火電廠水效領(lǐng)跑者指標(biāo)標(biāo)桿標(biāo)準(zhǔn)分析

(1.南京市長(zhǎng)江河道管理處，江蘇 南京 210011；2.南京市水務(wù)局，江蘇 南京 210036)

我國城市用水中，工業(yè)用水量占比超過70%，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)用水比例還會(huì)增大，工業(yè)節(jié)水對(duì)于水資源的保護(hù)具有重要意義。電力行業(yè)是關(guān)系國計(jì)民生和社會(huì)發(fā)展的重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，目前我國電源結(jié)構(gòu)中仍以火電為主[1]。火力發(fā)電是指利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸汽，再由水蒸汽推動(dòng)發(fā)電機(jī)來發(fā)電的方式的總稱[2]。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國火電用水量占工業(yè)用水量的40%，年排放工業(yè)廢水約占全國工業(yè)排放量的10%。火電行業(yè)是我國節(jié)水減排和節(jié)能降耗的重點(diǎn)行業(yè)，隨著水資源的短缺、水價(jià)和排污費(fèi)的提高，火電廠水效提升問題已成為當(dāng)務(wù)之急。

水效領(lǐng)跑者是指在同類可比范圍內(nèi)水資源利用效率處于領(lǐng)先水平的企業(yè)或單位[3]。開展水效領(lǐng)跑者行動(dòng)可以推進(jìn)行業(yè)節(jié)水減排，提高水資源利用效率。由于不同企業(yè)間用水效率不同，必須在行業(yè)內(nèi)建立水效標(biāo)桿[4]。本文選取典型火電廠為例，構(gòu)建火電廠水效標(biāo)桿，將其作為火電廠水效狀況評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，為火電行業(yè)水資源管理目標(biāo)設(shè)定提供參考依據(jù)。

1 火電廠用水特征分析

火電廠主要用水系統(tǒng)包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、脫硫(脫硝)用水系統(tǒng)、除渣除灰及灰場(chǎng)噴灑用水系統(tǒng)、煤場(chǎng)沖洗及噴灑用水系統(tǒng)和廠區(qū)生活消防及綠化用水系統(tǒng)等6個(gè)用水系統(tǒng)。其中，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在電廠耗水總量中占了很大比例。火電廠生產(chǎn)用水主要包括循環(huán)冷卻用水、工業(yè)冷卻用水、化學(xué)系統(tǒng)用水、脫硫脫硝用水、除渣除灰用水等。

火電廠間用水量差異較大，根據(jù)火電產(chǎn)業(yè)分類，燃料、冷卻方式、裝機(jī)規(guī)模大小的不同對(duì)用水均有影響，且隨季節(jié)變化而變化。

2 火電廠水效指標(biāo)體系

在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范給出的水效指標(biāo)基礎(chǔ)上，通過文獻(xiàn)查閱、實(shí)際調(diào)研等方法，結(jié)合火電行業(yè)用水特征和水資源利用特點(diǎn)，針對(duì)火電廠用水、排水特性，選取適于火電廠的用水、耗水指標(biāo)。

2.1 火電廠供水水效指標(biāo)

a.單位發(fā)電量取水量：火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)發(fā)電需要從各種常規(guī)水資源提取水量。計(jì)算公式見式(1)：

(1)

式中Vui——單位發(fā)電量取水量，m3/(MWh)；

Vi——在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)過程中取水量總和，m3；

Q——在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量，MWh。

b.全廠復(fù)用水率：在生產(chǎn)過程中使用2次及以上的水量(包括循環(huán)水量、串用水量和回用水量)占總用水量的比例。計(jì)算公式見式(2)：

(2)

式中 ?——全廠復(fù)用水率，%；

Qf——全廠復(fù)用水量，包括循環(huán)水、串用水和回收利用水量，m3；

Qz——全廠總用水量，包括廠區(qū)和廠前區(qū)各系統(tǒng)生產(chǎn)、生活所使用的新鮮水和復(fù)用水，不包括廠外生活區(qū)用水量，m3。

c.循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于水分蒸發(fā)、風(fēng)吹損失等情況使循環(huán)水不斷濃縮的倍率(以補(bǔ)充水作基準(zhǔn)進(jìn)行比較)，是衡量水質(zhì)控制好壞的一個(gè)重要綜合指標(biāo)。一般是根據(jù)循環(huán)水中某一種組分的濃度或某一性質(zhì)與補(bǔ)充水中某一組分的濃度或某一性質(zhì)之比來計(jì)算的。計(jì)算公式見式(3)：

(3)

式中C循——循環(huán)水中某一組分的濃度；

C補(bǔ)——補(bǔ)充水中某一組分的濃度。

d.全廠補(bǔ)水率：全廠補(bǔ)水率是指補(bǔ)入鍋爐、汽機(jī)設(shè)備及其熱力循環(huán)系統(tǒng)和其他生產(chǎn)用除鹽水的總量占鍋爐實(shí)際總蒸發(fā)量的比例(全廠補(bǔ)水率=生產(chǎn)補(bǔ)水率+輔助生產(chǎn)補(bǔ)水率)。計(jì)算公式見式(4)：

(4)

式中Lqc——全廠補(bǔ)水率，%；

Dqc——全廠補(bǔ)水總量，m3；

∑D——鍋爐總蒸發(fā)量，m3。

e.灰水比：灰水比是燃煤火電廠用水送灰的一個(gè)指標(biāo)。常用質(zhì)量比和體積比2種方式表示，計(jì)算公式見式(5)：

(5)

式中Azl——灰、渣與水的重量比；

Szl——水力輸送灰、渣時(shí)的用水量；

Hzl——水力輸送灰、渣重量。

2.2 火電廠耗排水水效指標(biāo)

a.單位發(fā)電量廢水排放量：燃煤發(fā)電企業(yè)每發(fā)1kWh千瓦時(shí)電能(含供熱折算部分)所排放的廢水?dāng)?shù)量，用來反映廢水排放強(qiáng)度。計(jì)算公式見式(6)：

(6)

式中GPSfs——單位發(fā)電量廢水排放量，kg/(kWh)；

Qfs——廢水排放量，t；

Wf——發(fā)電量，kWh。

b.全廠汽水損失率：全廠鍋爐、汽輪機(jī)設(shè)備及熱力循環(huán)系統(tǒng)由于泄露引起的汽、水損失量占鍋爐實(shí)際總蒸發(fā)量的比率。計(jì)算公式見式(7)：

(7)

式中Lqs——汽水損失率，%；

Dqs——全廠汽水損失量，m3；

∑D——鍋爐總蒸發(fā)量，m3。

其中：

Dqs=Dfd-(Dwq+Dzy+Dws+Dca)+Dpw

式中Dwq——對(duì)外供汽量，m3；

Dzy——熱力設(shè)備及其系統(tǒng)自用水量，m3；

Dws——對(duì)外供水量，m3；

Dca——鍋爐吹灰用汽量，m3；

Dpw——鍋爐排污水量，m3；

Dqs——外部回到熱力系統(tǒng)的水量，m3。

c.廢水回收利用率：在生產(chǎn)過程中，回收利用的廢水總量占電廠產(chǎn)生廢水總量的百分比。公式見式(8)：

(8)

式中Kf——廢水回收利用率，100%；

Qfsd——全廠回收利用的廢水總量，m3/h；

Qfs——生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢水總量，m3/h。

d.鍋爐排污率：鍋爐排污(包括鍋爐化學(xué)清洗排水、空預(yù)器沖洗排水等)占鍋爐總蒸發(fā)量的比例。計(jì)算公式見式(9)：

(9)

式中Lpw——鍋爐排污率，%；

Dpw——鍋爐排污水量，m3；

∑D——鍋爐總蒸發(fā)量，m3。

3 火電廠水效指標(biāo)標(biāo)桿標(biāo)準(zhǔn)分析

3.1 典型火電廠水平衡測(cè)試資料分析

華能南京金陵發(fā)電有限公司位于南京市棲霞經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，北臨長(zhǎng)江。該廠于2013年被評(píng)為江蘇省節(jié)水型企業(yè)，節(jié)水工作頗具成效，單位發(fā)電量取水量為0.24m3/MW·h，遠(yuǎn)低于單位發(fā)電量取水定額0.46m3/MW·h的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，單位產(chǎn)品取水量達(dá)到了國內(nèi)同行業(yè)的領(lǐng)先水平，因此選取該廠作為火電廠水效領(lǐng)跑者的典型案例進(jìn)行分析。

華能南京金陵發(fā)電有限公司二期工程(2×1030MW)燃煤機(jī)組水源直接取自長(zhǎng)江，通過循環(huán)水泵升壓后送入循環(huán)水母管供二期用戶，一部分至凝汽器和閉冷器冷卻換熱后即直接排回長(zhǎng)江；另一部分則經(jīng)原水升壓泵輸送至凈水站和補(bǔ)給水處理系統(tǒng)，經(jīng)過各水處理系統(tǒng)處理后分別進(jìn)入工業(yè)、化學(xué)、消防、生活水池和除鹽水箱，再供給不同的設(shè)備。凝汽器循環(huán)冷卻水和開式循環(huán)冷卻水回水排放至長(zhǎng)江；經(jīng)處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)廢水串用于脫硫系統(tǒng)；雨水和部分沖洗水收集至雨水井，通過雨水泵排放。

根據(jù)其水平衡測(cè)試結(jié)果，該廠取自長(zhǎng)江的水量為2246000m3/d，其中用于生產(chǎn)和生活的原水為10719m3/d，用于直流冷卻水的水量為2235281m3/d。機(jī)組直流冷卻水使用后僅水溫有所升高，無污染物產(chǎn)生，不作為廢水。因此在全廠水平衡中不計(jì)入取用水量。根據(jù)測(cè)試及匯總，二期燃煤機(jī)組從循環(huán)水進(jìn)水管抽取來自長(zhǎng)江的新鮮水為10719m3/d；總用水量1756794m3/d；復(fù)用水量為1746075m3/d；廢水總量為4710m3/d(包括脫硫廢水和工業(yè)廢水)；全廠總消耗水量為10210m3/d；總排放水量為509m3/d(均為各種沖洗用水)；所有廢水全部回收利用。二期燃煤機(jī)組的水平衡測(cè)試與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯總(詳見表1)。

3.2 火電廠水效指標(biāo)標(biāo)桿標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1 火電廠供用水水效指標(biāo)領(lǐng)跑值分析

通過對(duì)華能金陵二期火電廠水平衡測(cè)試結(jié)果相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，并應(yīng)用式(1)～式(5)對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算，得出華能金陵二期火電廠供用水水效指標(biāo)值。以《重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)用水效率指南》數(shù)值指標(biāo)為參考，建立火電廠供用水水效指標(biāo)領(lǐng)跑值(詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2)。

表1 水平衡測(cè)試與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯總 單位：m3/d

注*根據(jù)《取水定額 第1部分：火力發(fā)電》(GB/T18916.1—2012)，循環(huán)冷卻機(jī)組中，600WM級(jí)及以上、300WM級(jí)、<300MW級(jí)單位發(fā)電量取水量定額分別為2.40m3/(MW·h)、2.75m3/(MW·h)、3.20m3/(MW·h)，直流冷卻機(jī)組分別為0.46m3/(MW·h)、0.54m3/(MW·h)、0.79m3/(MW·h)，空氣冷卻機(jī)組分別為0.53 m3/(MW·h)、0.63m3/(MW·h)、0.95m3/(MW·h)。

3.2.2 火電廠耗排水水效指標(biāo)領(lǐng)跑值分析

通過對(duì)華能金陵二期火電廠水平衡測(cè)試結(jié)果相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，并應(yīng)用式(6)～式(9)對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，得出華能金陵二期火電廠耗排水水效指標(biāo)值。以《重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)用水效率指南》數(shù)值指標(biāo)為參考，建立火電廠耗排水水效指標(biāo)領(lǐng)跑值(詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3)。

注**《電力行業(yè)(燃煤發(fā)電企業(yè))清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系2015》I級(jí)基準(zhǔn)值規(guī)定單位發(fā)電量廢水排放量為0.15kg/(kW·h)。

3.3 火電廠節(jié)水潛力分析

通過表2和表3可以看出：全廠復(fù)用水率、全廠補(bǔ)水率、廢水回收利用率水效領(lǐng)跑取值與國際先進(jìn)水平相近；但單位發(fā)電量耗水量、單位裝機(jī)容量取水量、循環(huán)冷卻水濃縮倍率、單位發(fā)電量廢水排放量、鍋爐排污率取值為國內(nèi)領(lǐng)先水平，與國際先進(jìn)水平還有差距，節(jié)水空間大，具有較大的節(jié)水潛力。

火電廠的節(jié)水主要從用水和排水2個(gè)方向來實(shí)現(xiàn)：?采用節(jié)水型的系統(tǒng)，從循環(huán)冷卻水系統(tǒng)損失、除灰系統(tǒng)用水和循環(huán)水排污3個(gè)系統(tǒng)著手，減少新鮮水用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水；?廢水處理回用，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電廠的廢水進(jìn)行處理，充分回收各種廢水，提高水的重復(fù)利用率。

4 結(jié)論與建議

本次分析研究了我國火電廠水資源的取用耗排現(xiàn)狀，通過對(duì)華能南京金陵發(fā)電有限公司二期2×1030MW燃煤機(jī)組水平衡測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，闡明了火電廠水資源利用的特點(diǎn)，通過對(duì)火電廠各類水效指標(biāo)的研究，分析了火電廠節(jié)水潛力。主要得出以下結(jié)論：

a.火電廠供用水水效代表性指標(biāo)共5項(xiàng)，核心指標(biāo)1項(xiàng)，為單位發(fā)電量取水量。根據(jù)單機(jī)容量與機(jī)組冷卻形式的不同，指標(biāo)的水效領(lǐng)跑值有所差別，單機(jī)容量600WM級(jí)及以上、300WM級(jí)、<300MW級(jí)的循環(huán)冷卻機(jī)組單位發(fā)電量取水量水效領(lǐng)跑值分別為1.49 m3/(MW·h)、1.55 m3/(MW·h)、1.70m3/(MW·h)，以上3種單機(jī)容量直流冷卻機(jī)組的單位發(fā)電量取水量水效領(lǐng)跑值分別為0.29m3/(MW·h)、0.30 m3/(MW·h)、0.36m3/(MW·h)，單位發(fā)電量取水量水效領(lǐng)跑值分別為0.31 m3/(MW·h)、0.32 m3/(MW·h)、0.39 m3/(MW·h)；其他4項(xiàng)供用水水效指標(biāo)為輔助性指標(biāo)：?全廠復(fù)用水率，125MW及以上機(jī)組領(lǐng)跑值為95%，嚴(yán)重缺水地區(qū)125MW及以上機(jī)組領(lǐng)跑值為98%；?循環(huán)冷卻水濃縮倍率指標(biāo)領(lǐng)跑值為3～5；?全廠補(bǔ)水率指標(biāo)領(lǐng)跑值為1.9%；?灰水比領(lǐng)跑值為1∶3。

b.火電廠排水水效代表性指標(biāo)共4項(xiàng)，核心指標(biāo)1項(xiàng)，為單位發(fā)電量廢水排放量，領(lǐng)跑值為0.11kg/(kW·h)。其他3項(xiàng)排水水效指標(biāo)為輔助性指標(biāo)：?廢水回收利用率領(lǐng)跑值為95%；?全廠汽水損失率指標(biāo)分為200MW及以上機(jī)組、100MW-200MW機(jī)組、100MW以下機(jī)組，領(lǐng)跑值分別為小于鍋爐額定蒸發(fā)率的1.5%、2.0%、3.0%；?鍋爐排污率指標(biāo)領(lǐng)跑值為0.93。

c.上述火電廠水效跑者水效指標(biāo)標(biāo)桿標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展水平存在差異，與國際先進(jìn)水平還有差距。因此我國火電廠在用水與排水方面還存在較大的節(jié)水潛力，采用空冷機(jī)組、氣力除灰、高濃縮倍率循環(huán)技術(shù)等節(jié)水措施，進(jìn)一步提升水效指標(biāo)值。