冷熱電三聯(lián)產項目用水合理性分析研究

楊翠翠 潘光毓陳小菊

一、概況

1.項目背景

冷熱電聯(lián)產（CCHP）技術是在熱電聯(lián)產基礎上發(fā)展起來的，CCHP系統(tǒng)與熱電聯(lián)產系統(tǒng)（CHP）的不同之處在于，CCHP系統(tǒng)可以向建筑物同時提供電力、制冷、供暖、衛(wèi)生熱水或其他用途的熱能。與簡單的供電系統(tǒng)相比，冷熱電三聯(lián)產系統(tǒng)可以在大幅度提高能源利用率的同時，降低環(huán)境污染，明顯改善系統(tǒng)的熱經(jīng)濟型。因此，冷熱電三聯(lián)產技術室目前分布式供能發(fā)展的主要方向之一。

隨著國家西氣東輸工程建成，天然氣的推廣使用是國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一，實施天然氣清潔能源發(fā)電項目的發(fā)展戰(zhàn)略是地區(qū)高質量、高效益開發(fā)的必然要求。建設天然氣分布式能源供應系統(tǒng)，有利于調整能源結構，逐步降低煤炭消費比重，有利于采用能源梯級利用技術，提高能源利用效率，有利于順應城鄉(xiāng)居民生活水平提高和產業(yè)集聚新形勢，化解對冷、熱（包括蒸汽、熱水）等能源品種供需矛盾，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供支撐。

為推動地方經(jīng)濟發(fā)展，優(yōu)化調整電源結構，促進節(jié)能減排，結合金湖發(fā)展規(guī)劃，某企業(yè)計劃與金湖縣共同開發(fā)建設清潔、高效的燃氣分布式能源站項目，向金湖開發(fā)區(qū)的企事業(yè)單位和居民提供冷、熱、電，工程建設兩套一拖一聯(lián)合循環(huán)機組，可提供87.4MW的電力、約60t/h的供熱能力、10MW的供冷能力。年利用小時5500h，項目設計供熱量為33萬t/a，年發(fā)電量4.18億kW·h，年供冷量為7.2 萬 GJ。

2.項目概況

建設項目主要是為了滿足金湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)集中供熱需求，民用熱負荷暫不考慮。根據(jù)服務區(qū)域的工業(yè)熱負荷、供冷負荷需求，按照“以熱定電、搬遷替代小煤電”的原則，建設兩套（LM2500＋G4）系列的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)供分布式能源站。燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是通過燃氣輪機+余熱鍋爐+汽輪機的形式。通過燃氣輪機發(fā)電，產生的煙氣通過余熱鍋爐，產生的高壓蒸汽進入汽輪機部分轉化為電能，部分采取抽汽的形式為周邊提供蒸汽或熱水，最終實現(xiàn)燃氣熱能的梯級利用。其優(yōu)點是調節(jié)靈活，可以滿足區(qū)域不同時段的負荷需求，且系統(tǒng)可以24h發(fā)電。

建設項目擬采用帶機力通風冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)。取水主要用于循環(huán)冷卻水的補充和化學用水。生產用水取自入江水道三河段，平均取水量為171.5m3/h，夏季最大取水量195.5m3/h，年取水總量94.3萬m3。廠區(qū)生活用水由金湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)自來水供水管網(wǎng)供給，用水量0.5m3/h，廠區(qū)勞動定員84人。

二、用水合理性分析

1.用水過程

生產用水取自入江水道三河段，源水通過兩根DN300 FRPP管輸送至凈水站內進行澄清、過濾后，提供給冷卻塔補水、化學用水及其他工業(yè)用水等。

凈水站由補給水管供給，來水先進入反應沉淀池，澄清后的水一部分自流至冷卻塔水池，另一部分經(jīng)過濾后，流入化學水池、消防水池。凈水站內設置2座200m3/h的反應沉淀池；設2座120m3/h的空氣擦洗濾池。凈水站內同時設置蓄水池、加藥間、綜合泵房、污泥脫水車間等構筑物。依據(jù)水平衡測試原理，對企業(yè)用水進行水量平衡分析，項目水量平衡表見表1。

2.用水指標合理性分析

根據(jù)國家和行業(yè)標準規(guī)定，火力發(fā)電廠取水定額一般采取全廠發(fā)電耗水率、機組復用水率、機組循環(huán)水重復利用率、冷卻循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)倍率、蒸發(fā)損失等指標進行分析。

（1）全廠發(fā)電水耗率：工程設計全廠發(fā)電水耗率為0.32m3/（s·GW）。與“單機容量小于300MW新建或擴建凝汽式電廠，采用淡水循環(huán)供水系統(tǒng)，設計全廠發(fā)電水耗率不應超過0.90m3/（s·GW）”的指標相比，優(yōu)于其規(guī)定的指標水平。

（2）全廠復用水率：《火力發(fā)電廠節(jié)水導則》及電廠其他相關設計規(guī)范中沒有對單機容量125MW以下的新建或擴建凝汽式電廠的全廠復用水率指標給出控制要求。參考單機容量為125MW及以上的循環(huán)供水凝汽式電廠全廠復用水率的標準，不低于95%。建設項目的全廠復用水率為94.8%，略偏低。

（3）循環(huán)水利用率：我國一類城市冷卻水循環(huán)利用率要求是95%～97%。建設項目循環(huán)水利用率為98.0%，高于指標要求。

（4）循環(huán)排水損失率：循環(huán)水排污損失量為16m3/h，循環(huán)排水損失率為0.5%，低于循環(huán)水排放損失率1.0%的規(guī)定要求。

（5）單位供熱用水量：建設項目年平均取水量171.5m3/h，其中用于供熱的新水量為84.2 m3/h，平均供熱量為60t/h，計算得單位供熱用水量為1.40m3/t?！督K省工業(yè)用水定額》（2014年修訂）中規(guī)定“熱力生產和供應”用水定額值為1.5m3/t。項目供熱用水定額符合指標要求。

（6）單位發(fā)電用水量：建設項目在額定工況下的發(fā)電量為76MW，發(fā)電所用的新水量為85.3m3/h，單位發(fā)電量為1.12m3/MW·h?！督K省工業(yè)用水定額》（2014年修訂）規(guī)定“電力生產業(yè)循環(huán)冷卻燃氣機組”的用水定額為1.4m3/MW·h。項目單位發(fā)電用水量符合指標要求。

表1 建設項目主要用水單元水量平衡表

表2 同類型企業(yè)用水指標對比表

（7）生活用水量：建設單位提出廠區(qū)平均生活用水量為0.5m3/h，職工人數(shù)84人，職工生活用水定額為每人每日142.9L，根據(jù)《火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范》（DL/T339-2006）綜合生活用水定額為最高日260～410L/人·d、平均日210～340L/人·d，建設項目生活用水定額符合指標要求。淮安市現(xiàn)狀城鎮(zhèn)生活用水定額139L/人·d，項目生活用水量雖然符合指標要求，但略高于淮安市現(xiàn)狀生活用水水平。

建設項目為燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷、熱、電三聯(lián)產天然氣分布式能源項目。為了分析項目用水水平，以常州和江都兩個同類型項目用水水平與研究對象進行比較，見表2。通過對比，建設項目的用水工藝合理，技術可靠，用水平達到同行業(yè)先進水平，取水是合理的。

三、節(jié)水潛力分析

1.節(jié)水潛力

建設項目采用先進工藝和高能低耗、技術可靠的先進設備，水的重復利用率較高、耗水指標較低。在設計過程中考慮了節(jié)水環(huán)節(jié)，采用閉式循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)，冷卻塔裝設了高效除水器。但局部用水環(huán)節(jié)還有進一步優(yōu)化的余地。熱電節(jié)水一般從核減用水量、提高用水效率、減少泄漏三個方面考慮。

（1）提高循環(huán)水濃縮倍率，減少冷卻塔排水量。冷卻塔排污是電廠的主要耗水部分，冷卻塔排水量是根據(jù)循環(huán)水的濃縮倍率來確定的。項目取水水源三河為調水保護區(qū)，水質較好，如果能將循環(huán)冷卻水濃縮倍率提高到4，將減少冷卻塔排水量約1.7m3/h。

（2）項目運行過程中，由于蒸發(fā)，水中各種礦物質和離子濃度會愈來愈高，為了控制循環(huán)水水質指標，保證系統(tǒng)的可靠運行，必須排出濃縮水，形成排污損失。該項目冷卻塔排水、化水反滲透排水共40m3/h，除0.7m3/h作為綠化用水回用外，其余39.3m3/h均作為清下水排放?？蛇M一步加強用水管理，將清下水用于道路澆灑、消防等，降低排水率。

（3）廠內職工生活用水雖符合生活用水定額標準，但高于淮安市平均用水水平。項目廠區(qū)勞動定員為84人，用水定額采用淮安市城鎮(zhèn)生活水平，每人每天按132L計，年用水量為2539m3，每年可節(jié)約用水 211m3。

2.節(jié)水管理

《江蘇省節(jié)約用水條例》于2016年5月1日起施行，標志著江蘇省落實最嚴格水資源管理制度工作邁向了一個新臺階，對江蘇省實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義?！稐l例》規(guī)定，工業(yè)企業(yè)應當建立健全節(jié)約用水制度，提高內部用水計量率，實行用水計量管理，定期進行用水統(tǒng)計分析，按時上報用水、節(jié)水報表。結合建設項目實際情況，節(jié)水管理建議如下：

（1）加強對生產和生活用汽、用水的管理，熱力系統(tǒng)要具有高度嚴密性，嚴格控制全廠汽水損失率，降低水損失。在廠區(qū)內使用節(jié)水沖洗閥、節(jié)水淋浴器、節(jié)水水龍頭等節(jié)水型器具。

（2）制定切實可行的用水管理制度。補水發(fā)生異常時，應及時查明原因，排除故障；水暖設備嚴禁擅自放水和亂接管道；浴室、食堂、蓄水池等處不得無故漫水；除生產必需外，不得有常流水現(xiàn)象；用水管理要與各部門、職工的經(jīng)濟獎懲掛鉤，并作為部門和職工考核的內容之一。大力宣傳節(jié)水知識，不斷提高職工的節(jié)水意識。

（3）按照《用能單位能源計量器具配備和管理通則》（GB 17167-2006）要求，設置計量監(jiān)控系統(tǒng)，配置必要的流量計和水位控制閥等計量儀器設備，對各類不同的供排水系統(tǒng)進行水量監(jiān)測和控制，以便在運行中加強監(jiān)督和管理。

（4）該項目投產后，應定期完成全廠的水平衡測試工作，為節(jié)水提供科學依據(jù)。在水平衡測試的基礎上，進行節(jié)水潛力的分析，并采取相應的節(jié)水措施，積極創(chuàng)建省級節(jié)水型企業(yè)。

四、結語

冷熱電三聯(lián)產能夠實現(xiàn)能源的綜合利用、提高能源利用率是我國新興的電力發(fā)展方向。分析此類項目的用水過程、分析用水合理性具有十分重要的意義。以金湖某天然氣分布式能源項目為例，分析出建設項目的用水工藝合理，用水平達到同行業(yè)先進水平，但局部用水環(huán)節(jié)還有進一步優(yōu)化的余地，對其節(jié)水以及管理提出建議，可以進一步提高用水效率，對于落實最嚴格水資源管理和實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用提供依據(jù)■