電廠智慧水務管理系統在漢川電廠的應用與實踐

［摘 要］國家實施取水許可制度，對火電廠確定了每兆瓦發電量取水定額和管理要求，為達到先進火電廠取水定額指標并進一步提高水資源利用效率，漢川電廠建設電廠智慧水務管理系統對全廠水系統實施動態實時管理，不僅對水量進行監管，還對水系統運行狀態、水質指標進行實時監管，使電廠水務管理從過去依靠人工定期整理數據– 分析– 決策的滯后性管理轉變為實時整理數據– 動態分析– 智能專家診斷預警的前置性管理，采用專業算法和數字化開發能力相結合，對水量、水質、水系統運行健康狀態全方位進行智能水務管理，在減少人力勞動成本的同時實現了節水目標。

［關鍵詞］水平衡；動態水平衡；智慧水務管理

［中圖分類號］TM621 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）02–0159–03

1 漢川電廠水系統概述

國電漢川發電有限公司始（以下簡稱“漢川電廠”）建于1989 年，坐落于湖北省漢川市新河鎮，南倚長江最大支流——漢江，北臨107國道和京珠高速公路，廠用鐵路專線與漢丹鐵路線相連，處于湖北電網鄂東負荷中心，國家“七五”重點能源建設項目，湖北省第1 家裝機容量達到百萬千瓦的火力發電廠，擁有我國第1 臺國產引進型30 萬kW 機組。

目前，全廠裝機容量332 萬kW，其中一、二期4臺33 萬kW 機組（A、B 廠）冷卻水為直流冷卻水系統，三期2 臺100 萬kW 機組（C 廠）冷卻水為間冷開式循環冷卻水，水源全部取自漢江，年取水量近63 661萬t，其中直流循環取水62 049 萬t，冷卻塔開式循環取水1 612 萬t。全廠水系統主要包含水源取水系統、循環水系統、開式水系統、工業水系統、消防水系統、煤場沖洗水系統、生活污水系統、廢水處理系統、脫硫工藝水系統、復用水系統、脫硫廢水深度處理系統、循環水處理系統、雨水系統等，漢川電廠采取水的梯級利用，廢水處理循環利用，工藝改造節水降耗，定期水平衡規劃管理等措施進行全廠水資源綜合利用優化，成為我國首批實現全廠廢水零排放的電廠。

2 漢川電廠建設電廠智慧水務管理系統的意義和方法

2.1 建設智慧水務管理系統的意義

水資源短缺是世界性熱門話題，在局部缺水地區，水已經成為制約電力工業發展和威脅安全生產的重要因素。火力發電廠是工業用水大戶，其用水量和排水量較大，目前我國火力發電廠的用排水系統普遍存在用水粗放、單位發電水耗高、水資源綜合利用率低、給排水系統不夠優化合理、擴建機組用水指標短缺、濕冷機組比例大、電廠絕對用水量大等問題。

隨著國家《節約能源法》《環境保護法》和相應的用水、排水收費政策（水資源費、排水費、超標費）的頒布，以及《國家電力公司火力發電廠“十五”節水規劃》等規定的逐步實施，對火電廠用水量、排水量和水質都有嚴格的指標限制。從可持續發展的角度考慮，要達到這些目標，實施有效的節水措施是一條最佳途徑。漢川電廠不斷提升水資源利用效率，每兆瓦發電量水耗為1.612～1.791 t，但每年仍存在200 萬t的用水缺口，隨著我國社會經濟的發展，發電量也在逐年上升，如何進一步提高水資源利用效率是漢川電廠水務工作者需要面對的問題。電廠各水系統的硬件已處于國內先進水平，因此，在原有水平衡測試和人工定期巡檢的基礎上，建立一套電廠智慧水務管理系統幫助電廠提升水務管理的智慧化、數字化水平，通過實時監測各水系統用水量變化、水系統運行狀態的健康度、關鍵水系統（發生物化生反應）的水質變化，從管理上提高水資源利用效率。電廠智慧水務管理系統將解決以下問題。

（1）自動集成全廠所有水系統的水量和水質監控信息等各種信息進行統一管理。

（2）實現水平衡的動態監控。目前普遍的計量監控是某一時間點的監控，需要人工分析才能了解動態變化，分析結果具有滯后性，缺乏解決問題的及時性和預判性。

（3）全面了解水系統。數據集成管理和數據分析，可確保用水合理，提高用水效率。

（4）透明化管理。數字方式展示全廠動態水平衡和儀表數據，提高了管理效率。

2.2 建設智慧水務管理系統的方法及主要技術路線

2.2.1 數字化計量

數字化計量包括全廠水系統一級表和二級表水量計量（一階段），水質、水處理（廢水，純水制備等）和用水單元（冷卻塔，鍋爐等）效果監控（二階段）等。

漢川電廠水量計量儀表配備基本完善，為使全廠水系統建立完整的水量監控體系，本次智慧水務管理系統建設需增加29 臺流量計，涵蓋全廠所有水系統的進出計量。臺流量計進行校準，確認就地PLC 數據正常上傳DCS 系統至SIS 系統，保證智慧水務管理系統能從SIS 系統讀取數據。

2.2.2 數字化處理

數字化處理包括動態水平衡計算，用水趨勢化圖表，水處理效果監控，異常報警等。在全廠水系統水量采集的基礎上，智慧水務管理平臺的動態水平衡按3 層結構建立動態框架，各相鄰層呈上下級關系，逐層具體化。

第1 層為電廠的全廠動態水平衡計算，體現整個電廠從漢江取水到用水去向的總體關系。

第2 層為各分廠動態水平衡計算，體現各分廠的用水平衡關系。漢川電廠A、B 廠4 臺33 萬kW 機組循環水采用直流冷卻水系統，化學制水使用樹脂制水，C 廠2 臺100 萬kW 機組循環水采用間冷開式循環冷卻水系統，C 廠循環水排污水作為深度處理補水進行梯級利用，化學制水使用反滲透制水，動態展示分廠各 水系統間進出水量、方向。

第3 層為關鍵水系統動態平衡計算，如循環水系統的動態水平衡，體現主要用水單元的用水平衡關系，采用間冷開式循環冷卻水的電廠，循環水系統用水量約占全廠用水量的80%，循環水排污水水質較好，可作為梯級利用和復用水的水源，循環水的動態水平衡和管理直接關系到全廠水平衡和廢水零排放的實現。

作為動態水平衡的基本單元，每個水系統都有其共性和獨特性，水系統的共性在于總體的進水和排水水量應是平衡的，根據物料平衡原理，除系統累積外，1 個用水單元的進水與排水不管以何種形式呈現（進水如工業水、生活水、純水、回用水、蒸汽等。排水如廢水、蒸發、進產品、損耗等），總體應該是平衡的。但各個水系統的用水和排水情況又有其獨特性。

各水系統用水指標及相關參數的計算公式如下。

（1）單位發電量取水量。

Vui=Vi/Q

式中，Vui 為單位發電量取水量，m3/（MW·h）；Vi 為在一定計量時間內，生產過程中取水量總和，m3；Q為在一定計量時間內的發電量，MW·h。

（2）單位裝機容量取水量。

Vc=Vh/N

式中，Vc 為裝機取水量，m3/（s·GW）；Vh 為夏季最大取水量，m3/s；N 為裝機容量，GW。

（3）重復利用率。

R=（Vr/Vi+Vr）×100%

式中， R為重復利用率； Vr為在一定的計量時間內，企業的重復利用水量，m3；Vi 為在一定的計量時間內，企業的取水量，m3。

（4）間接冷卻水循環率。

Rc=（Vcr/Vcf+Vcr）×100%

式中， Rc為間接冷卻水循環率；Vcr"為間接冷卻水循環量，m3/h； Vcf為間接冷卻水循環系統補充水量，m3/h。

（5）廢水回用率。

Kw=（Vw/Vd+Vw）×100%

式中， Kw為廢水回用率； Vw為在一定的計量時間內，企業對外排廢水自行處理后的回用水量，m3； Vd為在一定的計量時間內，企業的排水量，m3。

2.2.3 數字化展示

數字化展示包括動態水平衡，水質和水量變化趨勢，水處理單元效率（產水量等），用水單元效率（換熱器等），改善前后的財務指標等。

3 漢川電廠智慧水務管理系統的功能

智慧水務管理系統可實現以下功能。

（1）建立全廠取水、耗用水、復用水等水處理系統性能指標的統一管理平臺。

（2）實現全廠取水、耗用水、復用水等水處理系統的實時監視。

（3）進行全廠各取水、耗用水、復用水等水處理系統的生產統計。

（4）進行全廠各取水、耗用水、復用水等水處理系統的運行分析。

（5）實現全廠與各取水、耗用水、復用水單元的動態水平衡計算。

（6）實現關鍵用水系統的實時指標測算與動態分析。

（7）實現電廠水務的輔助決策，指導電力生產科學用水，實現智能水務管理。

4 漢川電廠智慧水務管理系統實施效果

（1）杜絕跑冒滴漏節約用水。電廠水系統在運行使用多年后，部分閥門存在內漏和閉合不嚴的問題，也有部分流量儀表監測不準或缺失，因此，部分水系統存在不平衡現象。在工業冷卻水池區域，有A、B、C、D 4路來水，有E、F 兩路出水，發現在關閉F 路只從E 路出水的情況下，無論來水是哪幾路，都比出水多出約100 m3/h 的流量，F 路管道流量計顯示在閥門關閉時仍有100 m3/h 的流量，智慧水務管理系統分析告警F 路閥門有泄漏，更換新的閥門后實現了工業冷卻水區域水平衡，并提升了工業冷卻水的復用水率，年節水約1 萬t。

（2）優化水系統的運行管理。電廠化學制水的水質和水量關系到電廠的安全穩定運行，化學制水采用膜法或離子交換法，對于離子交換系統，參照其周期制水量及水質指標導電度、pH、硅酸根等趨勢曲線等，分析并合理調整酸堿用量，降低酸耗堿耗同時減少酸堿廢水的排放。當周期制水量趨勢向下且明顯偏離經驗值時，平臺提示對樹脂取樣分析，確定是否交換容量下降，或參考樹脂捕捉器的差壓曲線分析判斷是否樹脂破碎偏多或罐體水帽問題導致的樹脂逃逸。依據上述分析和檢測結果決定是否補充或更換樹脂或對罐體檢修，保證水質達標和產水量穩定。對于膜制水系統，智慧水務管理系統可根據膜進水水質、產水率、透鹽率、壓差等數據，判斷目前膜系統運行性能，提示清洗預警，避免延誤清洗和過度清洗。

（3）保障水系統的安全運行和提升水的利用效率。C 廠的間冷開式循環水濃縮倍率為3.5 倍，參照GB 50050—2017《工業循環水設計規范》和GBT18916.1—2021《取水定額第1 部分取水限額》尚有較大提升空間，而循環水用水量占電廠用水量的權重約為80%，智慧水務管理系統的水系統運行狀態分析可幫助間冷開式循環水在高濃縮倍率下評估系統運行的健康狀態并分析凝汽器冷端效率和初始設計值的偏離從而提高水的利用效率。

5 結束語

漢川電廠應用智慧水務管理系統，從靜態的水平衡測試報告發展為實時動態水平衡，并能對水系統運行狀態、各系統水質指標進行實時監管，在數據采集和累積的基礎上實現自學習，采用專業算法和數字化開發能力相結合，從水量、水質、水系統運行健康狀態全方位進行智能水務管理，助力電廠實現節水、節能、減碳目標。

參考文獻

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