較好，可將冷卻塔排污水中的一部分引入預處理系統作為給水補充水。因反滲透裝置對于入口水質有要求（污染指數SDI一般小于4），所以引入排污水的水量應根據電廠實際情況通過試驗進行測算。采用這種方式不僅節約外界補充水量、節省資金，而且實現了水資源的循環利用。

3.脫硫系統

目前，國內電廠基本都采用濕法（石灰石-石膏）煙氣脫硫工藝，脫硫系統中水大部分損失掉了，主要包括煙氣帶水、脫硫產物含水。數據表明，縮小脫硫系統吸收塔進出口溫差可以減少吸收塔蒸發水量，進而達到深度節水，系統用水減少可達30%～40%。吸收塔出口煙溫不是越低越好，低于煙氣酸露點溫度會在煙囪內形成凝結，造成煙囪腐蝕。降低進、出口煙溫可以采用兩種方式，加裝氣—氣換熱器（GGH）和低溫省煤器。早期脫硫系統設置GGH，將吸收塔入口煙溫由120℃降低到80℃，節水量較大。但容易出現GGH設備腐蝕和堵塞問題，經常造成停運，影響到脫硫系統的正常運行。后期電廠不設置GGH，原先有的也通過技術改造取消GGH，不設置GGH會減少投資及維護費用，同時也容易引起煙囪腐蝕嚴重現象，對環境也有不利影響。有的電廠考慮到布袋式除塵器的除塵效率高，采用布袋除塵器+GGH配置，運行效果良好，未出現GGH堵塞問題。此外，在脫硫裝置前加裝低溫省煤器可以降低吸收塔入口煙溫至90℃，從而降低蒸發水量達到節水，蒸發水量減少可達30%。同時，還能利用余熱提高鍋爐給水溫度，提高機組效率，降低發電煤耗。因煙氣溫度較低，應考慮低溫省煤器低溫腐蝕現象。

脫硫系統對于補充水水質要求不高，可以使用冷卻塔排污水、機組排水槽澄清水等廢水。為了使吸收塔內的漿液離子濃度維持在正常水平，需要向外排放廢水，產生的廢水用于灰渣拌濕或者灰場噴灑。

4.工業水處理系統

可以將生活污水處理系統與工藝廢水處理系統串聯，將處理合格的生活污水通過溢流池引入工業廢水處理系統清水池。這樣就減少了生活污水排放量，實現水資源循環利用和串級利用。工業廢水處理水主要用于輔機冷卻循環水、脫硫系統等。在工業廢水處理池加裝水質檢測和水位控制裝置，水質檢測合格時，通過已設置的管道引入工業消防水池，從而實現工業水的部分循環使用，減少工業消防水池來水，降低電廠用水成本。通過清水池中的水位控制裝置可以防止水位過高溢流，造成水資源浪費。

5.其他節水措施

（1）隨著濃縮倍率的提高，循環水補充水量會大幅度減小，同時減小幅度也變小。因此，在保證循環冷卻水含鹽量處于正常范圍下，盡量提高濃縮倍率。對于循環水冷卻系統，可以設置旁路過濾設施，當濃縮倍率很高時，從循環水中抽出部分水經旁路過濾后重新返回到冷卻塔。這種旁路處理方式在電廠中應用比較廣泛，如華能沁北電廠就將循環水排污水采用旁路弱酸陽離子樹脂處理后再返回循環水冷卻系統。

（2）水力除灰除渣系統耗水量很大，僅次于循環水冷卻系統。水力除灰除渣系統宜采用低濃度輸渣、高濃度輸灰系統，兼顧節水和灰、渣輸送兩個方面。現在許多電廠通過技術改造采用干除灰系統，耗水量很少，主要用于爐渣處理及灰場噴灑。

（3）汽水取樣水的回收利用，化學手工取樣水和在線取樣水的水質未受污染。若直接排放到機組排水槽，這部分水就顯得很可惜，這部分水可直接回收到疏水箱或者用于化學溶藥稀釋用水。

（4）溢流池主要有生活水池、工業消防水池、工業水處理池等。對于溢流池設置水位控制裝置，定期檢查裝置是否正常工作，避免水池液位過高滿水溢流，造成用水浪費。

（5）依據地方制定的行業用水定額標準，核算本廠單位職工用水量。采用節水閥門及設備，加強流量監測，節約生活用水量。

（6）計算水量不平衡率，全廠范圍應在±5%之內，各系統范圍在±4%之內，各用水設備和設施在±3%之內，根據參考數值判斷是否存在管網泄漏及儀表不準確。

圖1 工業水處理系統

四、結語

電廠水資源的合理、高效利用是一項系統工程，離不開先進的節水技術，依賴于電廠水務管理水平。管理層要加緊建立健全水務管理制度，制定節水實施方案，加強日常水務管理。職工也應增強節水意識，認識到水資源的寶貴，電廠節水技術的實施要充分考慮電廠的實際情況，根據全廠系統不斷挖掘電廠節水潛力，優化工藝，從而提高水資源重復利用率，降低綜合水耗，改善各項用水指標。