東北區(qū)域燃煤電廠用水現(xiàn)狀與合理化分析

張 然

(國家能源集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司沈陽分公司,遼寧 沈陽 110100)

0 引言

火電廠是用水、排水大戶,火電用水占工業(yè)用水總量的40%[1]。隨著水資源日益短缺和火電裝機容量持續(xù)增加,提高用水效率與應(yīng)用節(jié)水技術(shù)是實現(xiàn)火電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[2]。目前我國水資源短缺,煤電生產(chǎn)過程中的巨大耗水量己嚴(yán)重阻礙了電力行業(yè)發(fā)展[3],國家對水環(huán)境保護要求不斷提高,燃煤電廠用、排水量和水質(zhì)控制要求日益嚴(yán)格[4]。水平衡測試報告應(yīng)真實反映全廠各系統(tǒng)的詳細用水、排水現(xiàn)狀及單位發(fā)電量取水量水平。通過水平衡試驗工作,可以清晰地了解燃煤電廠全廠水系統(tǒng)概況,為進一步合理用水、節(jié)約用水、不斷提高水的利用率及為節(jié)水技術(shù)改造提供依據(jù)。

本文通過對東北地區(qū)4座燃煤電廠水平衡試驗數(shù)據(jù)的橫向分析,介紹東北地區(qū)燃煤電廠的水系統(tǒng)概況。從燃煤電廠節(jié)用水的技術(shù)特性、管理特性角度,提出燃煤電廠節(jié)用水綜合評價指標(biāo)體系[5],以各廠水平衡試驗數(shù)據(jù)、用水概況為基礎(chǔ)進行分析與研究,為東北區(qū)域電廠節(jié)用水與廢水治理提供路線技術(shù)方法。

1 機組概述

實例1:某燃煤電廠總裝機容量為2×350 MW循環(huán)冷卻機組,水源為地下水和城市污水處理廠中水。地下水供廠區(qū)消防水系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)使用。城市污水處理廠中水進入再生水系統(tǒng)處理達標(biāo)后,補充到1號、2號機組循環(huán)冷卻水塔中。

實例2:某燃煤電廠總裝機容量為2×600 MW直流冷卻機組,電廠冷卻水系統(tǒng)水源為黃海海水,采用明渠取水,主要供給汽輪機凝汽器及輔助設(shè)備作為冷卻用水。淡水設(shè)計水源為海水淡化制水,備用水源取自某河水庫。

實例3:某燃煤電廠總裝機容量為2×350 MW循環(huán)冷卻機組,水源為原水(水庫水)和城市污水處理廠中水。自來水供廠區(qū)消防水系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)、雜水系統(tǒng)使用。城市污水處理廠中水接入廠區(qū)后直接補充至1號、2號機組的循環(huán)冷卻水塔中。

實例4:某燃煤電廠總裝機容量為2×600 MW循環(huán)冷卻機組,水源為地下水和當(dāng)?shù)厣降V務(wù)局某礦水廠提供的疏矸水(水質(zhì)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn))。地下水通過深水泵提取,通過管路輸送到壓力除鐵器進行除鐵等預(yù)處理后,與預(yù)處理后的疏矸水作為全廠的生產(chǎn)用水水源。

2 全廠用水情況

2.1 水務(wù)管理現(xiàn)狀及有關(guān)技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)水平衡測試結(jié)果,各電廠水務(wù)管理現(xiàn)狀及有關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表1,各廠全廠用水出入、輸出情況如圖1所示,各用水系統(tǒng)輸入水量如圖2所示,單位發(fā)電量取水量定額達標(biāo)情況如圖3所示,全廠用水總量與復(fù)用水量對比如圖4所示。

表1 水務(wù)管理現(xiàn)狀及技術(shù)指標(biāo)

圖1 各廠全廠用水出入、輸出水量

圖2 各用水系統(tǒng)輸入水量

圖3 單位發(fā)電量取水量定額達標(biāo)

圖4 全廠用水總量與復(fù)用水量對比

2.2 主要指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

基于DL/T 783—2018《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》和GB/T 18916.1—2012《取水定額 第1部分:火力發(fā)電》的頒布實施對指導(dǎo)火電廠規(guī)劃、設(shè)計、施工和生產(chǎn)運行中的節(jié)水工作具有重要意義,火電廠節(jié)約用水的整體水平一般采用全廠發(fā)電水消耗和全廠復(fù)用水率等指標(biāo)來評價。單位發(fā)電量取水量定額指標(biāo)見表2,消防水系統(tǒng)消耗分析情況如圖5所示。

表2 單位發(fā)電量取水量定額指標(biāo)

圖5 消防水系統(tǒng)消耗分析

生活水評價指標(biāo):根據(jù)GB 50188—2007《城鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》,鎮(zhèn)區(qū)給水工程規(guī)劃建筑氣候Ⅲ區(qū)人均綜合用水指標(biāo)為150～350 L/(人·天),生活水耗與人均綜合用水指標(biāo)限圖如圖6所示。

圖6 生活水耗與人均綜合用水指標(biāo)限值

2.3 水平衡試驗數(shù)據(jù)的橫向分析

由于電力深度調(diào)峰,機組負(fù)荷降低,使脫硫工藝水補水減少,轉(zhuǎn)機冷卻水及濾布沖洗水水量變化較小[6]等諸多方面影響,水平衡測試在各電廠發(fā)電負(fù)荷均達到80%以上時進行,測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,試驗工況和方法均符合國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

a. 消防水系統(tǒng)

由于東北區(qū)域燃煤電廠處于嚴(yán)寒地帶,部分未有保溫措施的室外用水管網(wǎng)存在極大滲漏隱患。由圖5可知,4例燃煤電廠消防水管網(wǎng)均存在滲漏現(xiàn)象,實例2數(shù)值最大為42 m3/h。在生產(chǎn)實踐中用水管網(wǎng)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象得到及時處理是節(jié)水效果最顯著的措施;3例燃煤電廠消防水管網(wǎng)用作他用,為安全生產(chǎn)帶來極大隱患,應(yīng)杜絕此類現(xiàn)象的發(fā)生。流量表計配備情況如圖7所示。

圖7 流量表計配備

b. 生活水系統(tǒng)

由圖6可知,實例1、實例2人均生活水耗高于GB 50188—2007《城鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》鎮(zhèn)區(qū)給水工程規(guī)劃建筑氣候Ⅲ區(qū)人均綜合用水指標(biāo)。經(jīng)調(diào)查,實例1部分衛(wèi)生間存在長流水現(xiàn)象;實例2生活水管道存在嚴(yán)重泄漏現(xiàn)象。

c. 全廠廢水排放

由圖1可知,只有實例3達到全廠廢水零排放要求,其他3個電廠都未滿足零排放要求,其中實例4排放量最大值為237 m3/h,占4座電廠總排放量的57%。經(jīng)調(diào)查,雖實例1、實例3、實例4同樣作為循環(huán)冷卻機組,但是實例1、實例3夏季高溫期其循環(huán)冷卻濃縮倍率為5左右,實例4為3左右。實例4濃縮倍率要求3.5以下,初步判斷為阻垢劑效率低所致。濃縮倍率高會減少補水水量,反之濃縮倍率低對新鮮水的需要量增加。在生產(chǎn)實踐中將循環(huán)水、排污水作為鍋爐補給水處理系統(tǒng)的水源已被越來越多的電廠所采用[7],這是一種減少外排的有效手段。

d. 單位發(fā)電量取水量

由圖3可知,實例4單位發(fā)電量取水量為2.76 m3/MWh,高于GB/T 18916.1—2021《取水定額 第1部分:火力發(fā)電》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)2.35 m3/MWh,其他3個電廠滿足取水定額要求,實例3數(shù)值最佳。

e. 全廠復(fù)用水率

由圖4可知,全廠用水總量與復(fù)用水量數(shù)量級大小,其中圖4全廠復(fù)用水率最低為97.5%。

f. 全廠水系統(tǒng)計量表配備

由圖7可知,實例3流量表計配置率最高,流量計主要集中在化學(xué)除鹽水間配置,其中實例4流量計配備率最低。

g. 全廠水消耗率

由圖8可知,實例3全廠水消耗率最高為100%,實例2最低為63.9%,實例4為循環(huán)冷卻機組最低為76.4%。經(jīng)調(diào)查,實例3配置脫硫廢水零排放系統(tǒng),其工藝為高溫?zé)煔馀月氛舭l(fā)固化工藝。實例2存在生活廢水池、生產(chǎn)廢水池、雨水池存在相互滲漏現(xiàn)象,生活污水處理系統(tǒng)處于停運狀態(tài)。實例4生活污水處理系統(tǒng)處、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)均處于停運狀態(tài)。生活污水處理系統(tǒng)處與工業(yè)廢水處理系統(tǒng)是提高廢水復(fù)用率、降低全廠水耗率的主要手段,通過提升水質(zhì)來滿足全廠廢水梯級利用。流量計配置率與主要用水指標(biāo)關(guān)系如圖9所示。

圖8 全廠水消耗率

圖9 流量計配置率與主要用水指標(biāo)關(guān)系

h. 綜合分析

由圖10可知,流量計配置率與單位發(fā)電量成反比關(guān)系,與全廠水消耗率基本成正比關(guān)系。

圖10 廢水排放率、廢水復(fù)用率、全廠水消耗率

由圖11可知,外排量與復(fù)用水率成反比關(guān)系,與單位發(fā)電取水量成正比關(guān)系。

圖11 水務(wù)管理現(xiàn)狀及技術(shù)指標(biāo)思維導(dǎo)圖

i. 水務(wù)管理現(xiàn)狀及技術(shù)指標(biāo)

由圖11可知,水務(wù)管理技術(shù)指標(biāo)、全廠用水量指標(biāo)、全廠各用水系統(tǒng)、水務(wù)管理特性、東北區(qū)域4座實例燃煤發(fā)電廠及綜合水務(wù)評價之間的邏輯關(guān)系。

3 結(jié)論

a. 水務(wù)管理的現(xiàn)狀及技術(shù)指標(biāo)思維導(dǎo)圖顯示,水務(wù)管理技術(shù)指標(biāo)、全廠用水量指標(biāo)、全廠各用水系統(tǒng)、水務(wù)管理特性、綜合水務(wù)評價等整體系統(tǒng)極為復(fù)雜,電廠應(yīng)做好水務(wù)管理可實現(xiàn)節(jié)水降耗和零排放。

b.4個嚴(yán)重影響關(guān)鍵指標(biāo)的因素為廢水外排,直接影響該廠的經(jīng)濟效益和環(huán)保社會效益,也間接代表著電廠用水梯級利用水平;消防水系統(tǒng)泄漏損失或用其他系統(tǒng)補充水源,會帶來極大的消防系統(tǒng)安全隱患;生活污水處理系統(tǒng)運行水平、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)運行水平、各系統(tǒng)管道泄漏會直接影響該用水系統(tǒng)獨立的用水指標(biāo),直接影響電廠水務(wù)管理水平;流量計配置率直接影響管理人員的智能管控能力及水務(wù)管理體系的相互調(diào)節(jié)能力。

c. 以上東北區(qū)域4座燃煤電廠給排水管網(wǎng)設(shè)計合理,管網(wǎng)清晰,基本做到水分級,但距離分質(zhì)利用還有較大差距。只有實例3達到全廠廢水零排放要求。應(yīng)進一步推進東北區(qū)域燃煤電廠全廠廢水零排放。