空冷機(jī)組水平衡試驗(yàn)及節(jié)水策略

張利，康衛(wèi)東，張懷軍

（1.神華國(guó)能寧夏煤電有限公司，寧夏銀川751400；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250003）

空冷機(jī)組水平衡試驗(yàn)及節(jié)水策略

張利1，康衛(wèi)東1，張懷軍2

（1.神華國(guó)能寧夏煤電有限公司，寧夏銀川751400；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250003）

介紹火電廠水平衡測(cè)試的必要性、原則要求、試驗(yàn)程序，并通過(guò)某電廠2×660 MW超臨界空冷機(jī)組的水平衡試驗(yàn)展示水平衡試驗(yàn)的工作流程、試驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理方法，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)該廠用水水平、用水合理性進(jìn)行了分析，找出薄弱環(huán)節(jié)及節(jié)水潛力，提出改善建議。

水平衡；節(jié)水；空冷機(jī)組

0 引言

水資源是電力生產(chǎn)的動(dòng)脈，是僅次于燃料的重要資源。我國(guó)人均淡水資源占有量?jī)H為世界平均值得1/4，屬于缺水國(guó)家，而且水資源分布嚴(yán)重不均，西、北部地區(qū)缺水問(wèn)題非常突出。從我國(guó)近幾年的電力發(fā)展趨勢(shì)及電力發(fā)展規(guī)劃來(lái)看，火電布局正逐漸向“三北”地區(qū)集中，這主要是源于降低燃料運(yùn)輸成本的需要，也是我國(guó)未來(lái)10年的能源戰(zhàn)略部署。但我國(guó)“三北”地區(qū)淡水資源匱乏，所以大力提高節(jié)水水平，降低發(fā)電水耗，是電力長(zhǎng)期發(fā)展的迫切要求。

近年來(lái)，隨著人們對(duì)節(jié)約資源的重視程度增加、節(jié)水技術(shù)的發(fā)展加上政策的推動(dòng)，我國(guó)電力節(jié)水水平已取得了很大進(jìn)步。但整體來(lái)看與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大的差距。新近設(shè)計(jì)建設(shè)的發(fā)電廠，在節(jié)水方面大都給與了比較充分的考慮，在節(jié)水工藝選擇、水處理設(shè)施、循環(huán)利用方式等方面為電廠運(yùn)行中控制水資源消耗提供了較好的硬件基礎(chǔ)。但在機(jī)組投入運(yùn)行后，運(yùn)行方式的合理性、節(jié)水設(shè)施運(yùn)行可靠性、水務(wù)管理方式等方面直接關(guān)系到實(shí)際水耗，而且設(shè)計(jì)本身也可能有優(yōu)化空間。對(duì)于老機(jī)組節(jié)水技術(shù)改造大空間可能更大。如果要徹底摸清用水水平，水平衡試驗(yàn)是不可缺少的。進(jìn)行水平衡試驗(yàn)是企業(yè)自身加強(qiáng)水務(wù)管理，提高用水合理性的需要，也是法規(guī)要求。

根據(jù)DL/T 606.5—2009《火電廠能量平衡導(dǎo)則》要求，火電廠在以下任何一種條件下，都應(yīng)進(jìn)行水平衡試驗(yàn)：新機(jī)組投產(chǎn)一年內(nèi)；用水系統(tǒng)、設(shè)備進(jìn)行改造，工況發(fā)生較大變化；實(shí)際單位取水量與同類機(jī)組或設(shè)計(jì)水耗相比明顯偏高；節(jié)水或零排放工程之前［1］。

1 水平衡試驗(yàn)

某2×600 MW超臨界燃煤直接空冷機(jī)組，商運(yùn)后進(jìn)行了大量的節(jié)水改造，為了摸清電廠用水現(xiàn)狀，進(jìn)一步挖掘節(jié)水潛力，進(jìn)行了全廠水平衡試驗(yàn)。

1.1 原則要求

機(jī)組同時(shí)正常運(yùn)行，且運(yùn)行機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷占全廠總裝機(jī)容量的80%以上，保證試驗(yàn)結(jié)果能夠反映真實(shí)用水水平；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作應(yīng)以不影響電廠正常運(yùn)行生產(chǎn)為前提；所有試驗(yàn)儀表應(yīng)經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，其精度應(yīng)滿足GB 17167—2006的要求；當(dāng)采取輔助方法測(cè)量時(shí)，要選取負(fù)荷穩(wěn)定的用水工況進(jìn)行測(cè)量，平行測(cè)量次數(shù)不少于3次；水平衡試驗(yàn)宜在冬季、夏季工況分別進(jìn)行；火力發(fā)電廠水量不平衡率σ應(yīng)符合要求，全廠范圍σ＜+5%，系統(tǒng)范圍σ＜+4%，用水設(shè)備σ＜+3%［1］。

1.2 試驗(yàn)程序

1.2.1 基本情況

查清以下基本情況：機(jī)組容量、臺(tái)數(shù)、投產(chǎn)日期，機(jī)組基本參數(shù)；水源情況；全廠近3年的取水、用水、排水情況；已采取的節(jié)水措施；主要用水設(shè)備的臺(tái)數(shù)、設(shè)備規(guī)范；全廠水系統(tǒng)管網(wǎng)及水計(jì)量?jī)x表安裝情況。

1.2.2 劃分用水體系

電廠用水設(shè)備眾多，為了進(jìn)行水平衡試驗(yàn)，需根據(jù)工藝流程、系統(tǒng)功能，劃分若干相對(duì)獨(dú)立的用水體系，先分別對(duì)單個(gè)用水體系進(jìn)行測(cè)試，再匯總出全廠水平衡結(jié)果。根據(jù)試驗(yàn)電廠實(shí)際用水情況，全廠水系統(tǒng)按工藝系統(tǒng)性質(zhì)劃分為以下幾個(gè)用水體系：一級(jí)用水體系、輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)、化學(xué)除鹽水系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、廢水處理及回用系統(tǒng)、生活用水系統(tǒng)、尖峰冷卻系統(tǒng)。

1.2.3 測(cè)試項(xiàng)目

對(duì)一個(gè)用水體系，測(cè)試項(xiàng)目及水平衡如圖1所示。

圖1 水平衡基本關(guān)系圖

輸入表達(dá)式：Vf+Vs+Vcy=Vt

輸出表達(dá)式：Vt=V′cy+Vd+V′s+Vl+Vco

針對(duì)一個(gè)特定的用水體系，水平衡就是總輸入與總輸出的平衡，當(dāng)實(shí)測(cè)的不平衡率在導(dǎo)則要求的范圍內(nèi)，即表明水平衡試驗(yàn)結(jié)果是有效的［2］。

1.2.4 測(cè)試方法

測(cè)試管道上有計(jì)量?jī)x表的，記錄累積流量，但需要用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行校核；測(cè)試管道上無(wú)水量計(jì)量?jī)x表的，采用便攜式流量計(jì)或其他不影響管道正常運(yùn)行的輔助測(cè)量?jī)x表測(cè)量；測(cè)試管道上無(wú)水量計(jì)量?jī)x表的且無(wú)法使用便攜式等輔助流量計(jì)測(cè)定的，首先測(cè)定其他相關(guān)管道或系統(tǒng)的流量，然后通過(guò)邏輯關(guān)系計(jì)算得出該管道的流量數(shù)據(jù)；對(duì)于連續(xù)穩(wěn)定的水渠流量的測(cè)定（輔機(jī)循環(huán)水量），采用電磁明渠流速儀測(cè)量；對(duì)于間斷性通水的管道，臨時(shí)安裝超聲波流量計(jì)測(cè)試?yán)鄯e流量；輔機(jī)冷卻水蒸發(fā)及風(fēng)吹損失量，參考GB/T 50102—2003《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算；尖峰冷卻系統(tǒng)無(wú)法計(jì)量的排污量，利用濃縮倍率測(cè)試值進(jìn)行核算。

1.3 分系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

依據(jù)試驗(yàn)方案，夏季工況和冬季工況分別對(duì)7個(gè)用水體系進(jìn)行了水平衡測(cè)試，夏季測(cè)試時(shí)間168 h，冬季累積時(shí)間96 h。各個(gè)用水體系的水平衡圖如圖2所示（圖中數(shù)據(jù)為：夏季流量/冬季流量）。

1.3.1 一級(jí)用水系統(tǒng)

一級(jí)用水系統(tǒng)平衡圖如圖2所示。考慮水箱液位修正，一級(jí)用水系統(tǒng)不平衡率：夏季σ=-1.5%，冬季σ=1.7%。

1.3.2 輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)

輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)平衡圖如圖3所示。夏季不平衡率σ=6.1%。輸出總流量比輸入總流量減少了30.7 m3/h，有誤差方面的原因（風(fēng)吹損失及蒸發(fā)損失均只能采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算），系統(tǒng)不明泄漏也是可能的原因。冬季不平衡率σ=（203-195.7）/203× 100%=3.6%。

1.3.3 生活水系統(tǒng)

生活水系統(tǒng)平衡圖如圖4所示。生活水損失水量是無(wú)法實(shí)際測(cè)試的，利用邏輯關(guān)系計(jì)算而得，所以不平衡率不適用于該系統(tǒng)。

1.3.4 機(jī)組尖峰冷卻裝置

尖峰冷卻系統(tǒng)平衡圖見(jiàn)圖5～6。蒸發(fā)損失及風(fēng)吹損失及排污量均無(wú)法實(shí)測(cè)，是根據(jù)冷卻塔經(jīng)驗(yàn)公式、濃縮倍率及邏輯關(guān)系計(jì)算而得（假定系統(tǒng)無(wú)泄漏），所以不平衡率不適用于該系統(tǒng)。

圖2 一級(jí)用水系統(tǒng)平衡圖

圖3 輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)平衡圖

圖4 生活水系統(tǒng)平衡圖

圖5 1號(hào)尖峰冷卻系統(tǒng)平衡圖

1.3.5 脫硫系統(tǒng)

脫硫系統(tǒng)平衡圖見(jiàn)圖7。脫硫消耗水量（隨煙氣損失）是無(wú)法實(shí)際測(cè)試的，利用邏輯關(guān)系計(jì)算而得（假定系統(tǒng)無(wú)泄漏），所以不平衡率不適用于該系統(tǒng)。

圖6 2號(hào)尖峰冷卻系統(tǒng)平衡圖

圖7 2號(hào)脫硫系統(tǒng)平衡圖

1.3.6 化學(xué)除鹽水系統(tǒng)

化學(xué)除鹽水系統(tǒng)平衡圖見(jiàn)圖8。考慮測(cè)試期間除鹽水箱液位修正，夏季不平衡率σ=－1.2%。冬季不平衡率σ=-0.8%。

1.3.7 工業(yè)廢水處理及回用系統(tǒng)

工業(yè)廢水處理及回用系統(tǒng)平衡圖見(jiàn)圖9。夏季排水泵房回用水量，現(xiàn)場(chǎng)條件限制，未能取得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，是利用邏輯關(guān)系計(jì)算而得。冬季工業(yè)水池液位修正后的不平衡率σ=0.9%。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

水平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理應(yīng)從設(shè)備到系統(tǒng)，再?gòu)南到y(tǒng)到全廠，數(shù)據(jù)處理主要目的是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出全廠水平衡圖，計(jì)算出全廠總用水量、取水量、復(fù)用水量、消耗水量、排放水量以及各類用水比例，計(jì)算單位發(fā)電取水量、復(fù)用水率、排放率、廢水回收率等用水指標(biāo)，作為用水評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)［1］。

圖8 化學(xué)除鹽水系統(tǒng)平衡圖

圖9 廢水處理及回用系統(tǒng)平衡圖

2.1 全廠水平衡圖

根據(jù)各用水體系水平衡測(cè)試結(jié)果，繪制出全廠水平衡圖如圖10（圖中數(shù)據(jù)為：夏季流量/冬季流量）。

圖10 全廠水平衡圖

全廠不平衡率，夏季δ=-2.5%，冬季δ=-3.9%，滿足DLT 606.5—2009火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則要求（+5%以內(nèi)）。

2.2 用水評(píng)價(jià)指標(biāo)

計(jì)算全廠復(fù)用水率、排放水率、鍋爐補(bǔ)水率、單位裝機(jī)取水量、單位發(fā)電取水量、廢水回收率等指標(biāo)，見(jiàn)表1。

2.3 各類用水及耗水占比

各用途新鮮水用水及水消耗量的比例見(jiàn)圖11～14。

圖11 夏季新鮮水用戶用水占比

表1 全廠用水評(píng)價(jià)指標(biāo)

圖12 冬季新鮮水用戶用水占比

圖13 夏季各用途水消耗量占比

圖14 冬季各用途水消耗量占比

3 用水分析評(píng)價(jià)及建議

3.1 用水指標(biāo)評(píng)價(jià)

該電廠地處西北缺水地區(qū)，在設(shè)計(jì)時(shí)就盡可能采用節(jié)水工藝，考慮節(jié)水措施，包括采用空冷技術(shù)，干除灰，一水多用，廢水回用，工程投運(yùn)后，又進(jìn)行了一系列的節(jié)水改造工作，全廠用水處于比較合理的水平。

年均單位發(fā)電取水量為0.42 m3/MWh，單位裝機(jī)取水量為0.09m3/（s·GW），均滿足DL/T 783—2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》及GB/T 18916.1—2012《取水定額第1部分火力發(fā)電》中耗水指標(biāo)要求［3-4］。

夏季實(shí)際裝機(jī)取水量高于設(shè)計(jì)用水指標(biāo)0.105 m3/（s·GW），但與設(shè)計(jì)相比，工藝發(fā)生了較大變化，為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要，2臺(tái)機(jī)組均增加了尖峰冷卻裝置，夏季尖冷系統(tǒng)消耗水量，占全廠總耗水量的51%，如果排除尖峰冷卻裝置增加的水消耗量，裝機(jī)取水量為0.06 m3/（s·GW），遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。

全廠年均水復(fù)用率96.4%，符合《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》中不低于95%的要求［3］。冬季2號(hào)機(jī)組鍋爐補(bǔ)水率1.7%，超出《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》中要求的范圍（＜1.5%）。廠區(qū)廢水排放率0%，回收率100%，全部處理后回收利用，沒(méi)有外排水。

3.2 問(wèn)題及建議

冬季2號(hào)機(jī)組鍋爐補(bǔ)水率偏高，主要由于擔(dān)心水質(zhì)問(wèn)題，暖風(fēng)器、換熱站凝結(jié)水沒(méi)有回收到熱力系統(tǒng)，而是引入機(jī)組排水槽。建議電廠只在暖風(fēng)器、換熱站投運(yùn)初期水質(zhì)極差時(shí)排入機(jī)組排水槽，水質(zhì)穩(wěn)定后，即使不符合正常回收到除氧器，也可以考慮引入凝汽器回收，利用精處理去除微量雜質(zhì)。

供給廠外的臨建區(qū)生活用水，其生活污水目前沒(méi)有回收處理。建議增設(shè)生活污水處理設(shè)施，將臨建區(qū)的生活污水處理后回用到綠化、噴灑、沖洗等用途，實(shí)施后每年將節(jié)約用水10萬(wàn)t以上。

廠區(qū)生活用水量（夏季22.6 m3/h，冬季26.4 m3/h），遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)中核定的生活用水量（10 m3/h），具有一定的節(jié)水空間。建議電廠增加主要用水點(diǎn)水表配置，采用節(jié)水型衛(wèi)生器具，加強(qiáng)生活用水監(jiān)督管理。

尖峰冷卻系統(tǒng)濃縮倍率過(guò)高（試驗(yàn)期間夏季最高18.4 t/h，冬季16.0 t/h，有導(dǎo)致?lián)Q熱管及系統(tǒng)管道表面結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。造成這種現(xiàn)象的原因在于，排污采用手動(dòng)操作方式，根據(jù)濃縮倍率的測(cè)試結(jié)果，手動(dòng)操作進(jìn)行排污。由于機(jī)組負(fù)荷和晝夜氣溫的變化，導(dǎo)致實(shí)際的尖冷蒸發(fā)量波動(dòng)很大，要控制一定的濃縮倍率，排污量也需要及時(shí)地變化，手動(dòng)操作是無(wú)法跟上這種變化趨勢(shì)的，導(dǎo)致某些時(shí)間排污量過(guò)小，濃縮倍率過(guò)高，系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，某些時(shí)間排污量過(guò)大，造成水資源浪費(fèi)。建議對(duì)排污方式進(jìn)行技術(shù)改造，尖冷排污改為自動(dòng)控制，根據(jù)在線水質(zhì)檢測(cè)情況，及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)排污量，從而控制濃縮倍率處在相對(duì)穩(wěn)定的合理范圍，解決手動(dòng)操作無(wú)法及時(shí)跟隨水質(zhì)變化導(dǎo)致的系統(tǒng)結(jié)垢或水資源浪費(fèi)的弊端。

電廠設(shè)計(jì)規(guī)劃水源，一是礦井疏干水，二是水庫(kù)黃河水，目前全部由水庫(kù)供水。如果礦井疏干水具備供水條件，建議盡量采用疏干水作為輔機(jī)循環(huán)水補(bǔ)水，減少新鮮水用水量。但更換水源前，必須針對(duì)相應(yīng)水質(zhì)，對(duì)輔機(jī)循環(huán)水阻垢控制方案重新進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，防止水質(zhì)控制方式不當(dāng)造成換熱器表面結(jié)構(gòu)及腐蝕。

為強(qiáng)化水務(wù)管理，企業(yè)應(yīng)建立完整的用水技術(shù)檔案（技術(shù)改造方案、用水排水歷史記錄、及時(shí)更新的管網(wǎng)系統(tǒng)圖，計(jì)量?jī)x表布置圖等等），做好計(jì)量?jī)x表維護(hù)，定期對(duì)水量數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析，如發(fā)生明顯不平衡現(xiàn)象，及時(shí)查找原因，防止水資源的無(wú)端浪費(fèi)［5］。

4 結(jié)語(yǔ)

水平衡試驗(yàn)是企業(yè)強(qiáng)化水務(wù)管理，保證水資源合理利用的必要條件，用水企業(yè)尤其電廠等用水大戶應(yīng)積極推進(jìn)水平衡試驗(yàn)的開(kāi)展。通過(guò)水平衡試驗(yàn)，徹底摸清各用水體系取水、耗水、排水情況，找出薄弱環(huán)節(jié)及節(jié)水潛力，優(yōu)化水資源利用方式，同時(shí)也為同類機(jī)組挖掘節(jié)水潛力提供有益借鑒。

［1］電力行業(yè)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).火力發(fā)電廠質(zhì)量平衡測(cè)試導(dǎo)則：DL/T 605.5—2009［S］.北京：中國(guó)電力出版社.

［2］全國(guó)能源基礎(chǔ)和管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).企業(yè)水平衡測(cè)試通則：GB/T 12452—2008［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

［3］電力行業(yè)汽輪機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則：DL/T783—2001［S］.北京：中國(guó)電力出版社.

［4］全國(guó)能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).取水定額第1部分火力發(fā)電：GB/T 18916.1—2012［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

［5］許臻，楊寶紅，王正江，等.火電廠水平衡優(yōu)化及用水指標(biāo)分析［J］.熱力發(fā)電，2007，36（5）：1-4.

Air Cooling Unit Water Balance Test and Water Saving Strategy

ZHANG Li1，KANG Weidong1，ZHANG Huaijun2
（1.Shenhua Guoneng Ningxia Coal and Electricity CO.Ltd，Yinchuan，751400，China；2.Shandong Zhongshi yitong Group Co.，Ltd，Jinan 250003，China）

The necessities，principles，requirements and procedures of the water-balance test are presented.The procedures，the test contents and data processing method of the water-balance test are discussed by a test of a 2×660 MW supper-critical aircooling unit.Based on the experimental results，the water consumption level and the rational use of water in the plant are analyzed.Finally the weak link and water saving potential are found out，and improvement suggestions are put forward.

water balance；water saving；air-cooling power plant

TM621

A

1007－9904（2017）05－0062－07

2016-12-04

張利（1973），男，高工，從事發(fā)電廠生產(chǎn)管理工作。