火力發(fā)電廠水平衡測試及節(jié)水減排技術(shù)研究

趙顯橋，盛 虎，襲著尊

（1.山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002；2.華電章丘發(fā)電有限公司，山東 章丘 250216）

0 引言

我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重匱乏的國家，人均水資源占有量僅約2 500 m3，為世界人均占有量的1/4。我國水資源分布也極不平衡，黃河流域及以北的一些地區(qū)人均占有水資源只是長江流域及以南地區(qū)的1/4，水資源極其匱乏［1］?；鹆Πl(fā)電廠是用水、排水大戶，火電用水占工業(yè)用水總量的40%，在建設(shè)資源節(jié)約型和諧社會(huì)的大背景下，相關(guān)部門出臺(tái)的用水、排水收費(fèi)制度將會(huì)越來越嚴(yán)厲，因此火力發(fā)電廠大力實(shí)施節(jié)水減排戰(zhàn)略不僅對(duì)發(fā)電廠可持續(xù)發(fā)展有著重要的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)保護(hù)人類生存環(huán)境有著重要的社會(huì)效益。結(jié)合某電廠2×300 MW機(jī)組水平衡測試情況對(duì)電廠各取用水系統(tǒng)可采取的節(jié)水減排技術(shù)分別進(jìn)行探討。

1 電廠取用水情況

某電廠二期工程為兩臺(tái)超高壓、中間一次再熱、抽汽供熱凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。主要用水系統(tǒng)包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)、化學(xué)制水及除鹽水系統(tǒng)、工業(yè)冷卻水系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)等，除生活水系統(tǒng)及化學(xué)制水系統(tǒng)的補(bǔ)水來自當(dāng)?shù)刈詠硭畯S外，其它系統(tǒng)用水全部取自附近水庫。

1.1 循環(huán)冷卻水

該廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為單元制，每臺(tái)機(jī)組各配備淋水面積為5 500 m2的雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔一座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于循環(huán)水冷卻過程中的蒸發(fā)、風(fēng)吹和排污損失，要維持循環(huán)冷卻水的水量和水質(zhì)，必須不斷地大量補(bǔ)充新水。根據(jù)夏季水平衡測試數(shù)據(jù)，機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水量約為72 600 m3/h，冷卻塔蒸發(fā)損失為842 m3/h，風(fēng)吹損失為69 m3/h，排污損失為352 m3/h。一般來說，蒸發(fā)損失隨季節(jié)的變化而不同，排污損失則在很大程度上取決于循環(huán)水濃縮倍率。

1.2 除灰除渣系統(tǒng)

廠除灰系統(tǒng)采用正壓濃相氣力輸送，每個(gè)除塵器灰斗下安裝有一臺(tái)倉泵，共32臺(tái)，由壓縮空氣將灰經(jīng)倉泵送到灰?guī)欤占降母苫胰夸N售。該系統(tǒng)最大程度上節(jié)約了水資源，并且可以得到優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，便于粉煤灰的綜合利用，是大型燃煤電廠除灰方式的發(fā)展趨勢。

廠除渣系統(tǒng)采用水封渣斗，定期排渣，水力噴射除渣的方式。鍋爐落渣由沖渣水泵來水熄滅后經(jīng)碎渣機(jī)破碎后由水力噴射器直接輸送至脫水倉，渣脫水后裝車外運(yùn)，補(bǔ)充水由循環(huán)水供給，爐底水封由沖渣水泵來水補(bǔ)給，水封水溢流后由溢流水泵送至供水泵房前的回收水池。該系統(tǒng)存在的主要問題是耗水量大、能耗高、設(shè)備磨損嚴(yán)重、維護(hù)量大等，據(jù)測算夏季該除渣系統(tǒng)溢流排污水總計(jì)55 m3/h。

1.3 化學(xué)制水及除鹽水系統(tǒng)

水作為電廠熱力系統(tǒng)的工質(zhì)，在循環(huán)做功過程中，不可避免會(huì)有一些損失，這些損失來自于鍋爐排污（定排和連排）損失、吹灰損失、取樣損失和漏泄損失等，這些損失必須及時(shí)補(bǔ)充才能維持熱力系統(tǒng)正常的水汽循環(huán)，因此鍋爐補(bǔ)給水是電廠不可缺少的一項(xiàng)用水。電廠工質(zhì)補(bǔ)水是由化學(xué)車間制出的除鹽水來補(bǔ)充的，通常情況下，中小型機(jī)組補(bǔ)水率是鍋爐額定蒸發(fā)量的2%，大型機(jī)組為6‰，一般凝汽式亞臨界機(jī)組，鍋爐補(bǔ)水率可以控制在1.5%以內(nèi)，其中排污率在0.5%左右［2］，據(jù)測算該廠夏季水平衡測試期間工質(zhì)補(bǔ)水量為22.16m3/h，補(bǔ)水率為1.38%。

1.4 工業(yè)冷卻水

該廠工業(yè)冷卻水是和循環(huán)冷卻水摻混在一起作為輔機(jī)冷卻水使用的，其摻混的比例主要取決于環(huán)境溫度。據(jù)測算該機(jī)組夏季工業(yè)冷卻水用總量達(dá)421.3 m3/h，其中大部分作為各主、輔設(shè)備冷卻用水（如冷油器冷卻水等），使用后作為冷卻塔補(bǔ)水回收利用，達(dá)到了重復(fù)用水的目的；另有少部分水（約為24.1 m3/h）作為各種風(fēng)機(jī)、水泵等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的軸承冷卻水，使用后排往地溝。

1.5 生活用水

生活用水包括辦公樓用水、食堂用水、浴室用水、廁所用水、綠化用水、沖洗用水等，這部分水量一般取決于職工人數(shù)、綠化面積、氣候條件等。該廠生活區(qū)不在廠區(qū)，故廠區(qū)生活水量不大，夏季水平衡測試期間生活水量為5.07 m3/h。

2 節(jié)水減排技術(shù)措施

2.1 減少循環(huán)水用量，適當(dāng)提高濃縮倍率

對(duì)于濕冷發(fā)電機(jī)組，冷卻塔的耗水量在整個(gè)電廠中所占比例是最高的，約為70%～80%，其中包括蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失和排污損失等。這些損失水量的大小和冷卻塔循環(huán)水量的大小直接相關(guān)，而實(shí)際運(yùn)行過程中，冷卻塔經(jīng)常偏離設(shè)計(jì)條件，出塔溫度高于設(shè)計(jì)值導(dǎo)致真空下降，為維持機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必需人為增大循環(huán)水量，進(jìn)而導(dǎo)致冷卻塔損失水量增加。為提高冷卻塔效率，減少循環(huán)水用量，可采取的措施有：加強(qiáng)對(duì)冷卻塔的清理維護(hù)，修復(fù)或更換已損壞的填料和噴淋裝置，以保證有效淋水面積和淋水密度；將水泥填料更換為高性能塑料填料，瓷嘴瓷碟噴淋裝置更換為塑料反射型噴淋裝置等。但總的來說蒸發(fā)損失不可避免，并且目前基本沒有回收的辦法，減少排污損失是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間節(jié)水減排的主要工作方向，減少這項(xiàng)損失最主要的技術(shù)途徑是適當(dāng)提高循環(huán)冷卻水濃縮倍率。

該廠冷卻塔排污水量與濃縮倍率的關(guān)系見圖1。由圖可見，濃縮倍率增加時(shí)，冷卻塔排污水量不斷降低，濃縮倍率由1.5增加至4時(shí)，冷卻塔排污水量顯著降低，取得很好的節(jié)水效果，當(dāng)濃縮倍率無限提高時(shí)，排污水量趨于零，補(bǔ)充水量無限接近蒸發(fā)損失與風(fēng)吹損失量之和。但當(dāng)濃縮倍率高于5后，冷卻塔排污水量降低幅度趨緩，節(jié)水效果有限，同時(shí)當(dāng)濃縮倍率超過5時(shí)，往往需要設(shè)置防垢處理系統(tǒng)等增加系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用，故不能為了減小排污水量盲目的提高濃縮倍率，而應(yīng)該根據(jù)機(jī)組水量、水質(zhì)平衡，并結(jié)合凝汽器材質(zhì)、循環(huán)水穩(wěn)定處理方案等電廠實(shí)際情況，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較后確定。該廠目前已將循環(huán)水濃縮倍率由原來的3提高到5附近穩(wěn)定運(yùn)行，僅此一項(xiàng)可節(jié)水210.5 m3/h，降低耗水指標(biāo)0.093 m3/s·GW。

圖1 冷卻塔排污水量與濃縮倍率關(guān)系圖

2.2 采用節(jié)水型除渣系統(tǒng)

該廠使用的水力噴射除渣系統(tǒng)弊端很多，主要有：耗水量大、能耗高、設(shè)備磨損嚴(yán)重、維護(hù)量大等，可考慮改用刮板撈渣機(jī)濕除渣系統(tǒng)，除渣水經(jīng)高效濃縮池等處理后閉環(huán)循環(huán)供系統(tǒng)重復(fù)使用，補(bǔ)水可由冷卻塔排污水提供。這在一定程度上改善了水力噴射除渣系統(tǒng)帶來的問題，但還是有相當(dāng)部分的水資源被浪費(fèi)，并且電廠仍需要建造與之相配套的水處理設(shè)施，而最近發(fā)展起來的干式機(jī)械除渣方式則可更好地解決以上問題。

干式機(jī)械除渣系統(tǒng)主要由機(jī)械除渣、氣力輸送與渣倉三部分構(gòu)成，整個(gè)除渣及輸送過程不僅一點(diǎn)水也不用，而且還能將冷空氣加熱到300～400℃（相當(dāng)于二次風(fēng)的送風(fēng)溫度），回收了爐渣中的熱量，減少了鍋爐的熱損失，提高了鍋爐的效率［3］。另外由于爐渣在輸送帶上繼續(xù)燃燒放熱，使得爐渣可燃物含量降低，提高了爐渣的綜合再利用價(jià)值。目前國內(nèi)已經(jīng)有華能伊敏電廠、北京石景山電廠、河北三河電廠等數(shù)十座電廠采用此類干式除渣系統(tǒng)［4］，其節(jié)水、環(huán)保效果明顯。該廠若改用干式機(jī)械除渣系統(tǒng)則可節(jié)水55 m3/h，降低耗水指標(biāo)0.024 m3/s·GW。

2.3 控制工質(zhì)補(bǔ)水率

熱力系統(tǒng)工質(zhì)損失主要來自于鍋爐排污（定排和連排）損失、吹灰損失、取樣損失和漏汽損失等，減少工質(zhì)損失不僅可以節(jié)約成本較高的除鹽水，還可降低機(jī)組熱損失，減少能源浪費(fèi)。

消除或減少雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，從而保持工質(zhì)水的水質(zhì)在較高水平運(yùn)行可以有效降低鍋爐排污量，其主要措施有：確保凝汽器的嚴(yán)密性，提高鍋爐補(bǔ)給水和凝結(jié)水凈化出水質(zhì)量，采用合適的爐內(nèi)處理方法防止或減輕腐蝕等。優(yōu)化排污方式是減小鍋爐排污損失的另一種方法，廈門嵩嶼電廠就是通過熱化學(xué)試驗(yàn)，將排污方式優(yōu)化調(diào)整為間歇式開啟或低流量連續(xù)開啟，使得排污率控制在0.3%以下，鍋爐排掉的水量約減少了10 m3/h，每月可節(jié)約精制除鹽水量 6 000 m3，同時(shí)減少了鍋爐的熱損失［5］。

減少蒸汽吹灰損失可以通過改用燃?xì)饷}沖式吹灰等其它吹灰方式來實(shí)現(xiàn)，或者進(jìn)行蒸汽吹灰優(yōu)化試驗(yàn)，在不影響機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，優(yōu)化蒸汽吹灰次數(shù)，也可以大大減少吹灰蒸汽的消耗量。

加強(qiáng)設(shè)備管理，特別是提高高壓水、汽系統(tǒng)的閥門嚴(yán)密性，可以有效減少汽水漏泄損失。

2.4 提高工業(yè)冷卻水復(fù)用水率

該廠工業(yè)水系統(tǒng)大部分冷卻水回用到循環(huán)水系統(tǒng)重復(fù)利用，不便直接回收的無壓冷卻排水排水主要是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的軸封用水等，這部分廢水溫度稍高、含油和懸浮物，可以考慮將其匯集后經(jīng)隔油、氣浮、過濾等技術(shù)手段處理后，用作干灰場噴淋、煤場噴淋等重復(fù)利用，進(jìn)一步提高工業(yè)水復(fù)用水率，這樣以來可節(jié)水24.1m3/h，降低耗水指標(biāo)0.011m3/s·GW。

加強(qiáng)設(shè)備管理，爭取做到轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備“機(jī)開水流、機(jī)停水停”的要求，杜絕常流水現(xiàn)象的發(fā)生，可以有效減少含油廢水的產(chǎn)生，節(jié)約水資源，同時(shí)節(jié)約水處理成本。

2.5 其它節(jié)水減排措施

提高節(jié)水意識(shí)。組織宣傳節(jié)水常識(shí)，提高員工節(jié)水意識(shí)，讓節(jié)水深入人心。如果員工都能夠自覺地節(jié)約用水，對(duì)用水設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行合理地調(diào)整，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)消除電廠的跑、冒、滴、漏、溢水等缺陷，這是投資最少而又節(jié)水效果最明顯的一項(xiàng)措施。

完善用水表計(jì)的配置。目前電廠的主要取、用水系統(tǒng)大都安裝有流量表等計(jì)量和檢測儀表，但不能很好地進(jìn)行維護(hù)和管理，存在虛設(shè)現(xiàn)象。按照DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》［6］的要求：一級(jí)用水計(jì)量（全廠各種水源的計(jì)量）的儀表配備率、合格率、檢測率和計(jì)量率均應(yīng)達(dá)到100%；二級(jí)用水計(jì)量（各車間及廠區(qū)生產(chǎn)用水計(jì)量）的儀表配備率、合格率、檢測率均應(yīng)達(dá)到95%以上，計(jì)量率應(yīng)達(dá)到90%；而三級(jí)用水計(jì)量 （各設(shè)備和設(shè)施用水、生活用水計(jì)量）計(jì)量率應(yīng)達(dá)到85%。

建立全廠用水監(jiān)測系統(tǒng)。有條件的時(shí)候?qū)⑷珡S取、用、排水的水量水質(zhì)數(shù)據(jù)收集到輔助車間集中控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和分析，建立全廠用水監(jiān)測系統(tǒng)，以便運(yùn)行人員、管理人員對(duì)全廠水系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)視，隨時(shí)掌握系統(tǒng)中各處的用水水量和水質(zhì)情況，為電廠科學(xué)用水、節(jié)水減排創(chuàng)造條件。

3 結(jié)束語

火力發(fā)電廠水務(wù)管理工作是一項(xiàng)長期、復(fù)雜、艱巨而又具有深遠(yuǎn)意義的工作。本文結(jié)合現(xiàn)場水平衡測試數(shù)據(jù)，提出了一些切實(shí)可行的節(jié)水減排技術(shù)措施，為發(fā)電廠節(jié)水減排工作提供了思路。發(fā)電廠應(yīng)以安全經(jīng)濟(jì)和保護(hù)環(huán)境為原則，按照各用水系統(tǒng)對(duì)水量水質(zhì)的需要，分級(jí)用水，盡可能地循環(huán)處理、重復(fù)利用水資源，從而減少新水量和排水量，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 王起.在富煤缺水的陜北地區(qū)建設(shè)節(jié)水型火電廠［J］.中國科技信息,2005（15）:211.

［2］ 宋雷,高新民.火力發(fā)電廠節(jié)水途徑探討［J］.電站系統(tǒng)工程,2006,22（2）:20-22.

［3］ 陳新,劉振強(qiáng),張晶,等.燃煤電廠風(fēng)冷干式排渣技術(shù)及其工程應(yīng)用［J］.電力設(shè)備,2006（9）:19-21.

［4］ 段恒友,陶耀武.干除渣技術(shù)在石景山熱電廠的應(yīng)用［J］.華北電力技術(shù),2003 （2）:33-36.

［5］ 陳進(jìn)生.火電廠節(jié)水技術(shù)探討［J］.工業(yè)水處理,2003,23（1）:73-75.

［6］ DL/T 783-2001火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則［S］.