青島琦泉農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電生產(chǎn)用水分析

王 霞，鄭志國(guó)

（青島市水文局，山東 青島266071）

青島琦泉生物質(zhì)發(fā)電工程項(xiàng)目位于萊西市望城工業(yè)園內(nèi)友誼路以南、寧波路以東，初步規(guī)劃2 臺(tái)130 t/h 的高溫高壓中間再熱循環(huán)流化床生物質(zhì)直燃鍋爐配2 臺(tái)40 MW 發(fā)電機(jī)組，農(nóng)林生物質(zhì)的年消耗量為33.6 萬t，年發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)為6 000 h，年發(fā)電量為48 000×104kW·h，年供電量為43 296×104kW·h，年對(duì)外供熱量31.8×104GJ。項(xiàng)目以萊西市污水處理廠的再生水作為水源，采用泵站加壓的方式，經(jīng)1 根DN250的焊接鋼管送至電廠內(nèi)。

1 項(xiàng)目用水合理性分析

1.1 用水條件分析

污水處理再生水具有水量穩(wěn)定、輸水距離相對(duì)較短等特點(diǎn)，可為城市工業(yè)、生態(tài)提供安全可靠的替代水源，是解決缺水問題的戰(zhàn)略選擇，是推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化、加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的客觀需要。電廠使用再生水作為生產(chǎn)用水水源，不僅符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的要求，又節(jié)約了地表水、地下水等常規(guī)水源，有利于當(dāng)?shù)厮Y源的合理配置和有效利用，符合當(dāng)?shù)厮Y源條件、規(guī)劃和管理的要求。

1.2 用水環(huán)節(jié)分析

1）用水水量分析。依據(jù)項(xiàng)目可行性報(bào)告，本工程選用3 臺(tái)臥式循環(huán)水泵，2 用1 備；冷卻設(shè)備選用1 座2 500 m2的自然通風(fēng)雙曲線冷卻塔；循環(huán)采用2 條DN400 的循環(huán)水鋼管和1 條鋼筋混凝土自流循環(huán)回水溝。該工程對(duì)循環(huán)水量進(jìn)行計(jì)算，如表1 所示。

青島琦泉農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電工程新建2×40 MW抽汽機(jī)組，全廠補(bǔ)給水量見表2。

由表2 可知，全年用水總量為119.5 萬m3。

2）用水設(shè)計(jì)參數(shù)分析。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，本工程工業(yè)熱負(fù)荷最大為12 t/h，凝結(jié)水按60%回收。根據(jù)《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算汽水損失、鍋爐排污損失、機(jī)組啟動(dòng)或事故增加損失和外供氣損失，得出化學(xué)水處理系統(tǒng)出力為19.58 t/h，取20 t/h。

3）用水水平指標(biāo)分析。由于本項(xiàng)目是一種新興利用可再生能源發(fā)電工程，暫時(shí)沒有專門的考核標(biāo)準(zhǔn)，所以本次論證指標(biāo)采用單純發(fā)電燃煤火電廠的考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較。但由于本項(xiàng)目是利用生物質(zhì)發(fā)電，不宜完全套用燃煤火電標(biāo)準(zhǔn)。

①單位裝機(jī)容量取水量。采用Vc=Vh/N 進(jìn)行計(jì)算，式中：Vc 為裝機(jī)取水量，m3/（s·GW）；Vh為最大取水量，m3/s；N 為裝機(jī)容量，GW。計(jì)算得出，本工程非采暖期裝機(jī)取水量為0.91 m3/（s·GW），采暖期裝機(jī)取水量為0.455 m3/（s·GW），單位裝機(jī)容量取水量合理。

②單位發(fā)電量取水量。單位發(fā)電量取水量采用Vui=Vi/Q 進(jìn)行計(jì)算，式中：Vui為單位發(fā)電量取水量，m3/（MW·h）；Vi為在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)過程中取水量總和，m3；Q 為在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量，MW·h。計(jì)算得出，電廠全年發(fā)電用水量為118.56 萬m3，年發(fā)電量0.48×106MW·h，單位發(fā)電產(chǎn)品新水量為2.47 m3/（MW·h），單位發(fā)電量取水量合理。

③復(fù)用水率。電廠復(fù)用水率采用R=（Vr/（Vi+Vr））×100%進(jìn)行分析計(jì)算，式中：R 為重復(fù)利用率，%；Vr 為在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)過程中的重復(fù)利用水量總和，m3；Vi 為在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)過程中取水量總和，m3。經(jīng)計(jì)算，本工程非采暖期復(fù)用水率為99.09%，采暖期復(fù)用水率為99.25%。滿足《中國(guó)城市節(jié)水2010 年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》中95%的指標(biāo)要求，亦滿足國(guó)內(nèi)火力發(fā)電工業(yè)用水重復(fù)利用率行業(yè)先進(jìn)水平循環(huán)冷卻電廠97%的指標(biāo)要求。

④新水利用率。根據(jù)本項(xiàng)目可研報(bào)告，電廠非采暖期、采暖期新水量分別為262 m3/h、131 m3/h，排水量分別為59.4 m3/h、23.4 m3/h，因此電廠新水利用率分別為22.67%、17.86%。

⑤循環(huán)水利用率。電廠設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)循環(huán)水量，非采暖期、采暖期分別為12 500 m3/h、9 220 m3/h；冷卻循環(huán)系統(tǒng)總用水量，非采暖期、采暖期分別為12 718 m3/h、9 308 m3/h，則非采暖期、采暖期循環(huán)水重復(fù)利用率分別為98.29%、99.05%。

⑥其他指標(biāo)。冷卻塔蒸發(fā)損失量非采暖期、采暖期分別為156 m3/h、63 m3/h，冷卻蒸發(fā)損失率分別為1.23%、0.68%，冷卻蒸發(fā)損失率較低。

風(fēng)吹損失量非采暖期、采暖期分別為6 m3/h、5 m3/h，風(fēng)吹損失率分別為0.05%、0.05%，基本達(dá)到風(fēng)筒式自然通風(fēng)冷卻塔風(fēng)吹損失率0.05%的標(biāo)準(zhǔn)。

4）合理取用水量最終核定。通過分析，項(xiàng)目生產(chǎn)用水合理。根據(jù)用水工藝和水量平衡過程，計(jì)算項(xiàng)目年取水量為119.5 萬m3/a?？紤]到取水地點(diǎn)與用水地點(diǎn)之間的管道輸水損失，最終核定年需取用再生水125.5 萬m（35%輸水損失率）。

2 項(xiàng)目取水水源合理性分析

2.1 污水處理量分析

根據(jù)萊西市污水處理廠2014 年實(shí)際處理污水量進(jìn)行分析，萊西市污水處理廠2014 年月處理污水量為182.0 萬～244.9 萬m3，月平均處理水量216 萬m3，合日處理污水量為6.4 萬～7.9 萬m3，日平均處理量為7.1 萬m3，處理水量較為穩(wěn)定。

2.2 供水穩(wěn)定性分析

通過計(jì)算1～12 月逐日出水水量的日變化系數(shù)和方差分析其供水穩(wěn)定性。

1）日變化系數(shù)法。日變化系數(shù)為最高日用水量與平均日用水量的比值，一般來說供水規(guī)模越大，日變化系數(shù)越小，供水規(guī)模越小，日變化系數(shù)越大。通過計(jì)算，1～12 月日變化系數(shù)為1.11，日變化系數(shù)較小，出水比較穩(wěn)定。

2）方差法。方差是各個(gè)數(shù)據(jù)與平均數(shù)之差的平方和的平均數(shù)，用來度量隨機(jī)變量與均值之間的偏離程度。通過計(jì)算，1～12 月出水水量系列的方差為0.24，方差較小，出水水量較為穩(wěn)定。

2.3 污廢水收集量預(yù)測(cè)分析

以2014 年為現(xiàn)狀年、2020 年為規(guī)劃水平年，分析預(yù)測(cè)萊西市污水處理廠可收集處理的污水量。

1）生活污水排放量預(yù)測(cè)。根據(jù)相關(guān)成果，預(yù)測(cè)2020 年萊西市城區(qū)人口將達(dá)到27.1 萬人，城區(qū)居民生活用水定額為120 L/人·d，年生活用水量為1 187 萬m3，生活用水產(chǎn)污系數(shù)取0.8，則2020 年萊西市城鎮(zhèn)生活污水排放量為950 萬m3。

2）工業(yè)污水排放量預(yù)測(cè)。根據(jù)《山東省萊西市城市總體規(guī)劃（2011—2030）》，預(yù)測(cè)2020 年萊西市城區(qū)工業(yè)增加值為494.54 億元，萬元工業(yè)增加值用水量為9 m3/萬元，則工業(yè)用水量為4 450.87 萬m3，工業(yè)水產(chǎn)污系數(shù)取0.70，則2020年萊西市城區(qū)工業(yè)污水排放量為3 115.6 萬m3。

3）規(guī)劃水平年污水收集量預(yù)測(cè)。2020 年萊西市城市污水管網(wǎng)收集率將達(dá)到0.96，則2020 年萊西市污水處理廠可收集的污廢水量為3 903萬m3，合10.69 萬m3/d。萊西市污水處理廠處理規(guī)模為10 萬m3/d，基本可以滿足城市污水接納需求。

2.4 再生水可供水量預(yù)測(cè)

1）正常年份可供水量分析。在正常年份下，萊西市污水處理廠達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，處理規(guī)模為10 萬m3/d，年處理量3 650 萬m3，按處理水量的80%計(jì)算再生水可供水量，則萊西市污水處理廠規(guī)劃水平年（2020 年）可供再生水為8 萬m3/d，即2 920 萬m3/a。本項(xiàng)目作為再生水工程的第一用戶，生產(chǎn)用水年取水量?jī)H為125.5 萬m3，再生水水量是有保證的。

2）特枯水年（97%保證率）可供水量分析。根據(jù)城市供水應(yīng)急預(yù)案，在特枯水年，對(duì)城市生活用水量和工業(yè)用水量分別壓減10%，確定萊西市污水處理廠收集范圍內(nèi)現(xiàn)狀年壓減后的生活和工業(yè)用水量。按照折污系數(shù)、污水管網(wǎng)收集率預(yù)測(cè)分析特枯水年（P=97%）污水處理廠可收集的污廢水排放量。特枯年份污水處理廠廢污水量收集量和處理量均按減少10%考慮，則處理量為6.39 萬m3/d，合2 332.35 萬m3/a。按處理水量的80%計(jì)算再生水可供水量，為5.11 萬m3/d，合1 865.15 萬m3/a，滿足電廠生產(chǎn)用水需求。

3 意見和建議

1）再生水水質(zhì)一般不能滿足電廠各項(xiàng)用水環(huán)節(jié)的水質(zhì)要求，需進(jìn)入電廠后進(jìn)行深度處理，處理達(dá)標(biāo)后方可作為循環(huán)冷卻系統(tǒng)用水水源。

2）由于再生水出水不連續(xù)，電廠用水為連續(xù)用水，因此，電廠應(yīng)建設(shè)一定規(guī)模的蓄水池先將再生水儲(chǔ)存起來，再根據(jù)電廠用水量需求進(jìn)行不間斷供水。

3）設(shè)立雨水收集池。雨水作為一種寶貴的淡水資源，可收集和處理后應(yīng)用于電廠雜用水系統(tǒng)，也可作為電廠的補(bǔ)充水源。

4）及時(shí)掌握電廠取、用、退水的動(dòng)態(tài)狀況，加強(qiáng)用水管理，合理利用水資源，挖掘節(jié)水潛力，發(fā)揮水資源的綜合經(jīng)濟(jì)效益。