青島琦泉農林生物質發電生產用水分析

王 霞，鄭志國

（青島市水文局，山東 青島266071）

青島琦泉生物質發電工程項目位于萊西市望城工業園內友誼路以南、寧波路以東，初步規劃2 臺130 t/h 的高溫高壓中間再熱循環流化床生物質直燃鍋爐配2 臺40 MW 發電機組，農林生物質的年消耗量為33.6 萬t，年發電設備利用小時數為6 000 h，年發電量為48 000×104kW·h，年供電量為43 296×104kW·h，年對外供熱量31.8×104GJ。項目以萊西市污水處理廠的再生水作為水源，采用泵站加壓的方式，經1 根DN250的焊接鋼管送至電廠內。

1 項目用水合理性分析

1.1 用水條件分析

污水處理再生水具有水量穩定、輸水距離相對較短等特點，可為城市工業、生態提供安全可靠的替代水源，是解決缺水問題的戰略選擇，是推進新型城鎮化、加快經濟結構調整、轉變發展方式的客觀需要。電廠使用再生水作為生產用水水源，不僅符合國家產業政策的要求，又節約了地表水、地下水等常規水源，有利于當地水資源的合理配置和有效利用，符合當地水資源條件、規劃和管理的要求。

1.2 用水環節分析

1）用水水量分析。依據項目可行性報告，本工程選用3 臺臥式循環水泵，2 用1 備；冷卻設備選用1 座2 500 m2的自然通風雙曲線冷卻塔；循環采用2 條DN400 的循環水鋼管和1 條鋼筋混凝土自流循環回水溝。該工程對循環水量進行計算，如表1 所示。

青島琦泉農林生物質發電工程新建2×40 MW抽汽機組，全廠補給水量見表2。

由表2 可知，全年用水總量為119.5 萬m3。

2）用水設計參數分析。根據生產工藝要求，本工程工業熱負荷最大為12 t/h，凝結水按60%回收。根據《小型火力發電廠設計規范》，計算汽水損失、鍋爐排污損失、機組啟動或事故增加損失和外供氣損失，得出化學水處理系統出力為19.58 t/h，取20 t/h。

3）用水水平指標分析。由于本項目是一種新興利用可再生能源發電工程，暫時沒有專門的考核標準，所以本次論證指標采用單純發電燃煤火電廠的考核標準進行分析比較。但由于本項目是利用生物質發電，不宜完全套用燃煤火電標準。

①單位裝機容量取水量。采用Vc=Vh/N 進行計算，式中：Vc 為裝機取水量，m3/（s·GW）；Vh為最大取水量，m3/s；N 為裝機容量，GW。計算得出，本工程非采暖期裝機取水量為0.91 m3/（s·GW），采暖期裝機取水量為0.455 m3/（s·GW），單位裝機容量取水量合理。

②單位發電量取水量。單位發電量取水量采用Vui=Vi/Q 進行計算，式中：Vui為單位發電量取水量，m3/（MW·h）；Vi為在一定計量時間內，生產過程中取水量總和，m3；Q 為在一定計量時間內的發電量，MW·h。計算得出，電廠全年發電用水量為118.56 萬m3，年發電量0.48×106MW·h，單位發電產品新水量為2.47 m3/（MW·h），單位發電量取水量合理。

③復用水率。電廠復用水率采用R=（Vr/（Vi+Vr））×100%進行分析計算，式中：R 為重復利用率，%；Vr 為在一定計量時間內，生產過程中的重復利用水量總和，m3；Vi 為在一定計量時間內，生產過程中取水量總和，m3。經計算，本工程非采暖期復用水率為99.09%，采暖期復用水率為99.25%。滿足《中國城市節水2010 年技術進步發展規劃》中95%的指標要求，亦滿足國內火力發電工業用水重復利用率行業先進水平循環冷卻電廠97%的指標要求。

④新水利用率。根據本項目可研報告，電廠非采暖期、采暖期新水量分別為262 m3/h、131 m3/h，排水量分別為59.4 m3/h、23.4 m3/h，因此電廠新水利用率分別為22.67%、17.86%。

⑤循環水利用率。電廠設計冷卻系統循環水量，非采暖期、采暖期分別為12 500 m3/h、9 220 m3/h；冷卻循環系統總用水量，非采暖期、采暖期分別為12 718 m3/h、9 308 m3/h，則非采暖期、采暖期循環水重復利用率分別為98.29%、99.05%。

⑥其他指標。冷卻塔蒸發損失量非采暖期、采暖期分別為156 m3/h、63 m3/h，冷卻蒸發損失率分別為1.23%、0.68%，冷卻蒸發損失率較低。

風吹損失量非采暖期、采暖期分別為6 m3/h、5 m3/h，風吹損失率分別為0.05%、0.05%，基本達到風筒式自然通風冷卻塔風吹損失率0.05%的標準。

4）合理取用水量最終核定。通過分析，項目生產用水合理。根據用水工藝和水量平衡過程，計算項目年取水量為119.5 萬m3/a。考慮到取水地點與用水地點之間的管道輸水損失，最終核定年需取用再生水125.5 萬m（35%輸水損失率）。

2 項目取水水源合理性分析

2.1 污水處理量分析

根據萊西市污水處理廠2014 年實際處理污水量進行分析，萊西市污水處理廠2014 年月處理污水量為182.0 萬～244.9 萬m3，月平均處理水量216 萬m3，合日處理污水量為6.4 萬～7.9 萬m3，日平均處理量為7.1 萬m3，處理水量較為穩定。

2.2 供水穩定性分析

通過計算1～12 月逐日出水水量的日變化系數和方差分析其供水穩定性。

1）日變化系數法。日變化系數為最高日用水量與平均日用水量的比值，一般來說供水規模越大，日變化系數越小，供水規模越小，日變化系數越大。通過計算，1～12 月日變化系數為1.11，日變化系數較小，出水比較穩定。

2）方差法。方差是各個數據與平均數之差的平方和的平均數，用來度量隨機變量與均值之間的偏離程度。通過計算，1～12 月出水水量系列的方差為0.24，方差較小，出水水量較為穩定。

2.3 污廢水收集量預測分析

以2014 年為現狀年、2020 年為規劃水平年，分析預測萊西市污水處理廠可收集處理的污水量。

1）生活污水排放量預測。根據相關成果，預測2020 年萊西市城區人口將達到27.1 萬人，城區居民生活用水定額為120 L/人·d，年生活用水量為1 187 萬m3，生活用水產污系數取0.8，則2020 年萊西市城鎮生活污水排放量為950 萬m3。

2）工業污水排放量預測。根據《山東省萊西市城市總體規劃（2011—2030）》，預測2020 年萊西市城區工業增加值為494.54 億元，萬元工業增加值用水量為9 m3/萬元，則工業用水量為4 450.87 萬m3，工業水產污系數取0.70，則2020年萊西市城區工業污水排放量為3 115.6 萬m3。

3）規劃水平年污水收集量預測。2020 年萊西市城市污水管網收集率將達到0.96，則2020 年萊西市污水處理廠可收集的污廢水量為3 903萬m3，合10.69 萬m3/d。萊西市污水處理廠處理規模為10 萬m3/d，基本可以滿足城市污水接納需求。

2.4 再生水可供水量預測

1）正常年份可供水量分析。在正常年份下，萊西市污水處理廠達到滿負荷運行，處理規模為10 萬m3/d，年處理量3 650 萬m3，按處理水量的80%計算再生水可供水量，則萊西市污水處理廠規劃水平年（2020 年）可供再生水為8 萬m3/d，即2 920 萬m3/a。本項目作為再生水工程的第一用戶，生產用水年取水量僅為125.5 萬m3，再生水水量是有保證的。

2）特枯水年（97%保證率）可供水量分析。根據城市供水應急預案，在特枯水年，對城市生活用水量和工業用水量分別壓減10%，確定萊西市污水處理廠收集范圍內現狀年壓減后的生活和工業用水量。按照折污系數、污水管網收集率預測分析特枯水年（P=97%）污水處理廠可收集的污廢水排放量。特枯年份污水處理廠廢污水量收集量和處理量均按減少10%考慮，則處理量為6.39 萬m3/d，合2 332.35 萬m3/a。按處理水量的80%計算再生水可供水量，為5.11 萬m3/d，合1 865.15 萬m3/a，滿足電廠生產用水需求。

3 意見和建議

1）再生水水質一般不能滿足電廠各項用水環節的水質要求，需進入電廠后進行深度處理，處理達標后方可作為循環冷卻系統用水水源。

2）由于再生水出水不連續，電廠用水為連續用水，因此，電廠應建設一定規模的蓄水池先將再生水儲存起來，再根據電廠用水量需求進行不間斷供水。

3）設立雨水收集池。雨水作為一種寶貴的淡水資源，可收集和處理后應用于電廠雜用水系統，也可作為電廠的補充水源。

4）及時掌握電廠取、用、退水的動態狀況，加強用水管理，合理利用水資源，挖掘節水潛力，發揮水資源的綜合經濟效益。