基于水平衡測(cè)試的火電廠節(jié)水改造及取得效益分析

趙曉波

（寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 寧夏 銀川 750021）

0 引言

當(dāng)前世界各地水資源形勢(shì)十分嚴(yán)峻，水資源短缺、污染程度高以及生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化等問題日漸突出，已成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)健康發(fā)展的主要瓶頸[1]。電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)水資源的需求量極大[2]。在火力發(fā)電過程中，水是傳遞能量、冷卻和清洗的重要保障，是擺在電廠水務(wù)管理人員面前的一個(gè)現(xiàn)實(shí)而重要的課題[3]。因此，電廠水務(wù)管理者需要采取更加科學(xué)有效、更有針對(duì)性的節(jié)水手段，從技術(shù)和管理的角度多管齊下，提高用水管理的合理性和科學(xué)性，降低電廠的生產(chǎn)運(yùn)行成本。

1 水平衡測(cè)試

1.1 寧夏某電廠水平衡測(cè)試

本次水平衡測(cè)試依據(jù)DL/T 606.5—2009《火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則第5 部分：水平衡試驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)定。以寧夏某電廠為例，2 臺(tái)機(jī)組的發(fā)電總負(fù)荷基本穩(wěn)定在661～667 MW 之間，達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，滿足水平衡試驗(yàn)對(duì)發(fā)電負(fù)荷的要求。試驗(yàn)過程中采取水表計(jì)法、容積法、超聲波流量計(jì)法和統(tǒng)計(jì)法等測(cè)試方法。

1.1.1 化學(xué)制水系統(tǒng)

化學(xué)制水系統(tǒng)的主要工作就是將原水凈化，從而形成除鹽水，不斷為整個(gè)火電廠的除鹽水系統(tǒng)提供水源。化學(xué)制水系統(tǒng)示意圖及水平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見圖1，圖中數(shù)據(jù)均為水平衡試驗(yàn)期間的平均值。

圖1 化學(xué)制水系統(tǒng)示意圖（單位：m3/h）

由圖1 可知，化學(xué)制水系統(tǒng)進(jìn)口水流量、除鹽水流量以及化學(xué)水處理過程中外排水總量分別為98.4 m3/h、70.4 m3/h 和28.2 m3/h，經(jīng)計(jì)算，除鹽水制水率為71.5%。

1.1.2 除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)

除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)示意圖及水平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見圖2，圖中數(shù)據(jù)均為水平衡試驗(yàn)期間的平均值。

圖2 除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)示意圖（單位：m3/h）

由圖2 可知，除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)口流量與除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)用水總流量分別為70.4 m3/h、72.5 m3/h，計(jì)算可得系統(tǒng)水不平衡率為3.0%，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±4%的范圍內(nèi)，說明除鹽水及機(jī)組汽水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)、出水流量處于基本平衡狀態(tài)。

1.1.3 復(fù)用水系統(tǒng)

復(fù)用水系統(tǒng)是將廢水處理系統(tǒng)回用水集中至清水池，經(jīng)清水池泵供給機(jī)械通風(fēng)冷卻塔、脫硫系統(tǒng)用水及綠化用水。復(fù)用水系統(tǒng)示意圖及水平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見圖3，圖中數(shù)據(jù)均為水平衡試驗(yàn)期間的平均值。

圖3 復(fù)用水系統(tǒng)示意圖（單位：m3/h）

由圖3 可知，復(fù)用水系統(tǒng)總進(jìn)水量為128.7 m3/h，系統(tǒng)用水流量為125.7 m3/h，復(fù)用水系統(tǒng)不平衡率為2.33%，符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)±4%，說明復(fù)用水系統(tǒng)進(jìn)、出水量在平衡狀態(tài)下。

1.1.4 循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)示意圖及水平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見圖4，圖中數(shù)據(jù)均為水平衡試驗(yàn)期間的平均值。

圖4 循環(huán)水系統(tǒng)示意圖（單位：m3/h）

1.1.5 生活水系統(tǒng)

生活水系統(tǒng)包括生活水池、生活水泵及各用戶。生活水系統(tǒng)水平衡測(cè)試給水、排水及損耗明細(xì)見表1。

表1 寧夏某電廠水平衡測(cè)試給水、排水明細(xì)表

由表1 測(cè)量結(jié)果可知，測(cè)試期間電廠新鮮水用量、二次利用水量和循環(huán)水總量分別為382.4 m3/h、235.5 m3/h 和18 786.7 m3/h，經(jīng)計(jì)算，各系統(tǒng)損耗水量為384.5 m3/h

1.1.6 脫硫用水系統(tǒng)

脫硫用水系統(tǒng)用水主要來自于機(jī)械通風(fēng)冷卻塔、工業(yè)蓄水池、中和池的水量，包括工藝水箱、脫硫系統(tǒng)用水、脫硫廢水處理系統(tǒng)和干灰加濕用水等。脫硫用水系統(tǒng)示意圖及水平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見圖5。圖中的數(shù)據(jù)均為水平衡試驗(yàn)期間的平均值。

圖5 脫硫用水系統(tǒng)（單位：m3/h）

從圖5 可知，脫硫系統(tǒng)總補(bǔ)水量與總耗水量分別為249.3 m3/h、245.1 m3/h，經(jīng)計(jì)算，脫硫系統(tǒng)水不平衡率為1.69%。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±4%的范圍內(nèi)，說明脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出水量維持基本平衡狀態(tài)。

1.2 測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)

1）循環(huán)水蒸發(fā)、風(fēng)吹損失率與排污損失率分別為1.4%、2.2%，排污損失率較高。

2）除鹽水站產(chǎn)水率為71.5%，屬正常范圍。

3）廠區(qū)平均生活用水量達(dá)39.7 m3/h，在除去臨時(shí)用水26.5 m3/h 之后，按照火電廠內(nèi)共有固定人員800 人次進(jìn)行計(jì)算，可以得出火電廠人均生活取水量為396 L/d。寧夏人均用水額度為154.10 L/d，對(duì)比可知，電廠人均生活耗水量處于較高水平。

4）火電廠鍋爐排污水量為54.1 m3/h，電廠2 臺(tái)鍋爐的最大蒸發(fā)量為4 420 t/h。計(jì)算可得出鍋爐排污率為1.23%，能夠滿足凝汽式電廠排污率1%～2%的規(guī)定。

5）脫硫系統(tǒng)損耗水量達(dá)197.9 m3/h，所損失的水量大約占比總損耗量384.5 m3/h 的51.5%，損失率與其他系統(tǒng)相比較高。經(jīng)調(diào)取DCS 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，其主要原因是脫硫系統(tǒng)排煙溫度高于設(shè)計(jì)值約25 ℃，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)蒸發(fā)損失量過大，損耗水量也高于設(shè)計(jì)值。

2 節(jié)水改造策略

2.1 脫硫系統(tǒng)節(jié)水方案

一般而言，只要鍋爐排煙溫度升高15 ℃，鍋爐熱效率就會(huì)相對(duì)降低1%。如果將鍋爐排煙溫度降低30 ℃，鍋爐的熱效率則可以提高2%～3%以上。鍋爐排煙溫度降低，能夠大幅度降低脫硫時(shí)因高溫造成的水蒸發(fā)損失。電廠可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，并制定切實(shí)可行的電廠2×660 MW 機(jī)組鍋爐煙氣余熱再利用方案，在機(jī)組鍋爐尾部煙道內(nèi)分為高低溫兩段布置換熱器，在電除塵入口處布置高溫段一段，在引風(fēng)機(jī)出口至脫硫前煙道之間布置低溫段一段，吸收煙氣余熱，來加熱凝結(jié)水，凝結(jié)水自軸加出口接出，按照一定分流系數(shù)，回水既可回至7 號(hào)低加出口，也可回到6 號(hào)低加出口，以保證在50%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行煙氣余熱回收和防腐控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水的目的。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水方案

脫硫系統(tǒng)用水采用循環(huán)水系統(tǒng)排水，但因脫硫系統(tǒng)耗水量較大，造成裝置循環(huán)水濃縮倍率僅為1.4 左右，不滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—97）“敞開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)不宜小于3.0”的要求。因此，應(yīng)盡快實(shí)施機(jī)組鍋爐煙氣余熱再利用項(xiàng)目，降低脫硫系統(tǒng)用水，提高循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率，降低水資源浪費(fèi)率。

2.3 生活用水節(jié)水方案

測(cè)試結(jié)果表明，電廠平均生活用水量為39.7 m3/h，去除臨時(shí)用水26.5 m3/h 之后，按照火電廠內(nèi)固定人員800 人次計(jì)算，人均生活取水量為396 L/d，相比于寧夏80～150 L/d 的人均用水定額指標(biāo)，呈較高狀態(tài)。電廠應(yīng)加強(qiáng)生活用水管理，進(jìn)一步降低生活用水消耗量。

3 結(jié)論

1）經(jīng)過對(duì)寧夏某電廠主要處理系統(tǒng)的水量進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果分析可知，火電廠的供水系統(tǒng)不平衡率為2.4%，其他二級(jí)系統(tǒng)水平衡試驗(yàn)的不平衡率最高值與最低值分別為3.5%、2.3%，都可以滿足一級(jí)水平衡的不平衡率≤±5%、二級(jí)水平衡的不平衡率≤±4%的要求，說明本次試驗(yàn)使用的測(cè)試方法與結(jié)果達(dá)到合理標(biāo)準(zhǔn)。

2）水平衡測(cè)試表明，電廠復(fù)用水率、脫鹽水出水率和鍋爐排污率等均符合相關(guān)指標(biāo)要求，用水水平較高。

3 火電廠水平衡測(cè)試在滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行，新水用水量達(dá)382.4 m3/h，相比于設(shè)計(jì)用水量指標(biāo)471 m3/h，降低了88.6 m3/h。如果按照設(shè)計(jì)年生產(chǎn)時(shí)間為6 500 h 計(jì)算，新水用水量相比于設(shè)計(jì)用水量，每年可減少約57 萬m3。

4）鑒于生活及脫硫系統(tǒng)的不合理用水，電廠應(yīng)盡快對(duì)其加強(qiáng)管理及技術(shù)改造，提高水資源利用率。

5）預(yù)計(jì)節(jié)水工程全部實(shí)施后，將減少新鮮水取用量約60 萬m3，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。