燃氣電廠水平衡測試及節(jié)水建議

張志國，鄧瑞霞，郝同杰

(1.國家電投集團河南電力有限公司技術(shù)信息中心，鄭州 450001； 2.國家電投集團新鄉(xiāng)豫新發(fā)電有限責任公司，河南 新鄉(xiāng) 453011)

0 引言

水平衡測試是研究水系統(tǒng)的輸入、輸出和損失之間的平衡關(guān)系，是做好節(jié)水工作、實現(xiàn)科學、合理用水管理的一項基礎(chǔ)性工作。通過對電廠各類取、用、排、耗水的水量及水質(zhì)進行測定，摸清用水、排水的現(xiàn)狀，合理評價當前的用水水平，找出節(jié)水潛力，優(yōu)化用水系統(tǒng)[1]。火電廠作為耗水大戶，水資源是其生產(chǎn)和發(fā)展中最為關(guān)切的問題之一。隨著國家對節(jié)水、用水管理的重視與加強，新的節(jié)水技術(shù)推廣應(yīng)用和不斷改進，火電廠包括燃氣電廠做好水務(wù)管理，降低單位發(fā)電取水量，將會具有非常重要的現(xiàn)實意義。

某燃氣電廠建設(shè)2×390 MW級單軸燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，于2007年正式投產(chǎn)。鍋爐采用三壓、再熱、無補燃、自然循環(huán)、臥式余熱鍋爐，汽輪機為上海電氣-SIEMENS生產(chǎn)的軸向排汽雙流程表面式汽輪機，與燃氣輪機匹配組成燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。水系統(tǒng)由循環(huán)水、化學水處理、生活水和消防水等系統(tǒng)組成。循環(huán)水和消防水系統(tǒng)水源為中水(備用水源為黃河水)，化學水處理和生活水系統(tǒng)水源為城市自來水。為了掌握用水現(xiàn)狀，尋找節(jié)水潛力及將來實施零排放準備,該廠進行了水平衡測試工作。

1 燃氣電廠水平衡測試

1.1 水平衡測試的原則及依據(jù)

水平衡測試依據(jù)DL/T 606.5—2009《火力發(fā)電廠能量平衡導則第5部分：水平衡試驗》(以下簡稱DL/T 606.5—2009)、DL/T 1052—2016《電力節(jié)能技術(shù)監(jiān)督導則》(以下簡稱DL/T 1052—2016)和電廠各水系統(tǒng)設(shè)計資料。測試時選擇在常規(guī)工況下進行，且運行機組的發(fā)電負荷穩(wěn)定在全廠總裝機容量的80%以上[2-3]。

1.2 水平衡測試項目及內(nèi)容

水平衡試驗的測試內(nèi)容如下：各系統(tǒng)各部分水量的測定；電廠總?cè)∷?、總用水量、?fù)用水量、循環(huán)水量、消耗水量的測定；電廠廢、污水處理系統(tǒng)、全廠總排水量、回收利用水量的測定；計算電廠復(fù)用水率、循環(huán)水率、損失水率和循環(huán)水濃縮倍率；計算電廠發(fā)電取水量、單位發(fā)電取水量。按用途和流程把全廠水系統(tǒng)分成6個子系統(tǒng)，分別是#1機組循環(huán)水系統(tǒng)、#2機組循環(huán)水系統(tǒng)、化學除鹽水系統(tǒng)(含熱力系統(tǒng))、生活水系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)以及其他雜用水系統(tǒng)。

表1 全廠各主要用水系統(tǒng)用水情況統(tǒng)計Tab.1 Statistics of water consumption of major water systems in the plant

圖1 某燃氣電廠水平衡(m3/h)

Fig.1 Water balance in a gas-fired power plant (m3/h)

1.3 水平衡測試方法

水平衡測試期間，部分被測系統(tǒng)上有計量表的，經(jīng)過比對確認指示準確直接抄表記錄。部分被測系統(tǒng)上無計量表可使用便攜超聲波流量計測定流量。被測系統(tǒng)上既無流量表，又無法使用便攜超聲波流量計測定的，通過間接測量計算出流量數(shù)值。少部分流量不穩(wěn)定且較小的，可采用容積法折算成小時平均流量。

2 水平衡測試結(jié)果

經(jīng)過對全廠6個子系統(tǒng)的現(xiàn)場測試，對測試數(shù)據(jù)處理后，按照實際取水、用水、排水等情況完成了各主要用水系統(tǒng)用水情況統(tǒng)計，見表1。根據(jù)各子系統(tǒng)用水來源、類別及名稱、簡單工藝流程和流向繪制出全廠水量平衡圖，如圖1所示。

3 結(jié)果評價及各系統(tǒng)用水分析

測試期間，2臺機組平均發(fā)電負荷為641.8 MW，約占全廠總裝機容量的82.9%，滿足試驗發(fā)電負荷要求。從表1數(shù)據(jù)分析知：該燃氣電廠的新鮮取水量與總耗、排水量之和基本平衡，水量不平衡率全廠范圍在±5%以內(nèi)，符合標準DL/T 606.5—2009的要求。全廠平均發(fā)電取水量為1 000.100 m3/h，依據(jù)平均負荷計算得出全廠平均單位發(fā)電量取水量為1.56 m3/(MW·h)，優(yōu)于GB/T 18916.1—2012《取水定額 第一部分 火力發(fā)電》標準中300 MW級單位發(fā)電量取水量2.75 m3/(MW·h)；復(fù)用水率為97.8%，符合標準DL/T 1052—2016全廠復(fù)用水率不低于95%的要求；循環(huán)水排污水約376.00 m3/h直接外排，沒有開展回用，明顯不符合DL/T 1052—2016內(nèi)循環(huán)水回收利用率應(yīng)大于90%的要求。

3.1 循環(huán)水系統(tǒng)

2臺機組循環(huán)水系統(tǒng)排污水量分別為178.00 m3/h和198 m3/h，排污量較大。循環(huán)水平均濃縮倍率約為2.24和2.27，標準DL/T 1052—2016中規(guī)定采用地表水、地下水或海水淡化水作為補充水，濃縮倍率不小于5.0，濃縮倍率與之相比較低，導致循環(huán)水排污量較大。

3.2 生活水系統(tǒng)

全廠生活水用量約6.50 m3/h，按廠內(nèi)職工共200人計算，人均生活取水量為0.03 m3/h，對比同等規(guī)?；鹆Πl(fā)電廠人均生活用水量(0.01～0.02 m3/h)指標，人均生活取水量偏大。產(chǎn)生的生活污水經(jīng)地埋式一體化生活污水處理系統(tǒng)處理后外排至城市污水管網(wǎng)，流量為5.00 m3/h。

3.3 消防及其他雜用水系統(tǒng)

消防水系統(tǒng)補水量為2.60 m3/h，存在沒有火警使用消防水的情況。其他雜用水系統(tǒng)包括綠化用水等雜用水。凈補水量為3.00 m3/h，來源為生活用水1.00 m3/h和消防水池2.00 m3/h，存在浪費水資源現(xiàn)象。

3.4 除鹽水系統(tǒng)

化學車間廢水約32.10 m3/h、鍋爐化學取樣水約0.60 m3/h、機房凝結(jié)水泵密封水和真空破壞閥密封水0.50 m3/h、定冷水箱溢流水0.40 m3/h都排至雨水系統(tǒng)，沒有進行分類綜合利用，最終與循環(huán)水排污水一并排至廠外城市雨水管網(wǎng)。

4 節(jié)水措施及建議

循環(huán)水排污水量大，是2臺機組循環(huán)水濃縮倍率偏低導致的，應(yīng)適當提高循環(huán)水濃縮倍率。該燃氣電廠凝汽器材質(zhì)為TP316，循環(huán)水處理方式為加阻垢劑、硫酸聯(lián)合處理，現(xiàn)有阻垢性能動態(tài)模擬試驗結(jié)果建議運行濃縮倍率不超過3.5。循環(huán)水補充水全分析顯示總硬度(以碳酸鈣計)達560 mg/L，未經(jīng)任何預(yù)處理直接補進水塔，限制了濃縮倍率的提高。建議新建預(yù)處理系統(tǒng)對補充水進行處理，降低補充水中的致垢性離子濃度，提升循環(huán)水濃縮倍率。如提高濃縮倍率至4.5，可減少新鮮取水量和外排廢水量約260.00 m3/h[4]。

做好廢水的分類綜合利用。水處理工藝為全膜法，大部分水質(zhì)較好，針對該燃氣電廠未建設(shè)廢水處理系統(tǒng)，建議將盤式過濾器沖洗水、超濾濃水、超濾反洗水、一級反滲透沖洗水、電去離子(EDI)極水等化學廢水回收至循環(huán)水系統(tǒng)；把鍋爐化學取樣水、機房凝結(jié)水泵密封水和真空破壞閥密封水回收至循環(huán)水系統(tǒng)；綜合利用處理后的生活污水，將其作為綠化用水或者循環(huán)水系統(tǒng)的補水。通過上述方式可減少新鮮取水量及外排水量約18.00 m3/h。

做好用水精細化管理。杜絕定冷水箱溢流現(xiàn)象和消防水系統(tǒng)非正常使用；加強生活水用水管理，普及節(jié)約用水理念，避免浪費和不合理用水。

5 結(jié)束語

通過本次水平衡測試，基本厘清了該電廠取水、用水、排水、耗水的情況，針對廠內(nèi)用水現(xiàn)狀，提出了針對性的節(jié)水建議。該燃氣電廠節(jié)水的關(guān)鍵在于降低循環(huán)水排污量及化學車間廢水綜合利用率。減少循環(huán)水排污量，可通過新建可靠、可行的循環(huán)水補充水預(yù)處理系統(tǒng)提高循環(huán)水濃縮倍率來實現(xiàn)。實施后，單位發(fā)電用水量可降至1.13 m3/(MW·h)，大大提高水務(wù)管理水平，隨著水資源費的上漲和環(huán)保政策的收緊，節(jié)水效益將會更加明顯。