煤電一體化電廠節(jié)水技術(shù)研究

張書梅 余斯北

(河北省電力勘測設(shè)計研究院,河北石家莊 050031)

煤電一體化電廠節(jié)水技術(shù)研究

張書梅 余斯北

(河北省電力勘測設(shè)計研究院,河北石家莊 050031)

文章以煤電一體化電廠空冷機組為例,研究電廠和煤礦在節(jié)水方面的關(guān)聯(lián)優(yōu)化途徑、節(jié)水設(shè)計技術(shù)及方法,通過設(shè)計優(yōu)化電廠水量平衡及相應可靠的節(jié)水方案后,電廠污廢水不外排,達到了環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一。

煤電一體化電廠 空冷 節(jié)水 措施

1 概述

水是人類賴以生存和發(fā)展的最重要的物質(zhì)資源之一，我國是一個水資源短缺的國家，尤其是水資源分布與礦產(chǎn)資源分布不匹配，北方及西部地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，但水資源甚為缺乏，在該地區(qū)如何因地制宜的節(jié)約用水，保護水資源已成為人們普遍關(guān)注的問題。

在2011年年初的全國能源工作會議上，能源局局長就“十二五”期間的能源發(fā)展思路中，明確指出“：在西部煤炭豐富地區(qū)，按照集約化開發(fā)和煤電一體化模式，采用先進的節(jié)水技術(shù)建設(shè)大型煤電基地電站項目?！痹诮窈笠欢螘r間，建設(shè)大型煤電一體化電廠將是一個發(fā)展方向，如何搞好煤電一體化電廠的節(jié)水研究值得探討，既是用水大戶又是排水大戶的火力發(fā)電廠，搞好水務管理，采取有效的節(jié)水措施，合理利用水資源，將給電廠帶來良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

本研究結(jié)合某煤電一體化空冷電廠的具體條件，在保證電廠安全運行并滿足環(huán)保要求前提下，重點研究電廠和煤礦在節(jié)水方面的關(guān)聯(lián)優(yōu)化途徑，電廠設(shè)計貫徹節(jié)約用水、一水多用、綜合利用和重復使用的原則，通過優(yōu)化，降低電廠耗水指標。

2 煤電一體化電廠水源選擇

某煤電一體化項目為新建2×660MW超超臨界直接空冷機組，該項目遵循我國能源產(chǎn)業(yè)“以電力為中心、以煤炭為基礎(chǔ)，煤電一體化發(fā)展”的戰(zhàn)略方針而建設(shè)，該電廠的建設(shè)符合“富煤缺水”地區(qū)的特點， 結(jié)合該地區(qū)的地理位置及電廠區(qū)域水源條件，電廠可用水源主要有煤礦疏干水、污水處理廠水源、水庫地表水等。

作為煤電一體化電廠，其水源應該首選煤礦疏干水，因為在煤炭開采過程，會排掉大量疏干水，以煤礦疏干水作為電廠補給水，可解決“富煤缺水”區(qū)域疏干水外排造成的環(huán)境污染問題。

煤礦疏干水是在采煤過程從煤層涌出的水，其出水水質(zhì)在各地區(qū)也不一樣，疏干水需根據(jù)水質(zhì)指標進行深度處理后才能用于電廠補充水，利用煤礦疏干水作為電廠補充水時，要充分調(diào)查煤礦疏干水的涌水量和可靠性，同時要與煤礦設(shè)計院和煤礦充分溝通，因為礦區(qū)也是用水大戶，一方面大量外排疏干水污染水體，同時自身需水量與日劇增要增加用水量。雖然疏干水供給電廠的水量及處理工藝等方面還存在一些問題，但電廠尤其是煤電一體化電廠開發(fā)利用煤礦疏干水的前景是非常大的，在疏干水水量穩(wěn)定的情況下，煤電一體化電廠水源應首選疏干水。

根據(jù)電廠2×660MW直接空冷機組的水資源論證報告，結(jié)合其附近施工鉆孔和礦井資料，鉆孔內(nèi)水量很少，單井涌水量小于10m3/d，因此煤礦疏干水不宜作為本工程主要供水水源，推薦采用污水處理廠中水水源，同時將水庫地表水為生產(chǎn)備用水源。

3 煤電一體化電廠依托關(guān)系

本工程總平面布置統(tǒng)籌考慮煤礦與電廠的相互關(guān)系，在電廠與煤礦功能分區(qū)相對明確的前提下，輔助及附屬設(shè)施盡量考慮公用，使煤電真正融為一體。

(1)從一體化的角度出發(fā)，在煤礦主井工業(yè)廣場與電廠功能分區(qū)相對明確的前提下，在“公用”上下功夫，通過兩者輸煤系統(tǒng)的統(tǒng)籌布置、廠前建筑的聯(lián)合考慮、生活污水統(tǒng)一處理集中回收利用、煤礦水務區(qū)與電廠水務區(qū)集中布置等措施，使兩者有機的融為一體，真正實現(xiàn)一體化。

(2)電廠與煤礦工業(yè)廣場毗鄰布置，通過對煤礦工業(yè)廣場輸煤系統(tǒng)與電廠輸煤系統(tǒng)進行統(tǒng)籌考慮，使得電廠輸煤系統(tǒng)非常短捷簡練，電廠燃煤采用輸煤棧橋直接從煤礦工業(yè)廣場末煤和洗中煤倉直接輸送到電廠原煤倉。

(3)設(shè)置電廠及煤礦綜合水務區(qū)：該區(qū)主要包括中水調(diào)節(jié)水池及泵房、水庫水凈化站、綜合泵房等，該區(qū)集中布置在電廠的北側(cè)、煤礦主井口的南側(cè)，可以為電廠及煤礦提供供水，也為水資源的循環(huán)充分利用創(chuàng)造了有利條件。

(4)根據(jù)水資源論證報告批復意見，電廠主水源采用污水處理廠的中水；地表水做為備用水源，生活消防用水采用地下水。電廠與煤礦毗鄰，其生產(chǎn)系統(tǒng)用水統(tǒng)一考慮了煤礦的用水量，消防系統(tǒng)預留管道接口供至煤礦副井洗煤廠區(qū)域，電廠煤泥沖洗水和煤倉間沖洗排水排放到煤礦選煤廠統(tǒng)一處理，煤礦生活污水排至電廠與電廠生活污水集中處理回用，減少了管道布置和重復性設(shè)備投資，降低了總體造價。

4 煤電一體化電廠冷卻系統(tǒng)選擇

目前電廠采用的空冷系統(tǒng)主要有三種，一種為直接空冷系統(tǒng)，間接空冷系統(tǒng)有兩種即帶混凝式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)和表凝式間接空冷系統(tǒng)，本工程結(jié)合電廠區(qū)域氣象條件、煤電一體化優(yōu)勢，通過對初投資、占地、煤耗、電耗、水耗等指標的綜合比較，本工程推薦采用直接空冷系統(tǒng)。

直接空冷相比間接空冷投資能節(jié)省約20%左右，且占地面積小，電廠所處區(qū)域?qū)賴篮貐^(qū)，考慮到冬季防凍等因素機組選用直接空冷。

隨著現(xiàn)在煤價的不斷上漲，機組選型應結(jié)合煤價、電價等因素進行綜合必選。

5 煤電一體化電廠水務管理

通過研究電廠供水、排水的水量平衡及水的重復利用和節(jié)約用水措施，求得合理利用水源，保護環(huán)境，保證電廠長期、安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

5.1 節(jié)水措施

(1)本工程采用直接空冷機組，耗水量降低。本工程煤電一體化電廠相對煤價低(2007~2008年)，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，推薦采用直接空冷機組，系統(tǒng)的耗水量可降至相當于濕冷系統(tǒng)耗水量的25%。

(2)脫硫系統(tǒng)采用了煙氣換熱器，節(jié)省了濕法脫硫耗水量。脫硫系統(tǒng)采用了煙氣換熱器，煙氣經(jīng)過煙氣熱量回收裝置后，煙氣溫度降低至90℃左右，進入脫硫系統(tǒng)的煙氣在吸收塔內(nèi)與石膏漿液反應時，由于煙氣溫度的降低(相比較沒有加裝煙氣熱量回收裝置而言)，其攜帶的熱量減少，吸收塔內(nèi)由于煙氣降溫放熱而蒸發(fā)的水蒸氣的水量減少，使得脫硫系統(tǒng)的補水量減少，根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)，其用水量滿足協(xié)議要求。

(3)灰、渣均采用干式集中系統(tǒng)，最大限度節(jié)水；干式排渣系統(tǒng)用空氣冷卻熱渣，不需要用水冷卻，減少了設(shè)備、簡化了系統(tǒng)，節(jié)約了大量水資源，同時無廢水排放，無需廢水處理系統(tǒng)，有利于環(huán)境保護。

(4)本期工程化學水濃排水及酸堿廢水及反洗排水，收集后經(jīng)工業(yè)廢處理站處理后全部用于公用給水系統(tǒng)。

(5)輔機循環(huán)水排污水，回收用于脫硫制漿系統(tǒng)。

(6)輔機冷卻塔設(shè)除水器，減少冷卻系統(tǒng)風吹損失水量。

(7)輔機冷卻塔的補水系統(tǒng)采用自動調(diào)節(jié)方式，根據(jù)系統(tǒng)水位變化自動調(diào)節(jié)補給水量。

(8)工業(yè)廢水集中處理，重復利用于公用水系統(tǒng)。

(9)生活污水經(jīng)處理達標后重復利用于公用給水系統(tǒng)等。

(10)電廠煤水排至煤礦回用，煤礦生活污水回用于電廠系統(tǒng)，廢水水源互相利用，減少廢水外排。

(11)合理設(shè)置計量監(jiān)控設(shè)施：系統(tǒng)中配備必要的流量計和水位控制閥等計量控制設(shè)施，對各主要工藝系統(tǒng)進行監(jiān)督管理，嚴防跑、冒、滴、漏、溢流現(xiàn)象的發(fā)生。

5.2 其它廢污水處理

根據(jù)電廠各用水點的水量和水質(zhì)要求，對電廠排水進行不同方式的處理后，再重復利用或排出廠外。全廠排水按排水水質(zhì)分為生活污水和工業(yè)廢水等。

生活污水包括：廠區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)建筑物、辦公樓等附屬建筑物的廁所和盥洗排水，浴室排水，食堂排水等。因一體化項目的子項目礦井生活污水排至電廠廠區(qū)內(nèi)處理，所以污水量包括一部分礦井區(qū)的生活污水。

經(jīng)處理后的污水水質(zhì)為BOD5≤10mg/l，SS≤10mg/l，對BOD5和SS去除率分別為85%和80%以上，出水水質(zhì)能夠滿足GB8978-1996《污水綜合排放標準》表4中一級標準及回用水標準。排到公用水池后與工業(yè)廢水處理站處理來水混合回用。

5.3 水量平衡

根據(jù)上述各用水量分析及相應可靠的節(jié)水措施，在全廠水務管理和水量平衡設(shè)計中貫徹一水多用、處理回收、綜合利用和重復使用的節(jié)水原則。

汽動給水泵采用濕式冷卻方案，本期工程2×660MW超超臨界空冷機組全廠夏季最大補給水量見表1。

表1 2×660MW超超臨界空冷機組夏季最大用水量表

備注：

(1)化學水處理用水量已扣除煤礦用汽9m3/h(夏季)。

(2)表中第14項為煤礦區(qū)生活污水排至電廠18m3/h，第15項電廠公用水排水至煤礦18m3/h，所以電廠實際耗水量應為563m3/h。

(3)表中所列為正常連續(xù)供水量和耗水量，耗水量為電廠采取了節(jié)約用水措施、一水多用、重復利用后與用水量對應的正常連續(xù)補水量，不包括機組啟動、檢修等的非正常工況水量。

經(jīng)水量平衡計算，電廠和煤礦廢水互用等措施，電廠本期新建2×660MW超超臨界空冷機組時，電廠夏季最大用水量約為563m3/h(0.156m3/s)，夏季耗水指標為0.118m3/s.MW，電廠全年平均用水量為510m3/h(0.142m3/s)，全年平均耗水指標為0.11m3/s.MW。

通過優(yōu)化和采用節(jié)水技術(shù)，電廠新建工程的耗水指標優(yōu)于國家對新建機組電廠節(jié)水的有關(guān)規(guī)定，達到國內(nèi)先進的水平，滿足業(yè)主要求的指標，電廠運行1年多，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，實際運行指標達到了設(shè)計要求。

6 結(jié)語

煤電一體化空冷電廠的節(jié)水設(shè)計要結(jié)合實際情況，在電廠規(guī)劃和設(shè)計初期就要把節(jié)約用水作為一項重要的設(shè)計原則，在規(guī)劃初期，設(shè)計院要與煤礦設(shè)計院密切配合，及時了解煤礦的總體布局，了解煤礦總體用排水情況，通過合理選擇電廠供水水源、機組形式、優(yōu)化機組冷卻方式和冷卻水系統(tǒng)，最終確定采用空冷機組，在此基礎(chǔ)上，本著為煤電一體化項目降低總體投資和節(jié)水的情況下，進一步確定電廠和煤礦總體用排水統(tǒng)籌規(guī)劃，通過各種節(jié)水措施，降低電廠耗水指標，同時保證工業(yè)廢水不外排。

總之，電廠節(jié)水技術(shù)是否成功需要從設(shè)計開始到電廠運行全過程實施的檢驗，水工專業(yè)負責對全廠用水進行水量平衡計算，但需要其他用水工藝專業(yè)配合，各專業(yè)應對各用水量嚴格計量，絕不超限，同時從初步設(shè)計招標到施工圖階段設(shè)備招標，到電廠運行管理，都需要嚴格控制相關(guān)的用水量，才能確保設(shè)計耗水指標先進，設(shè)計數(shù)據(jù)與實際運行一致，達到環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一。

[1]《火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范》DL/T 5339—2006.

[2]《布連電廠水資源論證報告》.

[3]中國電力規(guī)劃設(shè)計協(xié)會組編,電力設(shè)計專業(yè)工程師手冊—火力發(fā)電部分土水篇綜合篇.

張書梅(1967-),女(漢族),大學本科畢業(yè),河北石家莊人,高級工程師,主要從事火力發(fā)電廠水工設(shè)計及研究工作,現(xiàn)任河北省電力勘測設(shè)計研究院發(fā)電事業(yè)部專業(yè)總工程師。