大型直流冷卻火電廠用水特征分析

胡 培，邱頌曦，張敏蘭

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.河口水利技術國家地方聯合實驗室，廣州 510635)

火電廠用水量巨大，是我國工業用水的需求大戶，約占工業用水需求的40%[1-2]。火電廠根據冷卻方式分為直流式冷卻火電廠和循環式冷卻火電廠，其中，直流式冷卻火電廠通過管道將冷水直接引入電廠，冷卻機組后又將熱水直接排入水源，該類電廠取水、退水量大[3]。水資源短缺已經成為制約我國經濟社會發展的重大瓶頸[4]，對作為工業用水大戶的直流冷卻火力發電廠，分析其用水特征及節水潛力，愈發緊迫[5-6]。

本文以中山嘉明電力有限公司為例，結合電廠水平衡測試相關成果，分析大型直流冷卻火電廠用水工藝，確定取用耗排水量及特征，推算企業各項用水技術指標，分析節水潛力，提出節水措施，為其他直流冷卻火電廠節水改造提供借鑒和參考[7-8]。

1 電廠概況

中山嘉明電力有限公司(以下簡稱嘉明電廠)位于中山市火炬開發區，成立于1994年。1997年8月和1997年12月，公司兩臺125 MW燃油汽輪發電機組(一期工程機組)相繼投入商業運行，因排放工藝等因素，一期工程機組已于2011年停產。為進一步實現可持續發展戰略，公司二期工程裝備兩套390 MW燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，分別于2009年5月和11月投入商業運行。三期工程裝備3套460 MW燃氣-蒸汽聯合循環熱電冷聯產機組，分別于2014年6月、8月和12月投入商運[9]。

嘉明電廠目前在運機組總裝機容量216萬kW(一期1#、2#機組停用，二期3#、4#2臺39萬kW機組；三期5#、6#、7#、8#、9#、10#3套46萬kW機組)，年發電能力約120億kW/h(年發電能力可滿足中山市40%的用電需求)。

嘉明電廠取水包括地表水(咸淡水)和市政自來水，地表水取水口設置于廠區正對的橫門南汊岸邊二期、三期各有一座取水系統；市政供水入口位于公司廠區正門的西側圍墻旁，配備有1個一級計費總水表，經DN200水管向廠區供水(取水水源及計量情況見表1)。

表1 嘉明電廠取水水源及計量情況

2 用水系統

嘉明電廠主要用水系統包括：直流冷卻水系統、沉淀池系統、工業水系統、除鹽水系統、機組用水系統、生活水系統、綠化用水系統、污水處理系統(見圖1所示)。

圖1 中山嘉明電力有限公司用水系統示意

直流冷卻水系統：電廠二期、三期工程均采用擴大單元制直流冷卻供水方式，供水系統流程為：取水頭部→自流引水管→進水前池→循環水泵房→壓力進水管→凝汽器→壓力排水管→虹吸井→排水暗溝→排水口。

沉淀池系統：二期、三期循環泵房從河道取水后，大部分用于凝汽器及熱交換冷卻后排至河道，剩余部分進入沉淀池系統，經沉淀處理后，進一步向工業水系統、除鹽水系統、生活水系統供水。

工業水系統：二期沉淀池處理后，進入工業水系統，廠區工業水用于二期、三期循環泵房水泵軸承冷卻和機組鍋爐定排廢水冷卻，冷卻后排入循環水排水母管。

除鹽水系統：三期沉淀池處理后，進入化學水處理間處理制除鹽水，經除鹽水儲存罐后供二期、三期機組用水。

機組用水系統：二期工業水池、三期除鹽水箱水量根據需求進入機組用水系統，主要用于各機組鍋爐補水、閉式水補水和汽機補水，使用后廢水與工業廢水一起排放。

生活水系統：廠區內生活用水來自生活水池及市政自來水，其中，市政自來水主要用于全廠飲水機供水及部分區域的辦公、廁所、沖洗用水。

綠化用水系統：廠區綠化面積較大，約為256 000 m3，綠化水主要來自廠區內原水蓄水池、污水回用水池和市政供水系統。

污水處理系統：嘉明電廠廢污水主要為除鹽水制水濃水、余熱鍋爐定期排污水、汽機廢水、含油污水、生活污水等。電廠建有工業廢水處理設施、生活污水處理設施，以及2×2 000 m3的廢水貯存池，廢污水達標處理后，除了鍋爐排污水隨循環水排水混合后排放，剩余部分回用于工業水系統、綠化用水系統。

3 水平衡測試

1) 計量設施安裝

利用廠區內現有運行水表進行計量測試，按三級計量全覆蓋的要求，對未安裝水表的車間、主要設備加裝機械水表或超聲波流量計，測試期間新加裝機械表19個、超聲波流量計24個。

2) 測試周期

測試采用一次平衡法，電廠生產過程連續，一般不會出現長時間停工停產以及停止用水的現象，用水過程穩定，根據實際情況選取2022年7月16日至23日為測試周期。

3) 測試內容

按用水單元系統，自上而下測試其水量參數(新水量、循環水量、串聯水量、耗水量、排水量、漏失水量)，并按要求測試水質和水溫參數[10]。

電廠水平衡測試結果見圖2。

圖2 中山嘉明電力有限公司水平衡示意(單位：m3/d)

4 用水特征分析

4.1 取用耗排水量分析

1) 取水量

測試期內，嘉明電廠平均取水量為1 245 535 m3/d，其中，地表取水(橫門水道)1 245 485 m3/d，市政自來水取水50 m3/d。

2) 用水量

測試期內，電廠平均用水量為1 582 135 m3/d，其中，直流冷卻系統用水1 240 056 m3/d，占比78%，是電廠主要的用水系統。

3) 耗水量

測試期內，電廠平均耗水量為892 m3/d，其中，廠區綠化耗水量為418 m3/d，占比47%，是廠區主要的耗水對象。

4) 退水量

測試期內，電廠平均退水量為1 243 956 m3/d，其中，直流冷卻系統取水用于冷卻后，直接排放，沒有消耗水量，退水量為1 240 056 m3/d，占電廠退水總量的99.7%，是主要的退水對象。

5) 其他水量

包括外供蒸汽量589 m3/d，以及平衡差98 m3/d。

4.2 用水指標分析

1) 單位發電量取水量

測試期間，扣除直流冷卻系統取水(1 240 056 m3/d)和外供蒸汽水量(589 m3/d)，計算得到電廠日取新水量為4 890 m3/d，統計測試期間電廠日均發電量為15 971 MW，則單位發電量取水量為0.31 m3/(MW·h)，低于《廣東省用水定額》(DB44T/1461.2-2021)和《取水定額 第1部分：火力發電》(GB/T 18916.1-2021)通用值標準[0.40 m3/(MW·h)]，但是，與先進值標準[0.20 m3/(MW·h)]仍有一定的差距.

2) 用水重復利用率

測試期間，電廠平均用水量為1 582 135 m3，平均每天復用水量(包括循環水量、串用水量、回用水量)為1 576 656 m3，則計算得到電廠的用水重復利用率為99.7%，滿足《節水型企業評價標準》(粵水資源函〔2018〕1889號)用水重復利用率不小于80%的要求。

3) 綜合漏失率

根據水平衡測試結果，電廠漏失水量主要發生在直流冷卻系統外的其他供水系統中，測試期間，扣除直流冷卻系統，其他用水系統一級計量水量為5 479 m3/d，二級計量水量為5 381 m3/d，漏失水量為98 m3/d，漏失率為1.79%，滿足《節水型企業評價標準》(粵水資源函〔2018〕1889號)綜合漏失率不大于5%的要求。

4) 綠化用水量

測試期間，廠區日均綠化用水418 m3/d，均為廠區內再生水；嘉明電廠廠區綠化面積約為256 000 m2，則綠化日均用水為1.63 L/(m2·d)，低于《廣東省用水定額》(DB44T/1461.2-2021)通用值標準[2.0(L/m2·d)]。

5) 人均生活用水量

測試期間，廠區內辦公、生活日均取水量為98 m3/d，廠區有職員工300人，后勤、安保、消防約200人，第三方技術人員作業，約500人，則人均生活日取水量為98 L/d，低于《廣東省用水定額》(DB44T/1461.2-2021)通用值標準(38 m3/a，換算日用水為104 L/d)。

電廠用水指標評價結果見表2。

表2 嘉明電廠用水指標評價

5 節水措施分析

根據電廠計量情況分析，電廠常用計量設備主要設置于取水頭部和主要用水設備上，仍未能實現三級計量全覆蓋。建議電廠按要求配置完善計量設施，以便運行人員對全廠水系統的運行情況進行監測，隨時掌握系統中各處的水量，根據節水的要求進行有效控制。對現有流量計進行定期校準，主要用水設備可加裝計量設備，以便更科學地分析用水量，監控用水異常，及時做好設備維護。

根據水平衡測試結果，電廠單位發電量用水量未能滿足先進值標準，仍有一定的節水潛力，其中，廠區除鹽水制水效率為56%，制水效率偏低。除鹽水系統是電廠重要的用水系統，建議結合用水水質情況，回收除鹽水超濾裝置制水后的退水，用于工業用水或冷卻用水，減少新水取水量。

同時，建議加強電廠水務管理工作。逐步制定用水管理規定，建立各主要系統的用、排水量臺帳，及時發現、消除電廠的非正常用水。對全廠水系統管網進行統一清查，完善管段標識，杜絕全廠因非正常運行或操作問題導致的跑、冒、滴、漏和溢水等現象。

6 結論

1) 以嘉明電廠為案例，結合其開展的水平衡測試成果，分析大型直流冷卻火電廠取用耗排水工藝流程，明確各用水系統水量特征，為企業建立用水檔案、制定節水措施、進行用水指標考核、開展節水型企業建設等提供了技術支撐，為水行政主管部門進行用水管理、開展取水許可審批提供了重要依據[11-12]。

2) 大型直流冷卻火電廠用水系統主要包括直流冷卻水、沉淀池、工業水、除鹽水、機組用水、生活水、綠化用水及污水處理系統。根據嘉明電廠水平衡測試結果，直流冷卻用水占比78%，直流冷卻退水占比99.7%，直流冷卻是電廠主要的用水、退水環節。

3) 根據水平衡測試結果，嘉明電廠單位發電量取水量為0.31 m3/(MW·h)，用水重復利用率為99.7%，綜合漏失率為1.79%，綠化日均用水為1.63 L/(m2·d)，人均生活日取水量為98 L/d，均滿足相應用水定額標準要求。

4) 與先進用水標準相比，中山嘉明電力有限公司仍有一定的節水潛力，建議按要求配置完善計量設施，對現有流量計進行定期校準；回收除鹽水超濾裝置制水后的退水，用于工業用水或冷卻用水；建立用水檔案、制定合理的節水措施，安排專人加強對管線及用水單元的巡測，對全廠水系統管網進行統一清查，杜絕跑冒滴漏現象。