燃氣電廠水平衡測試及節水建議

張志國，鄧瑞霞，郝同杰

(1.國家電投集團河南電力有限公司技術信息中心，鄭州 450001； 2.國家電投集團新鄉豫新發電有限責任公司，河南 新鄉 453011)

0 引言

水平衡測試是研究水系統的輸入、輸出和損失之間的平衡關系，是做好節水工作、實現科學、合理用水管理的一項基礎性工作。通過對電廠各類取、用、排、耗水的水量及水質進行測定，摸清用水、排水的現狀，合理評價當前的用水水平，找出節水潛力，優化用水系統[1]?；痣姀S作為耗水大戶，水資源是其生產和發展中最為關切的問題之一。隨著國家對節水、用水管理的重視與加強，新的節水技術推廣應用和不斷改進，火電廠包括燃氣電廠做好水務管理，降低單位發電取水量，將會具有非常重要的現實意義。

某燃氣電廠建設2×390 MW級單軸燃氣-蒸汽聯合循環機組，于2007年正式投產。鍋爐采用三壓、再熱、無補燃、自然循環、臥式余熱鍋爐，汽輪機為上海電氣-SIEMENS生產的軸向排汽雙流程表面式汽輪機，與燃氣輪機匹配組成燃氣-蒸汽聯合循環發電系統。水系統由循環水、化學水處理、生活水和消防水等系統組成。循環水和消防水系統水源為中水(備用水源為黃河水)，化學水處理和生活水系統水源為城市自來水。為了掌握用水現狀，尋找節水潛力及將來實施零排放準備,該廠進行了水平衡測試工作。

1 燃氣電廠水平衡測試

1.1 水平衡測試的原則及依據

水平衡測試依據DL/T 606.5—2009《火力發電廠能量平衡導則第5部分：水平衡試驗》(以下簡稱DL/T 606.5—2009)、DL/T 1052—2016《電力節能技術監督導則》(以下簡稱DL/T 1052—2016)和電廠各水系統設計資料。測試時選擇在常規工況下進行，且運行機組的發電負荷穩定在全廠總裝機容量的80%以上[2-3]。

1.2 水平衡測試項目及內容

水平衡試驗的測試內容如下：各系統各部分水量的測定；電廠總取水量、總用水量、復用水量、循環水量、消耗水量的測定；電廠廢、污水處理系統、全廠總排水量、回收利用水量的測定；計算電廠復用水率、循環水率、損失水率和循環水濃縮倍率；計算電廠發電取水量、單位發電取水量。按用途和流程把全廠水系統分成6個子系統，分別是#1機組循環水系統、#2機組循環水系統、化學除鹽水系統(含熱力系統)、生活水系統、消防水系統以及其他雜用水系統。

表1 全廠各主要用水系統用水情況統計Tab.1 Statistics of water consumption of major water systems in the plant

圖1 某燃氣電廠水平衡(m3/h)

Fig.1 Water balance in a gas-fired power plant (m3/h)

1.3 水平衡測試方法

水平衡測試期間，部分被測系統上有計量表的，經過比對確認指示準確直接抄表記錄。部分被測系統上無計量表可使用便攜超聲波流量計測定流量。被測系統上既無流量表，又無法使用便攜超聲波流量計測定的，通過間接測量計算出流量數值。少部分流量不穩定且較小的，可采用容積法折算成小時平均流量。

2 水平衡測試結果

經過對全廠6個子系統的現場測試，對測試數據處理后，按照實際取水、用水、排水等情況完成了各主要用水系統用水情況統計，見表1。根據各子系統用水來源、類別及名稱、簡單工藝流程和流向繪制出全廠水量平衡圖，如圖1所示。

3 結果評價及各系統用水分析

測試期間，2臺機組平均發電負荷為641.8 MW，約占全廠總裝機容量的82.9%，滿足試驗發電負荷要求。從表1數據分析知：該燃氣電廠的新鮮取水量與總耗、排水量之和基本平衡，水量不平衡率全廠范圍在±5%以內，符合標準DL/T 606.5—2009的要求。全廠平均發電取水量為1 000.100 m3/h，依據平均負荷計算得出全廠平均單位發電量取水量為1.56 m3/(MW·h)，優于GB/T 18916.1—2012《取水定額 第一部分 火力發電》標準中300 MW級單位發電量取水量2.75 m3/(MW·h)；復用水率為97.8%，符合標準DL/T 1052—2016全廠復用水率不低于95%的要求；循環水排污水約376.00 m3/h直接外排，沒有開展回用，明顯不符合DL/T 1052—2016內循環水回收利用率應大于90%的要求。

3.1 循環水系統

2臺機組循環水系統排污水量分別為178.00 m3/h和198 m3/h，排污量較大。循環水平均濃縮倍率約為2.24和2.27，標準DL/T 1052—2016中規定采用地表水、地下水或海水淡化水作為補充水，濃縮倍率不小于5.0，濃縮倍率與之相比較低，導致循環水排污量較大。

3.2 生活水系統

全廠生活水用量約6.50 m3/h，按廠內職工共200人計算，人均生活取水量為0.03 m3/h，對比同等規模火力發電廠人均生活用水量(0.01～0.02 m3/h)指標，人均生活取水量偏大。產生的生活污水經地埋式一體化生活污水處理系統處理后外排至城市污水管網，流量為5.00 m3/h。

3.3 消防及其他雜用水系統

消防水系統補水量為2.60 m3/h，存在沒有火警使用消防水的情況。其他雜用水系統包括綠化用水等雜用水。凈補水量為3.00 m3/h，來源為生活用水1.00 m3/h和消防水池2.00 m3/h，存在浪費水資源現象。

3.4 除鹽水系統

化學車間廢水約32.10 m3/h、鍋爐化學取樣水約0.60 m3/h、機房凝結水泵密封水和真空破壞閥密封水0.50 m3/h、定冷水箱溢流水0.40 m3/h都排至雨水系統，沒有進行分類綜合利用，最終與循環水排污水一并排至廠外城市雨水管網。

4 節水措施及建議

循環水排污水量大，是2臺機組循環水濃縮倍率偏低導致的，應適當提高循環水濃縮倍率。該燃氣電廠凝汽器材質為TP316，循環水處理方式為加阻垢劑、硫酸聯合處理，現有阻垢性能動態模擬試驗結果建議運行濃縮倍率不超過3.5。循環水補充水全分析顯示總硬度(以碳酸鈣計)達560 mg/L，未經任何預處理直接補進水塔，限制了濃縮倍率的提高。建議新建預處理系統對補充水進行處理，降低補充水中的致垢性離子濃度，提升循環水濃縮倍率。如提高濃縮倍率至4.5，可減少新鮮取水量和外排廢水量約260.00 m3/h[4]。

做好廢水的分類綜合利用。水處理工藝為全膜法，大部分水質較好，針對該燃氣電廠未建設廢水處理系統，建議將盤式過濾器沖洗水、超濾濃水、超濾反洗水、一級反滲透沖洗水、電去離子(EDI)極水等化學廢水回收至循環水系統；把鍋爐化學取樣水、機房凝結水泵密封水和真空破壞閥密封水回收至循環水系統；綜合利用處理后的生活污水，將其作為綠化用水或者循環水系統的補水。通過上述方式可減少新鮮取水量及外排水量約18.00 m3/h。

做好用水精細化管理。杜絕定冷水箱溢流現象和消防水系統非正常使用；加強生活水用水管理，普及節約用水理念，避免浪費和不合理用水。

5 結束語

通過本次水平衡測試，基本厘清了該電廠取水、用水、排水、耗水的情況，針對廠內用水現狀，提出了針對性的節水建議。該燃氣電廠節水的關鍵在于降低循環水排污量及化學車間廢水綜合利用率。減少循環水排污量，可通過新建可靠、可行的循環水補充水預處理系統提高循環水濃縮倍率來實現。實施后，單位發電用水量可降至1.13 m3/(MW·h)，大大提高水務管理水平，隨著水資源費的上漲和環保政策的收緊，節水效益將會更加明顯。