火力發(fā)電廠節(jié)水優(yōu)化研究

國能電力技術工程有限公司 王帥濤

中國境內火電廠正面臨水資源緊缺，生產成本上升，生產過程中產生的廢水量較大，且無法外排，更不能廠內自主消納的緊迫境況，做好優(yōu)化水管網、有效節(jié)水工作就顯得尤為重要。《取水定額 第一部分：火力發(fā)電》（GB/T 18916.1-2012）標準注明：循環(huán)開式冷卻機組，300MW及以上火力發(fā)電機組單位發(fā)電取水量2.75m3/MW·h，600MW 及以上火力發(fā)電機組單位發(fā)電取水量為2.40m3/MW·h；空氣直接及間接冷卻機組，300MW及以上火力發(fā)電機組單位發(fā)電量取水量0.63m3/MW·h，600MW 及以上火力發(fā)電機組單位發(fā)電量取水量為0.53m3/MW·h，一定數量的火力發(fā)電廠可能會存在超標，且由于所處地理位置及環(huán)境因素，水資源較為短缺，用水價格逐年升高，電廠不得不尋找可行性較強的節(jié)水、優(yōu)化方案，來緩解廠內的壓力，從而減小生產生活成本。

1 節(jié)水的原則

火力發(fā)電廠節(jié)水工作最為重要的是：依附科學、分質回收、分質處理、分質利用、梯級利用等的方針，否則不僅不會給電廠減小壓力，而且會帶來更大更多的棘手問題。

2 節(jié)水的前提

定期計量全廠各個流量計數據，數據應全面且準確。只有在確保計量的數據全面準確的前提下，分配各水量和水質對應的下級系統(tǒng)用戶，上級系統(tǒng)給水能被下級系統(tǒng)全部吸收消耗。

火力發(fā)電廠各種水管網的每個關鍵位置（節(jié)點、關口）都應安裝水流量計，流量計安裝的位置包括但不限于以下點位：全廠取水各總管處，廠內各類型水池補水管處，預處理系統(tǒng)各設備進水和產水管，生活水泵出口母管及主要生產生活單位進水管，同時應在關鍵地井設置流量計，便于查漏。消防水系統(tǒng)的穩(wěn)壓小泵及大泵出口管，全廠消防水管網主要管路，工業(yè)水泵出口母管流量和各支路（冷卻用戶可不計），循環(huán)水至脫硫用水系統(tǒng)管路，循環(huán)水各補水管路，循環(huán)水各排水管路，化學制水系統(tǒng)生水取水管路，化學各制水設備進水、產水、反洗、再生管路，脫硫用水系統(tǒng)各補水管路，脫硫廢水至用戶管，灰?guī)臁⒃鼛臁⒒覉鲇盟堋Ｒ陨衔恢茫瑧鶕恢眉八|安裝不同測量原理的流量計，避免因加裝不合適流量計造成數據偏離實際，也增大成本，流量計所測數據都應上傳至電廠運行DCS，應有累積量。為保證流量計測量數據的準確性，依據規(guī)定，應在一定時間內校驗全廠所有流量計，此工作宜委托至屬地計量院，每年一次。

3 節(jié)水的依據

《能量平衡導則 第五部分：水平衡試驗》（DL/T606.5-2009）中明確要求：全廠各用水系統(tǒng)不平衡率σ（即總給水量和各分支水量之和的誤差）必須滿足一級水系統(tǒng)不平衡率應小于等于±5%，二級水系統(tǒng)不平衡率應小于等于±4%，三級水不平衡率應小于等于±3%[1]。定期計量各流量計流量，對比上下級用水系統(tǒng)計算不平衡率有沒有超出電力標準的規(guī)定，超出規(guī)定的，立即查找問題，有沒有存在計量不完整，私接亂用或水管泄漏的可能，找到問題并及時處理，以防造成更大的損失。

統(tǒng)計各用水系統(tǒng)各設備、裝置用水量，并且和其出廠設計值及同批次設備比對，尋找偏離的緣由，采取相應對的改造手段，以降低成本。將鍋爐補給水系統(tǒng)各設備的產水率，與出廠額定值對比有無達標，如果偏離額定值較多，應邀請行業(yè)專家分析此問題，并提出解決方案，以降低能耗、藥耗、水耗。

4 節(jié)水的措施

以16個電廠水平衡測試結果來分析，火力發(fā)電廠各水系統(tǒng)一般分為：原水取水系統(tǒng)、預處理系統(tǒng)、生活用水系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、工業(yè)用水系統(tǒng)、鍋爐補給水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、脫硫用水系統(tǒng)、脫硝用水系統(tǒng)、輸煤用水系統(tǒng)、輸灰用水系統(tǒng)及灰場用水。

4.1 預處理系統(tǒng)

預處理系統(tǒng)處理電廠的各類取水，達到一定指標后，供向全廠各用水系統(tǒng)（生活及消防水系統(tǒng)除外），處理過程中會產生一定量的污泥，應經過脫泥機處理，泥水分離，泥送到灰場掩埋，泥水送回預處理系統(tǒng)再處理，或送至工業(yè)廢水處理、脫硫用水系統(tǒng)回收利用，避免排污。

4.2 生活用水系統(tǒng)

生活用水系統(tǒng)管網遍布全廠各個角落，生活水泵時刻處于運行狀態(tài)，深埋地下，導致了生活水系統(tǒng)存在漏點，也較難被發(fā)現(xiàn)，從而造成較大的水資源浪費，增加了生產成本。《城市居民生活用水量標準》（GB/T 50331-2002）中詳細規(guī)定了全國各地城市居民生活用水量，電廠可定期計量生活水泵出口母管的流量，用以計算全廠人均用水量，與國標比較，根據水平衡試驗經驗，若大于國標4倍以上，應核查全廠生活水管網。根據廠內人員生活規(guī)律，可多次查看凌晨0-5時及9-17時電廠生活水泵出口母管的流量，兩個時間段數據比對，是否有較大差別，且0-5時泵口母管流量降至0m3/h，則生活水無漏點，可能存或私接亂用現(xiàn)象；若泵口流量有較少降低，也可說明存在私接亂用現(xiàn)象。存在漏點或私接亂用現(xiàn)象，應先全廠排查私接亂用情況，可分區(qū)域停供生活水，根據停供區(qū)域缺水情況，確定存在漏點的區(qū)域，或設備缺水情況，再縮小生活水停供區(qū)域，確定存在問題的管路。廠內人員生活中，將產生一定量的污水，需經污水處理系統(tǒng)處理后，與雨水混合儲存，夏季可用作為全廠綠化用水，水量過大無法全部消耗時，應送至工業(yè)廢水處理系統(tǒng)處理回用，避免產生一定量的排污，也可減小全廠原水取水量。

4.3 消防水系統(tǒng)

消防水系統(tǒng)在未發(fā)生火災的情況下，是不存在水量損失的。根據國家法律規(guī)定，消防用水不能移作他用，否則觸犯國家法律法規(guī)。16個電廠，6個電廠消防水穩(wěn)壓泵存在頻繁啟停現(xiàn)象。如消防水穩(wěn)壓泵存在啟停情況，應測量穩(wěn)壓泵起泵狀態(tài)下，泵出口有無流量，如有流量，說明消防水系統(tǒng)存在移作他用或泄露的可能，應在夜里0-5時觀測啟泵規(guī)律及泵口流量，與白班對比有無變化，如無啟停現(xiàn)象，說明白班工作中存在私接亂用消防水現(xiàn)象，如對比無變化，則懷疑消防水管網存在漏點或私接亂用現(xiàn)象，應先全廠排查私接亂用情況，可分區(qū)域停供消防水，根據停供區(qū)域消防穩(wěn)壓泵啟停情況，確定存在問題的區(qū)域，及設備缺水情況，再縮小消防水停工區(qū)域，確定存在問題的管路。

4.4 工業(yè)用水系統(tǒng)

工業(yè)用水系統(tǒng)一般為廠內各主要用水系統(tǒng)及油庫供水，油庫會產生含油廢水，含油廢水經過含油廢水處理設備處理后，16個電廠中多數電廠含油廢水極少，處理設備長期處于停運狀態(tài)，如存在漏點可分別將各支管停水，確定漏水支管，進而縮小查漏范圍。

全廠各系統(tǒng)產生的大部分廢水收集于廢水處理系統(tǒng)，包括但不限于處理后的生活污水、鍋爐補給水系統(tǒng)產生的高低含鹽廢水、精處理反洗和沖洗水、機組汽機側的少量雜用的排水、以及閉式水箱的溢流水等。全部集中回收，將造成水質較好的水被污染，直接增加了處理的物耗和能耗，增加生產成本。16個火力發(fā)電廠中12個電廠有此類問題存在。依據梯級用水、分質利用的原理，精處理系統(tǒng)反沖洗的水、汽機側雜用排水、閉式水箱的溢流水等，電導較低、水質較好，可單獨回收至化學超濾水箱或反滲透水箱，降低鍋爐補給水系統(tǒng)的物耗，一定程度加長了各制水設備反洗和再生時間。化學制水系統(tǒng)高含鹽廢水應處理部分離子后，送往脫硫用水系統(tǒng)，低含鹽廢水應進行濁度、懸浮物等處理，送至綠化或化學生水箱回收再利用。

4.5 循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)，是廠內大部分設備的冷卻用水系統(tǒng)，由于日常的蒸發(fā)和風吹損失，導致循環(huán)水濃縮倍率升高，輸水管道存在一定的結垢風險，同時冷卻效果降低，影響電廠安全穩(wěn)定運行。則需補充低電導水，同時增加排污，使?jié)饪s倍率維持在一個較為合理和科學的數值。開展循環(huán)水動態(tài)模擬試驗是非常必要的，可根據補水水質及循環(huán)冷卻塔的設計參數，計算合理的濃縮倍率、補水量、排污水量，避免因補水量過多提高生產成本，加大排污，增加廠內污水處理壓力，同時增加了外排的風險。循環(huán)水排水有一定含鹽量，同時存在微生物，回用需按照分質處理、分值利用的原則。小型機力通風塔排水量較少，可供脫硫工藝水系統(tǒng)用水。涼水塔的蒸發(fā)和風吹損失很大，排水量也很大，不處理可以直接用于脫硫用水系統(tǒng)或輸灰用水系統(tǒng)，但還是無法全部消耗，電廠應該進行改造，建立廢水零排放系統(tǒng)，處理循環(huán)水排水以及場內其他無法處理的廢水，處理后的水可以回用到鍋爐補給水系統(tǒng)和工業(yè)用水系統(tǒng)供。

循環(huán)水風吹蒸發(fā)損失占全廠取水量較大比重，統(tǒng)計16個電廠中4家濕冷機組，循環(huán)冷卻塔補水量如下：

表1 四個電廠總取水量及循環(huán)水補水量

由上表可知，涼水塔的蒸發(fā)風吹和排水損失占全廠總取水量的80%以上，可適當降低涼水塔的蒸發(fā)和風吹損失，全廠總取水量將有一定降低。可在涼水塔頂部加裝收水器，適當降低回水溫度等措施，都會降低涼水塔的蒸發(fā)和風吹損失，從而降低全廠總取水量，也大大降低了廠內污水處理壓力。全廠單位發(fā)電取水量將得到一定降低，對于電廠評選省市縣各級節(jié)水型企業(yè)，有較大助益。

4.6 鍋爐補給水系統(tǒng)

鍋爐補給水系統(tǒng)，在制機組生產所需純水的過程中，會產生一定量的低含鹽廢水（懸浮物和濁度較大），高含鹽廢水（離子濃度較高），低含鹽廢水可送至預處理裝置或工業(yè)廢水處理系統(tǒng)處理。高含鹽廢水經酸堿中和池處理，可以送至廢水零排放進行處理，或直接送至脫硫用水系統(tǒng)利用，若無預處理及廢水零排放系統(tǒng)，混合送至工業(yè)廢水處理系統(tǒng)處理，處理后送至脫硫用水系統(tǒng)，低含鹽廢水也可用作綠化水，節(jié)省原水取水量，且避免外排。

4.7 脫硝用水系統(tǒng)

因脫硝用水系統(tǒng)設備和結構因素，補水一般為純水，連同尿素溶解稀釋或水解后噴入爐膛，不會產生污水。

4.8 脫硫用水系統(tǒng)

本系統(tǒng)為全廠用水系統(tǒng)的末端，可以接收一定量循環(huán)水系統(tǒng)的排污、工業(yè)廢水處理后的水等各種廢水。脫硫用水系統(tǒng)可消納的廢水水量有限，空冷機組的脫硫系統(tǒng)可以全部消納廠內污廢水，開式循環(huán)冷卻機組，排水量過大，廠內不能全部消納，如無法排污，急需建立廢水零排放系統(tǒng)，處理全廠各種污廢水，再回收利用，降低排放壓力，同時降低全廠總取水量。

4.9 輸煤用水系統(tǒng)

本系統(tǒng)用水主要為輸煤棧橋、皮帶、區(qū)域地面的沖洗以及煤場噴淋，沖洗水經過地溝及管道收集到煤水處理間的收集池待處理，處理后的廢水應在輸煤用水系統(tǒng)內循環(huán)利用，避免造其他水系統(tǒng)污染。16個電廠中四川電廠將處理后的含煤廢水用于循環(huán)水的補水，含煤廢水濁度和懸浮物等指標較大，經過處理后，雜質依然很多，多數呈黑色，勢必污染循環(huán)水，使循環(huán)水管路堵塞結垢等的風，各設備冷卻效果變差，嚴重時會影響機組安全運行。注意廢水收集池液位，定期補充新鮮水，工業(yè)水和處理后的工業(yè)廢水可作為補水，注意補水的氯離子，避免腐蝕輸煤用水系統(tǒng)的管道及地面。

4.10 輸灰用水系統(tǒng)

本系統(tǒng)用水實際為電廠灰渣庫拌濕，灰場抑塵。脫硫廢水可作為補水，循環(huán)水的排水、處理后對的工業(yè)廢水、鍋爐補給水系統(tǒng)的高含鹽廢水等因為可作為補水，考慮到冬季會渣庫拌濕及灰廠灑水結冰情況，電廠的灰渣庫及灰場也可以全部消耗廠內的脫硫廢水。16個電廠，平均脫硫廢水為7.5m3/h。其中某新疆電廠濕法脫硫漿液中Cl-1超高，為保證Cl-1維持在一個安全的水平，排出的脫硫廢水較多，夏季可完全消納脫硫產生的廢水，冬季脫硫產生的廢水為27.25m3/h，灰?guī)彀铦裼玫墓I(yè)水為33.06m3/h，渣庫拌濕用的機力通風塔來水8.65m3/h，共41.71m3/h。由此可見，如全廠灰渣庫拌濕用水全部改用為脫硫廢水，可以解決脫硫系統(tǒng)冬季產生的廢水無法處理的問題，直接降低了電廠生產成本。

5 其他節(jié)水措施

除此之外，常規(guī)的監(jiān)督工作也應同時進行，即開展冬夏季兩個工況的全廠水平衡試驗。水平衡試驗是針對全廠與水有關系統(tǒng)設備設施，開展的一項計量排查評價優(yōu)化工作。如廠內存在以下情況：新建火力發(fā)電機組投入運行一年內；主要用水系統(tǒng)及設備將要或已經進行了較大的改擴建，運行方式發(fā)生了變化；單位發(fā)電量耗水量超過其他相同裝機容量、運行工況相近機組平均水平，或偏離設計值較大；在實施節(jié)水優(yōu)化或廢水零排放工程改造之前[2]；距上次開展水平衡試驗已3-5年時間。需開展一次全廠水平衡試驗，全面測量全廠各取、用、排、耗，了解電廠各系統(tǒng)各設備現(xiàn)實用水水平。

通過以上方法，定期開展全廠水平衡試驗，查找廠內節(jié)水潛力，優(yōu)化用水管網，提出節(jié)水措施，可一定程度降低電廠原水取水量，降低單位發(fā)電量取水量、耗水量，提高全廠復用水率，并緩解電廠因無法排污造成的廢水無法消納的壓力，使廠內水務工作更加標準和科學。在廠內水管網存在問題時，可較快發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，避免較大損失。