东北区域燃煤电厂用水现状与合理化分析

张 然

(国家能源集团科学技术研究院有限公司沈阳分公司,辽宁 沈阳 110100)

0 引言

火电厂是用水、排水大户,火电用水占工业用水总量的40%[1]。随着水资源日益短缺和火电装机容量持续增加,提高用水效率与应用节水技术是实现火电行业可持续发展的重要途径[2]。目前我国水资源短缺,煤电生产过程中的巨大耗水量己严重阻碍了电力行业发展[3],国家对水环境保护要求不断提高,燃煤电厂用、排水量和水质控制要求日益严格[4]。水平衡测试报告应真实反映全厂各系统的详细用水、排水现状及单位发电量取水量水平。通过水平衡试验工作,可以清晰地了解燃煤电厂全厂水系统概况,为进一步合理用水、节约用水、不断提高水的利用率及为节水技术改造提供依据。

本文通过对东北地区4座燃煤电厂水平衡试验数据的横向分析,介绍东北地区燃煤电厂的水系统概况。从燃煤电厂节用水的技术特性、管理特性角度,提出燃煤电厂节用水综合评价指标体系[5],以各厂水平衡试验数据、用水概况为基础进行分析与研究,为东北区域电厂节用水与废水治理提供路线技术方法。

1 机组概述

实例1:某燃煤电厂总装机容量为2×350 MW循环冷却机组,水源为地下水和城市污水处理厂中水。地下水供厂区消防水系统、生活水系统使用。城市污水处理厂中水进入再生水系统处理达标后,补充到1号、2号机组循环冷却水塔中。

实例2:某燃煤电厂总装机容量为2×600 MW直流冷却机组,电厂冷却水系统水源为黄海海水,采用明渠取水,主要供给汽轮机凝汽器及辅助设备作为冷却用水。淡水设计水源为海水淡化制水,备用水源取自某河水库。

实例3:某燃煤电厂总装机容量为2×350 MW循环冷却机组,水源为原水(水库水)和城市污水处理厂中水。自来水供厂区消防水系统、生活水系统、杂水系统使用。城市污水处理厂中水接入厂区后直接补充至1号、2号机组的循环冷却水塔中。

实例4:某燃煤电厂总装机容量为2×600 MW循环冷却机组,水源为地下水和当地山矿务局某矿水厂提供的疏矸水(水质符合饮用水标准)。地下水通过深水泵提取,通过管路输送到压力除铁器进行除铁等预处理后,与预处理后的疏矸水作为全厂的生产用水水源。

2 全厂用水情况

2.1 水务管理现状及有关技术指标

根据水平衡测试结果,各电厂水务管理现状及有关技术指标见表1,各厂全厂用水出入、输出情况如图1所示,各用水系统输入水量如图2所示,单位发电量取水量定额达标情况如图3所示,全厂用水总量与复用水量对比如图4所示。

表1 水务管理现状及技术指标

图1 各厂全厂用水出入、输出水量

图2 各用水系统输入水量

图3 单位发电量取水量定额达标

图4 全厂用水总量与复用水量对比

2.2 主要指标评价标准

基于DL/T 783—2018《火力发电厂节水导则》和GB/T 18916.1—2012《取水定额 第1部分:火力发电》的颁布实施对指导火电厂规划、设计、施工和生产运行中的节水工作具有重要意义,火电厂节约用水的整体水平一般采用全厂发电水消耗和全厂复用水率等指标来评价。单位发电量取水量定额指标见表2,消防水系统消耗分析情况如图5所示。

表2 单位发电量取水量定额指标

图5 消防水系统消耗分析

生活水评价指标:根据GB 50188—2007《城镇规划标准》,镇区给水工程规划建筑气候Ⅲ区人均综合用水指标为150～350 L/(人·天),生活水耗与人均综合用水指标限图如图6所示。

图6 生活水耗与人均综合用水指标限值

2.3 水平衡试验数据的横向分析

由于电力深度调峰,机组负荷降低,使脱硫工艺水补水减少,转机冷却水及滤布冲洗水水量变化较小[6]等诸多方面影响,水平衡测试在各电厂发电负荷均达到80%以上时进行,测试数据准确,试验工况和方法均符合国家标准及行业标准要求。

a. 消防水系统

由于东北区域燃煤电厂处于严寒地带,部分未有保温措施的室外用水管网存在极大渗漏隐患。由图5可知,4例燃煤电厂消防水管网均存在渗漏现象,实例2数值最大为42 m3/h。在生产实践中用水管网“跑、冒、滴、漏”现象得到及时处理是节水效果最显著的措施;3例燃煤电厂消防水管网用作他用,为安全生产带来极大隐患,应杜绝此类现象的发生。流量表计配备情况如图7所示。

图7 流量表计配备

b. 生活水系统

由图6可知,实例1、实例2人均生活水耗高于GB 50188—2007《城镇规划标准》镇区给水工程规划建筑气候Ⅲ区人均综合用水指标。经调查,实例1部分卫生间存在长流水现象;实例2生活水管道存在严重泄漏现象。

c. 全厂废水排放

由图1可知,只有实例3达到全厂废水零排放要求,其他3个电厂都未满足零排放要求,其中实例4排放量最大值为237 m3/h,占4座电厂总排放量的57%。经调查,虽实例1、实例3、实例4同样作为循环冷却机组,但是实例1、实例3夏季高温期其循环冷却浓缩倍率为5左右,实例4为3左右。实例4浓缩倍率要求3.5以下,初步判断为阻垢剂效率低所致。浓缩倍率高会减少补水水量,反之浓缩倍率低对新鲜水的需要量增加。在生产实践中将循环水、排污水作为锅炉补给水处理系统的水源已被越来越多的电厂所采用[7],这是一种减少外排的有效手段。

d. 单位发电量取水量

由图3可知,实例4单位发电量取水量为2.76 m3/MWh,高于GB/T 18916.1—2021《取水定额 第1部分:火力发电》规定的标准2.35 m3/MWh,其他3个电厂满足取水定额要求,实例3数值最佳。

e. 全厂复用水率

由图4可知,全厂用水总量与复用水量数量级大小,其中图4全厂复用水率最低为97.5%。

f. 全厂水系统计量表配备

由图7可知,实例3流量表计配置率最高,流量计主要集中在化学除盐水间配置,其中实例4流量计配备率最低。

g. 全厂水消耗率

由图8可知,实例3全厂水消耗率最高为100%,实例2最低为63.9%,实例4为循环冷却机组最低为76.4%。经调查,实例3配置脱硫废水零排放系统,其工艺为高温烟气旁路蒸发固化工艺。实例2存在生活废水池、生产废水池、雨水池存在相互渗漏现象,生活污水处理系统处于停运状态。实例4生活污水处理系统处、工业废水处理系统均处于停运状态。生活污水处理系统处与工业废水处理系统是提高废水复用率、降低全厂水耗率的主要手段,通过提升水质来满足全厂废水梯级利用。流量计配置率与主要用水指标关系如图9所示。

图8 全厂水消耗率

图9 流量计配置率与主要用水指标关系

h. 综合分析

由图10可知,流量计配置率与单位发电量成反比关系,与全厂水消耗率基本成正比关系。

图10 废水排放率、废水复用率、全厂水消耗率

由图11可知,外排量与复用水率成反比关系,与单位发电取水量成正比关系。

图11 水务管理现状及技术指标思维导图

i. 水务管理现状及技术指标

由图11可知,水务管理技术指标、全厂用水量指标、全厂各用水系统、水务管理特性、东北区域4座实例燃煤发电厂及综合水务评价之间的逻辑关系。

3 结论

a. 水务管理的现状及技术指标思维导图显示,水务管理技术指标、全厂用水量指标、全厂各用水系统、水务管理特性、综合水务评价等整体系统极为复杂,电厂应做好水务管理可实现节水降耗和零排放。

b.4个严重影响关键指标的因素为废水外排,直接影响该厂的经济效益和环保社会效益,也间接代表着电厂用水梯级利用水平;消防水系统泄漏损失或用其他系统补充水源,会带来极大的消防系统安全隐患;生活污水处理系统运行水平、工业废水处理系统运行水平、各系统管道泄漏会直接影响该用水系统独立的用水指标,直接影响电厂水务管理水平;流量计配置率直接影响管理人员的智能管控能力及水务管理体系的相互调节能力。

c. 以上东北区域4座燃煤电厂给排水管网设计合理,管网清晰,基本做到水分级,但距离分质利用还有较大差距。只有实例3达到全厂废水零排放要求。应进一步推进东北区域燃煤电厂全厂废水零排放。