基于熱電廠取用水合理性探析

潘志鋼

(遼寧省遼陽水文局， 遼寧 遼陽 111000)

基于熱電廠取用水合理性探析

潘志鋼

(遼寧省遼陽水文局， 遼寧 遼陽 111000)

本文以龍港區(qū)熱電廠為例，從取用水方案、取用水量合理性等方面，對該類項目的取用水合理性涉及的主要內(nèi)容進行分析，從而較為系統(tǒng)地介紹了龍港區(qū)熱電廠建設(shè)項目水資源論證中取用水合理性的評價原則及方法。經(jīng)分析，項目取用水合理，以水資源合理開發(fā)和高效利用支撐區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，同時，也為水行政主管部門對本項目取水許可審批提供技術(shù)支撐和參考依據(jù)。

取用水； 合理性； 熱電廠

1 概 述

根據(jù)《葫蘆島市城市總體規(guī)劃》，葫蘆島市規(guī)劃建設(shè)兩個大型供熱區(qū)域——連山區(qū)和龍港區(qū)，本熱電廠工程即城市熱力規(guī)劃中的龍港區(qū)熱電廠，燃煤擬采用內(nèi)蒙古錫林浩特煤和元寶山煤。按熱電發(fā)展總體規(guī)劃，2010年前葫蘆島熱電廠裝機2×300MW，2015年和2020年分別擴建一臺300MW供熱機組，和城市建設(shè)發(fā)展同步，增加電廠的集中供熱能力。

根據(jù)規(guī)劃，電廠本期裝機容量為2×300MW供熱機組，機組類型為國產(chǎn)、燃煤、亞臨界、一次中間再熱、抽汽凝汽式供熱機組。工程投產(chǎn)后，設(shè)備年利用小時數(shù)7000h，預(yù)計年發(fā)電量3300GW·h，年供熱量604GJ。

2 取用水方案

2.1 循環(huán)冷卻水和工業(yè)用水取用水方案

電廠生產(chǎn)用水來源于葫蘆島市老城區(qū)污水處理廠經(jīng)二級處理后的中水，再經(jīng)電廠進行深度處理變成可利用的工業(yè)再生水，再生水冷季小時取水量790.36m3，熱季小時取水量1979.7m3。其中，循環(huán)冷卻水用再生水冷季小時取水量為269.36m3，熱季小時取水量為1517.7m3。廠內(nèi)建1座循環(huán)水泵房、2座冷卻塔、1座煙囪；電廠工業(yè)用再生水冷季小時取水量為521m3，熱季小時取水量為462m3。由電廠建設(shè)輸水管線，輸水管線采用鑄鐵管道，口徑為DN300，管道直埋。廠內(nèi)設(shè)1000m3工業(yè)蓄水池1座。

2.2 生活用水取用水方案

生活用水取自市政自來水公司水源，冷季小時取水量7m3，熱季小時取水量10m3。 初步設(shè)想建設(shè)熱電廠專用供水管道。

2.3 生產(chǎn)備用水源取用水方案

工業(yè)備用水源取自市政自來水公司，日最大取水量為3.3萬m3。建設(shè)熱電廠專用供水管道。本期工程設(shè)計取水量見表1。

表1 本期工程設(shè)計取水量

3 取用水量合理性分析

3.1 取水合理性分析

3.1.1 生產(chǎn)主水源取水合理性分析

葫蘆島市主城區(qū)集中供熱率只有51.3%，熱源的建設(shè)已遠遠滯后于城市供熱需求。本2×300MW工程熱電聯(lián)產(chǎn)項目投產(chǎn)后，不但可以為該區(qū)域民用熱負荷發(fā)展提供強有力的后備保障，滿足葫蘆島市城區(qū)近期采暖熱負荷的需求，同時能對該區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)起到積極的支持作用，而且可以改善大氣環(huán)境質(zhì)量，為建設(shè)環(huán)保城市作貢獻。本項目的建設(shè)符合遼寧省“五點一線”的發(fā)展戰(zhàn)略，符合葫蘆島市的總體發(fā)展規(guī)劃。

葫蘆島市人均水資源量僅為714萬m3，不足全國人均水資源量的1/3，且水資源分布不均，供需矛盾突出。目前，向葫蘆島市城區(qū)供水的地表水源工程供水潛力不大，城區(qū)地下水也處于超采狀態(tài)，已造成海水入侵，使部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化。

隨著污水處理技術(shù)的不斷提高，中水開發(fā)利用已成為城市建設(shè)中一種新的供水水源。中水回用不僅能夠提高水的有效利用率，緩解缺水地區(qū)水資源供需壓力，而且能減輕水環(huán)境污染。2000年葫蘆島市政府投資1.92億元人民幣，建成2座污水廠，分別為老城區(qū)污水處理廠和新區(qū)污水處理廠，設(shè)計處理能力分別為7萬m3/d和3萬m3/d，目前只有鋅廠一個用水戶，現(xiàn)兩廠分別向鋅廠日供水0.6m3/d和0.8萬m3/d，余水排海，因此葫蘆島市污水處理廠除保證鋅廠供水外仍有供水潛力。

隨著葫蘆島市的發(fā)展，城市污水不斷增加，市政府計劃對老城區(qū)污水處理廠進行擴建。屆時老城區(qū)污水處理廠的處理能力將由原來的7萬t/d提高到14萬t/d，因此為本建設(shè)項目取用中水提供了可能。

3.1.2 生活、備用水源取水合理性分析

本工程生活用水指廠區(qū)內(nèi)的生活用水及空調(diào)用水。廠區(qū)內(nèi)的生活水源對水質(zhì)要求較高，一般選取市政供水或地下水。本工程廠址位于經(jīng)濟開發(fā)區(qū)北港工業(yè)區(qū)屬于市政供水范圍，利用市政自來水供水系統(tǒng)既可以保證質(zhì)量又能節(jié)省設(shè)備投資，而且供水保證率較高，所以水源選擇合理。

空調(diào)用水雖然用水量不大，參考其他電廠設(shè)計，可以利用中水水源。

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50335—2016)，以中水作為主水源的電廠，其備用水源宜應(yīng)用新鮮水的要求，工程事故備用水源是臨時性的應(yīng)急用水，本工程選擇市政自來水備用水源也是合理的。

3.2 用水結(jié)構(gòu)及用水量

用水量指經(jīng)深度處理后的再生水量，以下同。

3.2.1 用水結(jié)構(gòu)

電廠給水系統(tǒng)主要分為生產(chǎn)用水、生活用水、服務(wù)用水、脫硫用水和消防用水等。

生產(chǎn)用水主要包括循環(huán)水補水、化學(xué)用水；服務(wù)用水主要包括電廠輸煤、除灰系統(tǒng)的沖洗水等。

根據(jù)熱電廠初步可行性研究報告，電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用帶自然通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)，設(shè)置2座4500m2的冷卻塔。本工程循環(huán)水系統(tǒng)補充水采用葫蘆島市老城區(qū)污水處理廠處理后的二級中水，再經(jīng)電廠進行深度處理變成可利用的工業(yè)再生水。汽機房輔機冷卻水系統(tǒng)采用閉式冷卻水系統(tǒng)，閉式冷卻水系統(tǒng)設(shè)2臺75%容量閉式工業(yè)水冷卻器(水—水冷卻器，一次水為除鹽水，二次水為循環(huán)水)，設(shè)3臺閉式工業(yè)水循環(huán)泵。

化學(xué)用水水源為經(jīng)深度處理的再生水，其工藝流程為：再生水→自清洗過濾器→超濾→清水箱→清水泵→保安過濾器→高壓泵→反滲透裝置→除碳器→除碳水箱→淡水箱→淡水泵→陽床→陰床→混床→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房。

生活用水主要是職工生活用水(包括飲用、洗滌、沖洗等)、淋浴和食堂用水。生活水源采用工業(yè)園區(qū)市政自來水。

消防用水為非經(jīng)常性用水，采用與生活用水相同的水源。

服務(wù)用水主要是輸煤系統(tǒng)和除灰系統(tǒng)用水、廠區(qū)綠化、道路噴灑、沖洗等。廠區(qū)綠化采用處理后的生活污水，其他水源采用工業(yè)廢水處理后的再生水。

3.2.2 用水量

夏季按214d、冬季按151d計算，電廠年運行小時約為7000h，按夏季、冬季時間加權(quán)計算工業(yè)全年取水量約1041.36萬m3。

3.2.2.1 冷卻循環(huán)補充水量

循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水是補充冷卻塔蒸發(fā)、風(fēng)吹損失和排污所消耗的水量，水源采用深度處理后的中水。這部分補水量受氣候影響較大，夏季最大補水量高達1527.95m3/h(實際補水量為1517.7m3/h，有10.25m3/h來自鍋爐排污水)，實際補水量約占同期工業(yè)取水量的76.7%；冬季補水量為269.36m3/h，約占同期工業(yè)取水量的34.1%。

3.2.2.2 化學(xué)系統(tǒng)用水

主要包括鍋爐補水、供熱熱網(wǎng)補水等。鍋爐補水采用除鹽水，熱網(wǎng)補水采用化學(xué)處理站處理后的反滲透水，夏季總用水量282m3/h，冬季總用水量449m3/h。其中鍋爐補充水夏季165m3/h、冬季158m3/h(鍋爐蒸汽水損失補水量夏季54.75m3/h、冬季58m3/h，供給工業(yè)抽汽100m3/h，夏季鍋爐排污水量10.25m3/h，化學(xué)處理過程產(chǎn)生廢水夏季117m3/h、冬季184m3/h，經(jīng)工業(yè)廢水處理站處理后回用)；熱網(wǎng)補水量107m3/h。

3.2.2.3 一般工業(yè)用水

主要包括車間輔助設(shè)備冷卻水雜用水、脫硫系統(tǒng)用水。

脫硫用水216.5m3/h，全部來自循環(huán)水系統(tǒng)排污水及化學(xué)處理站的廢水。

主廠房及其他建筑物沖洗、汽車沖洗等服務(wù)用水8.9m3/h，來自工業(yè)廢水處理站處理后的再生水。

3.2.2.4 服務(wù)系統(tǒng)用水

主要包括除灰系統(tǒng)用水、輸煤系統(tǒng)用水等。

本期工程采用干除灰、濕式除渣方式，除灰系統(tǒng)用水主要是用于除灰系統(tǒng)設(shè)備冷卻水、灰場噴灑等，主要由廠內(nèi)經(jīng)處理的回用工業(yè)廢水、冷卻塔排污水及脫硫廢水提供。其中灰?guī)炱L(fēng)機房冷卻水30m3/h，除灰冷干機冷卻水60m3/h，灰場噴灑26m3/h。

燃油泵房冷卻水5m3/h，煤場噴灑7.7m3/h，輸煤系統(tǒng)沖洗用水6.25m3/h，輸煤系統(tǒng)除塵用水4.2m3/h，輸煤噴霧抑塵水11.65m3/h，煤水處理站補充水10.84m3/h，儲灰?guī)烨鍜哂盟?m3/h。

3.2.2.5 生活用水

生活用水指廠區(qū)內(nèi)的生活用水及空調(diào)用水。主要包括飲用水、食堂、職工宿舍、洗滌水、衛(wèi)生器具沖洗水、淋浴用水等。生活用水采用市政自來水，用水量為10m3/h, 其中包括熱季空調(diào)補水3m3/h.，全年生活用水量7.67萬m3。

3.3 設(shè)計用水指標(biāo)

根據(jù)《取水定額 第1部分：火力發(fā)電》(GB/T 18916.1—2012)實施指南，中水冷卻的火力發(fā)電廠節(jié)約用水的整體水平主要采用單位產(chǎn)品取水量和裝機取水量、重復(fù)利用率等指標(biāo)進行評價。

3.3.1 單位產(chǎn)品取水量

單位產(chǎn)品取水量是指每生產(chǎn)單位產(chǎn)品需要的生產(chǎn)和輔助性生產(chǎn)的取水量(不包括廠區(qū)生活用水)。本期工程的主要產(chǎn)品為電能和熱能，電廠年運行小時約為7000h，年發(fā)電量為33億kW·h。工業(yè)年取水量為1041.36萬m3。

熱電廠用于工業(yè)抽汽的水量和用于供熱的水量(含損失)為170m3/h和124m3/h；扣除該部分水量電廠用于發(fā)電的水量為：熱季為1809.7m3/h，冷季為 496.36m3/h，全年平均發(fā)電用水量為1262.48m3/h，發(fā)電年取水量為886萬m3。

3.3.2 裝機取水量

工程2×300MW機組設(shè)計工業(yè)用水消耗量(扣除工業(yè)抽氣用水170m3/h)夏季為1809.7m3/h，冬季(扣除工業(yè)抽氣用水170m3/h，熱網(wǎng)補水124m3/h)為496.36m3/h。機組設(shè)計定額總發(fā)電裝機容量為600×10-3GW。

設(shè)計裝機取水量=[(1809.7×214+496.36×151)/365]/(0.6×3600)=0.58m3/(s·GW)。

3.3.3 全廠用水重復(fù)利用率

熱季工程設(shè)計全廠重復(fù)利用水量68660.29m3/h，取水總量70649.99m3/h，熱季全廠重復(fù)利用率為

R=Vr/Vt=(68262+398.29)/

(1979.7+68262+398.29+10)×100%=97.2%

式中R——重復(fù)利用率，%；

Vr——重復(fù)利用水量，m3/h；

Vt——總用水量，m3/h。

3.3.4 間接冷卻水循環(huán)率

熱季間接冷卻水循環(huán)水量68262m3/h，工業(yè)總用水量69779.7m3/h。冷卻水循環(huán)率為

Rc=Vcr/Vct=68262/69779.7×100%=97.8%

式中Rc—— 間接冷卻水循環(huán)率，%；

Vcr—— 間接冷卻水循環(huán)水量，m3/h;

Vct—— 總用水量，m3/h。

3.3.5 生活用水定額

按照《大唐國際葫蘆島熱電廠工程初步可行性研究報告》，2×300MW機組生活取水量7m3/h。由于職工不在廠區(qū)居住，生活水量主要是飲用、洗滌、淋浴、食堂。全廠按職工人數(shù)400人計算，每日每人平均取水量420L。

3.4 設(shè)計用水合理性分析

本期工程設(shè)計單位發(fā)電取水量為26.8m3/萬kW·h，最大裝機取水量為0.58m3/s·GW，符合《取水定額 第1部分：火力發(fā)電》(GB/T 18916.1—2012)中對采用循環(huán)供水系統(tǒng)、單機容量不小于300MW機組的發(fā)電廠，單位發(fā)電取水量不超過38.4m3/萬kW·h，裝機取水量不宜超過0.8m3/s·GW的要求。

根據(jù)《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》(DL/T 783—2001)中規(guī)定：“對于采用淡水循環(huán)供水系統(tǒng)，單機容量不小于125MW新建或擴建的循環(huán)供水凝汽式電廠全廠復(fù)用水率不宜低于95%”。本期工程設(shè)計生產(chǎn)重復(fù)利用率夏季為97.2%，達到國家火電行業(yè)的節(jié)水指標(biāo)要求，見表2。

表2 火電行業(yè)有關(guān)節(jié)水指標(biāo)

目前，我國有些地區(qū)已制定了行業(yè)用水地方標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)將本期工程設(shè)計用水指標(biāo)與國內(nèi)同行業(yè)的部分省市先進標(biāo)準(zhǔn)和全國節(jié)水典型企業(yè)指標(biāo)進行比較，見表3。

表3 火電行業(yè)用水指標(biāo)比較

通過以上比較，本期工程設(shè)計工業(yè)用水重復(fù)利用率和單位發(fā)電取水量兩項指標(biāo)，在國內(nèi)同行業(yè)中處于較先進水平。

按照本期工程正式在編人員計算，人均生活綜合取水定額為420 L/(人·d)，包括飲用水、食堂、職工宿舍、洗滌水、沖洗水、淋浴用水等。根據(jù)國內(nèi)電廠運行機制，在電廠正常運行期間廠內(nèi)臨時工作人員可以達到編內(nèi)人員的數(shù)量，電廠內(nèi)工作人員近800人，由此計算人均用水定額應(yīng)為210 L/(人·d)，略高于遼寧省城鎮(zhèn)居民生活定額150 L/(人·d)，如果按150 L/(人·d)定額核算，生活每小時取水應(yīng)為5m3/h。根據(jù)北方氣候特點，冷季生活退水應(yīng)外排，核定后生活排水量約3.5m3/h，由此推算冷季全廠外排水量由20.25m3/h增加到23.75m3/h。

空調(diào)水應(yīng)采用中水水源，這樣熱季再生水取水量應(yīng)為1982.7m3/h，日最大取水量4.76萬m3/h。

4 結(jié) 語

綜上所述，熱季再生水取水量變更為1982.7m3/h，生活取水量變更為5m3/h，冷季仍為790.36m3/h。 本期工程生產(chǎn)日最大取水量為4.76萬m3/d，全年生產(chǎn)取水量為1042.60萬m3；生活日最大取水量為0.012萬m3/d， 年取水量4.38萬m3；工業(yè)備用水源按日最大取水量4.76萬m3的70%計算，備用量為3.3萬m3/d，備用時間按20d計算，年備用取水量為66萬m3。

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Analysis on water intake and use rationality based on thermal power plant

PAN Zhigang

(LiaoningLiaoyangHydrologyBureau,Liaoyang111000,China)

In the paper, longgang District thermal power plant is adopted as an example. Main contents related to water intake and use rationality in the project are analyzed in the aspects of water intake and use plan, water intake and use rationality, etc. Therefore, water intake and use rationality evaluation principles and methods in water resources demonstration of Longgang District thermal power plant construction project are introduced more systematically. Rational development and efficient utilization of water resources support sustainable development of the area. Meanwhile, technical support and reference basis are also provided for examination and approval of water intake permit in the project by water administrative competent department.

water intake and use; rationality; thermal power plant

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.08.011

TV214

A

2096-0131(2017)08- 0037- 04