煤化工行業建設項目水資源論證用水合理性分析技術要點探討

李恩寬，何宏謀，杜 凱，蔡大應，蘇曉慧

（黃河水利科學研究院，450003，鄭州）

煤化工行業建設項目工藝復雜，工藝流程長，產品類型多，用水環節多，取用水量和耗水量大，用水系統復雜以及廢污水產生環節多、處理難度大等都是其獨有特點。因此，煤化工行業建設項目水資源論證較火電等其他工業行業建設項目水資源論證工作量大、難度高。

目前，我國煤化工行業建設項目主要集中在黃河流域、新疆、松遼流域、云貴和淮河流域等富煤但水資源并不豐富的地區。筆者收集了上述地區43份煤化工行業建設項目水資源論證報告書，發現在用水合理性分析方面還存在用水單元劃分不清晰、用水情況描述及分析較為簡單等問題。2014年3月5日，新修訂發布的《建設項目水資源論證導則》（SL322—2013）正式實施，對煤化工行業建設項目水資源論證提出了新的要求，但由于其僅從宏觀層面對用水合理性分析內容作了規定，對技術細節規定不是很詳細，煤化工行業建設項目水資源論證用水合理性分析應該重點論證哪些內容、如何論證，是迫切需要規范的。

一、用水環節分析

煤化工項目用水量大、用水環節多等獨有特點決定了其水資源論證用水環節合理性分析不容易。根據調研分析和查閱資料，煤化工行業建設項目水資源論證用水環節分析大致可分為3種途徑：按主要工藝裝置、主要操作單元和主要用水系統分析。按主要工藝裝置分析就是對各個相對獨立的工藝裝置進行單獨分析，如備煤裝置、空分裝置、氣化裝置、產品合成裝置等。按主要操作單元分析就是將煤化工復雜的工藝過程進行逐步分解，直至不能再進一步分解的最基本的生產操作單元，如氣化、洗滌、冷卻、合成、萃取、過濾、結晶、脫硫等。按主要用水系統分析就是將煤化工項目用水系統歸納為循環冷卻系統、脫鹽水處理系統、凝結水回收利用系統、蒸汽系統、生活用水系統、污水處理系統、濃鹽水處理系統等。不同用水環節劃分方法的優缺點對比見表1。

綜合對比分析，認為煤化工行業建設項目水資源論證用水環節分析應按其主要用水系統劃分進行，必要時同時細化主要工藝裝置用水。這種分析方法抓住了煤化工項目主要用水特點，具有思路清晰、可操作性強的優點。

表1 三種不同用水環節劃分方法的優缺點對比

1.循環冷卻系統

循環冷卻系統是煤化工項目重要的用水系統，其作用是保證各生產設備在適宜的溫度下工作，循環冷卻系統應在保證項目穩定運行的前提下盡量使用空氣冷卻、閉式循環水系統。應詳細說明循環冷卻系統裝置的構成和規模、設備參數、循環水量、各循環冷卻系統的用水過程、供水對象和供水量、各循環冷卻系統蒸發及風吹損失等耗水量、排水量及排水去向等。

2.脫鹽水處理系統

脫鹽水是指將原水中含有的電解質除去或減少到一定程度的水。脫鹽水既是煤化工項目蒸汽系統的主要補水來源，又是各工藝裝置的主要補水來源。脫鹽水由脫鹽水處理系統制備，應詳細說明脫鹽水處理系統的構成和處理規模、設備參數、水源、進出水水質、工藝流程 （附工藝流程圖）、脫鹽水供水對象和供水量、濃鹽水排水量及排水去向等。

3.凝結水回收利用系統

凝結水是指在工業生產過程中蒸汽釋放出熱能后冷卻形成的水，它不但含雜質少而且含有大量熱量，由凝結水回收利用系統處理后送到鍋爐或其他用熱處，可節約用水，節能降耗，提高經濟效益。應詳細說明各路凝結水的來源和水量、凝結水回收處理系統構成和處理規模、設備參數、凝結水處理工藝 （附工藝流程圖）、回收利用量及去向。

4.蒸汽系統

蒸汽作為一種熱能載體，廣泛應用于煤化工項目生產中，是煤化工項目重要的二次能源。應詳細說明各等級蒸汽來源、蒸汽鍋爐參數、蒸汽參數、蒸汽產量和消耗量、熱力管網參數和管網損失，同時還須附項目蒸汽平衡圖。

5.生活用水系統

生活用水系統供廠區用戶生活用水需要。應詳細說明生活供水系統的規模、設施配備和供水參數、供水量和供水水質。

6.主要工藝裝置

由于煤化工項目工藝裝置種類繁多，對所有工藝裝置進行分析沒有必要且不符合實際，主要選擇若干個用水、耗水、排水對全廠影響較大的工藝裝置進行分析。應詳細說明主要工藝裝置的構成、設備參數，應單獨細化工藝裝置的用水過程，并附水量平衡圖和水量平衡表。此外，原煤中含有的水分會參與某工藝裝置的反應過程中，因此應說明原煤帶入水量，并在該工藝裝置水量平衡圖和全廠水量平衡圖中明確。

7.廢污水處理系統

煤化工項目的廢污水主要分為生活污水、生產污水、含鹽廢水等，根據所含污染物不同，采用不同的廢污水處理方案分別進行處理。應詳細說明各廢污水處理系統的構成和處理規模、設備參數、廢污水來源、水量和水質、處理工藝（含工藝流程圖）、出水水量和水質、排放去向、接納體的水量和水質要求。

8.濃鹽水處理系統

濃鹽水是指含鹽廢水經除鹽設備（反滲透、離子交換等）處理后產生的高含鹽濃水。應詳細說明濃鹽水處理系統的構成和處理規模、設備參數、濃鹽水來源、水量和水質、處理工藝 （含工藝流程圖）、出水水量和水質、排放去向、接納體的水量和水質要求、固體鹽處置等。

二、設計用水參數合理性識別

1.循環冷卻系統用水參數的合理性識別

應綜合分析水資源條件、氣象條件、國家和行業要求、項目具體要求等論證循環冷卻系統設備選型和規模的合理性，原則上應在保證項目穩定運行的前提下盡量使用空氣冷卻、閉式循環水系統。循環水濃縮倍率、冷卻塔蒸發和風吹損失率等用水參數可根據當地氣象條件和補水水質條件，參考國家和行業有關標準要求進行合理性識別。

2.脫鹽水處理系統用水參數的合理性識別

脫鹽水處理有離子交換法、膜法等多種工藝，每種工藝都有優缺點，首先應進行脫鹽水處理工藝方案的經濟技術指標比較，分析項目選擇的脫鹽水處理工藝的合理性。根據脫鹽水需求量和凝結水回用量，綜合考慮原水水質、脫鹽水處理工藝、出水水質要求等分析脫鹽水處理系統處理規模、出水率的合理性。

表2 “十二五”煤炭深加工示范項目能效和資源消耗指標（摘錄）

3.凝結水回收利用系統用水參數的合理性識別

參考《化工廠蒸汽系統設計規范》（GB/T 50655—2011）和《化工廠蒸汽凝結水系統設計規范》（GB/T 50812—2013）》規定，凝結水回收率應大于80%，識別項目凝結水回收率的合理性。對于水資源緊缺地區，須分析進一步提高凝結水回收率的可行性。回收的凝結水經過精處理以后可以作為脫鹽水使用，綜合考慮凝結水水質和回用水質要求，分析項目選擇的凝結水精處理工藝的合理性。

4.蒸汽系統用水參數的合理性識別

參考 《化工廠蒸汽系統設計規范》（GB/T 50655—2011），根據蒸汽平衡計算，分析鍋爐的參數和容量配置的合理性。目前化工廠設計標準規范未規定蒸汽系統的汽水損失和鍋爐排污，蒸汽系統的汽水損失與鍋爐排污用水參數的合理性識別可參考《火力發電廠化學設計技術規程》（DLT 5068—2006）、《大中型火力發電廠設計規范》（GB 50660—2011）和《小型火力發電廠設計規范》（GB 50049—2011）等火電廠設計規范。

5.生活用水系統用水參數的合理性識別

參考有關定額標準和設計規范，結合項目所在區域生活用水實際，分析項目生活用水量的合理性。

6.主要工藝裝置用水參數的合理性識別

分析主要工藝裝置生產原理和用水過程，化學反應裝置應緊緊依據化學反應方程進行水量平衡計算，識別用水過程設計和補水、耗水、反應生成水、排水的合理性。

7.廢污水處理系統用水參數的合理性識別

根據不同的廢污水類型，有多種廢污水處理工藝；即使對同種廢污水類型，也可能存在多種處理工藝，首先應針對不同的廢污水類型分別進行廢污水處理工藝方案的經濟技術指標比較，分析項目選擇的廢污水處理工藝的合理性。綜合考慮廢污水水質、廢污水處理工藝、出水水質要求等分析廢污水處理系統處理規模、出水率和排放去向的合理性。

8.濃鹽水處理系統用水參數的合理性識別

濃鹽水處理技術有多種，如稀釋排放、深井回注、蒸發塘自然蒸發和純化+蒸發結晶等。首先應綜合當地氣象條件、環境條件、場地條件、經濟技術指標分析等開展方案比選，分析項目選擇的濃鹽水處理工藝的合理性。特別是對于“近零排放”的煤化工項目，應深入分析濃鹽水處理回用方案的可靠性以及可行性，必要時開展專題分析論證。綜合考慮濃鹽水水質、濃鹽水處理工藝、出水水質要求等分析濃鹽水處理系統處理規模、出水率、排放去向和固體鹽處置的合理性。

三、用水水平評價

目前，我國煤化工行業建設項目水資源論證用水水平評價尚無統一的評價指標體系。全廠用水重復利用率、冷卻水循環率、冷卻塔蒸發損失率、冷卻塔風吹損失率、循環水的濃縮倍數、單位產品新水量和職工人均生活用水量等指標基本可以反映煤化工項目全廠的用水水平，但建議補充一個重要指標，即噸煤新鮮水耗，該指標在《煤炭深加工產業發展政策（征求意見稿）》有明確規定（表 2），雖然《煤炭深加工產業發展政策（征求意見稿）》未正式發布，但業內已將噸煤新鮮水耗作為衡量煤化工項目用水水平評價的重要指標。

[1]賀永德.現代煤化工技術手冊（第二版）[M].北京：化學工業出版社，2010.

[2]張志國，關新玉，張紫平，孫賽.淺析解決煤化工產業水資源缺乏的途徑[J].煤炭工程，2010（3）.

[3]唐宏青.科學發展煤化工是我們的希望[J].石油化工建設，2008（5）.