火電廠水平衡測試實例與分析

秦建明，范 鑫

(1.河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450007;2 河南電力試驗研究院，河南 鄭州 450052)

0 引言

隨著國家各項環(huán)境保護(hù)政策、法規(guī)的逐步實施，各發(fā)電集團(tuán)公司為創(chuàng)建節(jié)約環(huán)保型燃煤發(fā)電廠，對火電廠的單位發(fā)電量取水量提出了嚴(yán)格的考核指標(biāo);同時，對排水量和排水水質(zhì)的限制也越來越嚴(yán)格。要達(dá)到這些目標(biāo)，必須制定科學(xué)、有效的節(jié)水方案并實施。水平衡測試是電廠開展節(jié)水工作、制定科學(xué)節(jié)水方案的基礎(chǔ)。

通過水平衡測試工作，可以掌握電廠用水現(xiàn)狀和各生產(chǎn)工序用水水量之間的定量關(guān)系，研究火力發(fā)電廠水的輸入、輸出和損失之間的平衡關(guān)系。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行用水水平評價及分析、挖掘節(jié)水潛力，提出合理可行的節(jié)水改造方案，對廢水進(jìn)行綜合利用，提高火力發(fā)電廠的用水效率和管理水平。

1 水平衡的測試內(nèi)容與測試方法

1.1 測試內(nèi)容

火電廠水平衡測試的范圍為:自水源地取水點至廠內(nèi)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主、輔機設(shè)備用水量、循環(huán)水量、串用水量、回用水量、排放水量、消耗水量和廠內(nèi)生活用水［1－2］。各機組發(fā)電用凝結(jié)水、給水及蒸汽量不在水平衡測試的范圍內(nèi)。

水平衡的測試項目包括:

(1)全廠總?cè)∷?、總用水量、?fù)用水量、總消耗水量、總排放水量;

(2)各分系統(tǒng)取水量、用水量、串用水量、回用水量、循環(huán)水量、消耗水量、排放水量;

(3)全廠復(fù)用水率、排放水率、發(fā)電耗水率。

1.2 測試方法

結(jié)合火電廠用水系統(tǒng)的自身特點，把整個用水系統(tǒng)劃分為不同的子系統(tǒng)分別進(jìn)行測試。各系統(tǒng)可進(jìn)一步劃分為單項用水系統(tǒng)或用水設(shè)備。

測試中對于現(xiàn)場管道上裝有流量表計的，采用經(jīng)檢驗合格的流量表計測量。對于未安裝流量表計的系統(tǒng)及設(shè)備采用便攜式超聲波流量計測量。對于一些沒有規(guī)則管道，流量不大的排水，采用容積法。對于一些無法測量的用水點，根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)或水量平衡法進(jìn)行計算，如冷卻塔蒸發(fā)損失，脫硫循環(huán)漿液量等。對一些間斷運行的用水量，采用統(tǒng)計泵運行時間和測量瞬時流量相結(jié)合的方法。鑒于現(xiàn)場很多系統(tǒng)及設(shè)備用水量波動較大，測試時需保證足夠的持續(xù)時間，以使測試結(jié)果充分反映實際狀況。

2 水平衡測試實例

某電廠裝設(shè)2 臺330 MW 供熱機組，全廠生產(chǎn)用水取自附近的河水和中水，廠區(qū)生活用水取自深井水。為查清電廠用水狀況，找出節(jié)水潛力，制定切合實際的節(jié)水技術(shù)措施和規(guī)劃，進(jìn)行了水平衡測試，試驗在夏季進(jìn)行，持續(xù)時間為10 天。

圖1 全廠取水及一次分配

以往水平衡測試中，用水系統(tǒng)的劃分大多數(shù)按水的工藝系統(tǒng)性質(zhì)進(jìn)行劃分，本文提出一種新的劃分方法，按生產(chǎn)單元的功能進(jìn)行劃分，這種劃分方式可以讓各專業(yè)人員同時開展測試工作，便于現(xiàn)場實施操作。結(jié)合該電廠用水系統(tǒng)實際情況，測試中把整個用水系統(tǒng)按生產(chǎn)單元的功能劃分為以下幾個子系統(tǒng):化學(xué)分場、汽機分場、鍋爐分場、脫硫分場、灰渣燃料分場、生活消防分場。測試期間全廠河水取水量為24717.7 m3/d，中水取水量為5249.0 m3/d，生活水取水量為1632.0 m3/d。河水、中水和生活水取水及一次分配情況見圖1。各分場用水狀況和水量平衡關(guān)系在下面詳細(xì)進(jìn)行闡述。

2.1 化學(xué)分場

河水和中水經(jīng)循環(huán)水處理后進(jìn)入化學(xué)分場，作為化學(xué)分場的取水(見圖2)?；瘜W(xué)分場總用水量為30825.9 m3/d，循環(huán)水量為2179.2 m3/d。

圖2 化學(xué)分場水平衡

循環(huán)水處理車間和制水車間生產(chǎn)過程有部分水經(jīng)回收后進(jìn)行重復(fù)利用，為內(nèi)部循環(huán)水。水塔補水用于補充工業(yè)水、脫硫用水、水塔蒸發(fā)排污損失等;機爐消耗用水來自經(jīng)過精處理的除鹽水，用于補充汽水系統(tǒng)排污和機組供熱等消耗，這兩部分水屬于進(jìn)入下一個系統(tǒng)的串用水?；瘜W(xué)分場制水車間的再生、沖洗過程中的廢水經(jīng)過廢水處理后，一部分直接排入雨水系統(tǒng)至外部環(huán)境，屬于排放水;另一部分被灰渣燃料分場回收利用，屬于回用水。

2.2 汽機分場

汽機分場的取水分為三部分:來自化學(xué)循環(huán)水處理的水塔補水，來自精處理的除鹽水補水和鍋爐分場工業(yè)水至水塔回水(見圖3)。汽機分場總用水量1625631.8 m3/d，循環(huán)水量1593036.2 m3/d。汽機分場的內(nèi)部循環(huán)水也分為三部分:開式循環(huán)冷卻水、閉式循環(huán)冷卻水和冷卻塔的循環(huán)用水。消耗用水分為兩部分:機組消耗(包括汽水系統(tǒng)排污和機組供熱)、冷卻塔的蒸發(fā)風(fēng)吹損失。冷卻塔排污屬于排放水，排放水量2141.0 m3/d。串用水為循環(huán)水至鍋爐、脫硫、消防系統(tǒng)用水。

圖3 汽機分場水平衡

2.3 鍋爐分場

鍋爐分場的取水全部來自循環(huán)水。鍋爐分場總用水量19392.0 m3/d，循環(huán)水量為13656.0 m3/d。鍋爐分場的內(nèi)部循環(huán)水分為兩部分:閉式循環(huán)冷卻水和爐水泵循環(huán)冷卻水(見圖4)。測試期間爐側(cè)工業(yè)水至定排坑減溫水一直處于投入狀態(tài)，這部分用水由于定排坑排污泵故障導(dǎo)致坑內(nèi)滿水溢流直接排入地下雨水系統(tǒng)屬于排放水。串用水為爐側(cè)工業(yè)水至水塔回水，串用水量5136.0 m3/d。

圖4 鍋爐分場水平衡

2.4 脫硫分場

脫硫分場的水平衡見圖5，脫硫分場的取水全部來自循環(huán)水。脫硫分場的內(nèi)部循環(huán)水分為兩部分:閉式循環(huán)冷卻水和脫硫所用循環(huán)漿液。消耗用水為隨脫硫煙氣蒸發(fā)的水，測試期間基本沒有廢水排放。脫硫分場總用水量為441242.1 m3/d，循環(huán)水量為438734.3 m3/d。

圖5 脫硫分場水平衡

2.5 灰渣燃料分場

該廠除灰除渣系統(tǒng)均為干式系統(tǒng)，用水量很少，其中除灰空壓機冷卻水劃入鍋爐分場進(jìn)行測試;燃料分場用水量也較少，這兩個系統(tǒng)的補充水均來自化學(xué)廢水和脫硫廢水?；以剂戏謭龅乃胶庖妶D6，灰渣燃料分場總用水量為142.8 m3/d。測試期間取水全部來自化學(xué)廢水，消耗用水用于灰渣調(diào)濕和煤場噴灑。

圖6 灰渣燃料分場水平衡

2.6 生活消防分場

生活消防分場的水平衡見圖7，生活消防分場總用水量為3312.0 m3/d。該分場的取水分為三部分:深井水至生活水補水，河水至消防水補水和循環(huán)水至消防水補水。測試期間，消防水無消耗，但測試發(fā)現(xiàn)生活水池和消防水池均存在溢流，兩部分水直接排入雨水系統(tǒng)至外部環(huán)境。

圖7 生活消防分場水平衡

2.7 全廠水平衡試驗結(jié)果

綜合各分場水平衡測試數(shù)據(jù)計算整理得出全廠水平衡數(shù)據(jù)，全廠總?cè)∷?1598.7 m3/d，總用水量為2120546.6 m3/d，復(fù)用水量2088948.0 m3/d，重復(fù)利用率為98.51%，達(dá)到汽輪機循環(huán)水為閉式循環(huán)的電廠要求;消耗水量為24981.5 m3/d，排放水量為6617.2 m3/d，排放率為20.94%。測試期間兩臺機平均電負(fù)荷合計491.596 MW，平均供熱流量約91 m3/h，發(fā)電耗水率為2.49 m3/MW·h。雖然發(fā)電耗水率達(dá)到節(jié)能技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則的要求，但對于采用干式除灰系統(tǒng)的電廠，這一指標(biāo)略有偏高［3］，還有進(jìn)一步降低的潛力。

3 測試中發(fā)現(xiàn)的問題及整改建議

(1)生活水補水泵液位控制系統(tǒng)故障。無法根據(jù)生活水池液位進(jìn)行流量控制，補水流量較大，而用水流量較小，生活水池一直處于滿水溢流狀態(tài)。建議盡快處理系統(tǒng)故障。

(2)消防水補水門問題。河水至消防水補水門液位控制裝置故障，無法正?？刂葡浪匾何?，消防水池處于滿水溢流狀態(tài)，造成很大浪費。建議盡快解決消防水補水門漏水問題。

(3)冷卻塔排污量偏大。建議電廠根據(jù)水源、水質(zhì)、凝汽器管材及循環(huán)水處理系統(tǒng)等情況，可以考慮進(jìn)行循環(huán)水處理模擬動態(tài)試驗，因地制宜地選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸绞胶退巹?，減少冷卻塔排污量。

(4)鍋爐定排坑排污泵故障。測試期間，爐側(cè)工業(yè)水至定排坑減溫水手動門均保持有一定的開度，并且由于鍋爐定排坑排污泵存在故障，無法及時排出定排坑中水，定排坑滿水溢流至雨水系統(tǒng)，造成較大浪費。建議電廠及時處理排污泵缺陷，在機組正常運行期間，關(guān)閉鍋爐工業(yè)水至定排坑減溫水。

［1］中華人民共和國國家能源局.DL/T 606.5－2009，火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則［S］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 12452－2008，企業(yè)水平衡測試通則［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］許 臻，楊寶紅，王正江，等.火電廠水平衡優(yōu)化及用水指標(biāo)分析［J］.熱力發(fā)電，2007，36(5):1－4.