水系統(tǒng)分級(jí)建模與節(jié)水減排實(shí)踐

李懷忠

摘 要：隨著國(guó)家對(duì)減排環(huán)保工作力度的不斷加大及相關(guān)政策、法規(guī)的密集出臺(tái)，減排環(huán)保進(jìn)入了新時(shí)代，燃煤電廠節(jié)水減排壓力前所未有。勝利電廠通過(guò)開(kāi)展了節(jié)水減排專題研究，對(duì)全廠生產(chǎn)水網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行全面的調(diào)查研究，在摸清全廠各專業(yè)、各系統(tǒng)用水量、耗水量、水質(zhì)要求、相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立勝利電廠生產(chǎn)水網(wǎng)系統(tǒng)按質(zhì)分級(jí)模型、分級(jí)管控，明確節(jié)水實(shí)施改造對(duì)象、制定改造聯(lián)通方案計(jì)劃，指導(dǎo)系統(tǒng)改造和科學(xué)調(diào)度優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了按質(zhì)利用、梯次利用、回收循環(huán)再利用，減少了水耗和外排量，使發(fā)電水耗由2010年的3.59kg/kW？h下降到2018年的1.997kg/kW？h，創(chuàng)出了歷史新高，在中石化集團(tuán)公司所管轄的電廠中達(dá)到領(lǐng)先水平，在國(guó)內(nèi)同類機(jī)組電廠中處于先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;節(jié)水減排;分級(jí)建模;分級(jí)管控;梯次利用;循環(huán)利用;數(shù)字化水網(wǎng)

一、前言

勝利發(fā)電廠是勝利油田的自備電廠，擔(dān)負(fù)著油田生產(chǎn)、生活用電和集中供熱任務(wù)，裝機(jī)總?cè)萘?700MW，供熱面積2360萬(wàn)平方米，員工總數(shù)1643人。截至目前，累計(jì)發(fā)電1200億kW？h，供熱8000萬(wàn)吉焦，節(jié)省外購(gòu)電成本300億元，成為勝利油田安全可靠的“電力之源”、溫暖民生的“熱力之源”、指標(biāo)過(guò)硬“效益之源”。

近年來(lái)，國(guó)家、地方、電力行業(yè)針對(duì)燃煤電廠節(jié)水及達(dá)標(biāo)排放管理的法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)密集出臺(tái)，減排環(huán)保工作步入新時(shí)代。特別是燃煤電廠發(fā)電生產(chǎn)成本不斷上升，各項(xiàng)不利因素累積疊加，致使發(fā)電成本不斷上升，逼迫勝利電廠的節(jié)水減排工作從最初的大量廢水外排的粗放管理階段到治理跑冒滴漏的初級(jí)管理階段后，亟待進(jìn)階為優(yōu)化配置、分級(jí)管控、梯次利用、循環(huán)利用的深度節(jié)水階段。

二、水系統(tǒng)分級(jí)建模

1、水系統(tǒng)分級(jí)建模的內(nèi)涵和原則

節(jié)水減排降耗研究的內(nèi)涵是在摸清全廠各專業(yè)、各系統(tǒng)用水量、耗水量、水質(zhì)要求、相互關(guān)系的基礎(chǔ)上對(duì)水系統(tǒng)分級(jí)建模、分級(jí)管控，目標(biāo)是降低發(fā)電水耗，最終達(dá)到污水的近零排放。因此水系統(tǒng)分級(jí)、建模、管控時(shí)，遵循以下4項(xiàng)主要原則

第一，全面覆蓋原則。即建模時(shí)應(yīng)包含全廠水系統(tǒng)的每一個(gè)子系統(tǒng)，覆蓋率達(dá)到100%。

第二，水質(zhì)適用原則。依據(jù)《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》（DL/T 783-2001）要求，火力發(fā)電廠各系統(tǒng)的排水，應(yīng)按照 “清污分流”的原則分類回收和重復(fù)利用。水質(zhì)、水溫能滿足生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)直接復(fù)用，水質(zhì)或水溫不能滿足生產(chǎn)、生活要求的宜經(jīng)過(guò)處理或降溫后再利用。

2、按質(zhì)分級(jí)改造水網(wǎng)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)水系統(tǒng)按質(zhì)分級(jí)管控優(yōu)化配置科學(xué)調(diào)度節(jié)水管理流程圖投入實(shí)際運(yùn)行，先后實(shí)施 “一二期循環(huán)水排污至三期原水池，處理為清水后替代部分#5機(jī)循環(huán)水”、“一二期生活污水至二期生活廢水處理車間處理為回用水，作為二、三期機(jī)組循環(huán)水使用”、“一二期工業(yè)污水至二期工業(yè)污水處理車間處理為回用水，作為二、三期機(jī)組循環(huán)水使用”、“三期清水回用至一二期脫硫冷卻水、空壓機(jī)冷卻水”、“含煤廢水回收，經(jīng)沉淀處理后重復(fù)使用”等十多項(xiàng)水網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化配置改造。

三、水系統(tǒng)節(jié)水減排實(shí)施

1、梯次利用

勝利電廠按照水系統(tǒng)分級(jí)原則，針對(duì)各級(jí)用戶對(duì)水質(zhì)的不同要求及各級(jí)用戶排放的廢水指標(biāo)開(kāi)展研究，與合適用戶重新匹配，實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)來(lái)補(bǔ)水、工業(yè)廢水及生活污水、#1～#4冷卻塔排污水、脫硫及空壓機(jī)系統(tǒng)冷卻水排水、脫硫工藝水補(bǔ)水、脫硫廢水等從優(yōu)到劣的水資源梯次利用。

（1）辛安水、耿井水梯次利用

辛安水、耿井水作為水庫(kù)來(lái)水，水質(zhì)較好，滿足化學(xué)一、二期水處理制水補(bǔ)水要求。同時(shí)作為少量轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備的冷卻水及全廠消防用水水源，循環(huán)后全部回收到工業(yè)廢水池。

（2）一期工業(yè)廢水、生活廢水及雨水梯次利用

按照當(dāng)?shù)卣螅黄诠I(yè)廢水、生活廢水不能直排至灰場(chǎng)或廠外，必須回收利用。因此對(duì)一期燃料污水泵房工業(yè)污水池、生活污水池進(jìn)行徹底隔離，分別布設(shè)DN200碳鋼管線，經(jīng)工業(yè)污水泵、生活污水泵輸送至二期污水池，再經(jīng)工業(yè)污水處理設(shè)施、生活污水處理設(shè)施進(jìn)行處理，回收至二期回收水池，經(jīng)回用水泵輸送至#3、4機(jī)水塔，作為水塔補(bǔ)充水使用，實(shí)現(xiàn)再利用。并增設(shè)閥門組，實(shí)現(xiàn)兩條管線定期切換運(yùn)行。

（3）一、二期循環(huán)水排污水梯次利用

循環(huán)水補(bǔ)水進(jìn)入系統(tǒng)后，即成為了電廠循環(huán)水，隨著冷卻塔不斷蒸發(fā)散熱，系統(tǒng)中保有水量逐漸濃縮，水的濁度和氯離子含量增加，水質(zhì)逐漸劣化，對(duì)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)，尤其是凝汽器腐蝕損壞增強(qiáng)。

勝利電廠一期機(jī)組凝汽器管材為HSn70-1B，二期機(jī)組凝汽器管材為S34608，為了保證循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行安全，采用在循環(huán)水中投加緩蝕劑、對(duì)凝汽器銅管進(jìn)行硫酸亞鐵造膜及在凝汽器中采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)的方式，達(dá)到了提高凝汽器銅管的抗腐蝕能力的目的。

（4）三期清水的梯次利用

勝利電廠脫硫區(qū)域設(shè)備冷卻水和空壓機(jī)冷卻水一直使用水庫(kù)來(lái)水即一級(jí)水，流量在200 m3 /h左右，消耗大量工業(yè)水。三期清水池來(lái)水水源主要由：一、二期工業(yè)廢水、生活廢水經(jīng)處理后來(lái)水，一、二期水塔排污水，新安原水補(bǔ)充水。

（5）脫硫廢水梯次利用

為維持脫硫裝置循環(huán)系統(tǒng)物質(zhì)平衡，脫硫系統(tǒng)須排放一定量的廢水。脫硫廢水成分復(fù)雜，主要包括懸浮物、過(guò)飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬，其中很多是國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格控制的第一類污染物。脫硫廢水已不可回收利用，勝利電廠未將其簡(jiǎn)單外排，而是繼續(xù)利用，首先作為鍋爐干渣、干灰外運(yùn)時(shí)拌濕使用，防止拉運(yùn)時(shí)揚(yáng)塵，其次與干灰按1：3比例混合制作成粉煤灰漿，作為營(yíng)海建材制磚原料。

2、循環(huán)利用

勝利電廠按照水質(zhì)分級(jí)原則，將灰場(chǎng)存水、含煤廢水列入不再進(jìn)行梯次利用的廢水等級(jí)，通過(guò)系統(tǒng)改造，使這部分廢水形成獨(dú)立的閉式循環(huán)系統(tǒng)，強(qiáng)化其功能性，使之重復(fù)進(jìn)行灰渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)沖洗，同時(shí)控制其他水源進(jìn)入該系統(tǒng)，從而形成了閉式循環(huán)的運(yùn)行方式，達(dá)到廢水通過(guò)煤場(chǎng)、灰場(chǎng)蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)自然消耗的目標(biāo)。

（1）灰場(chǎng)回收水循環(huán)利用

灰場(chǎng)回收水經(jīng)雨水稀釋后，氯離子含量2000mg/L、硬度30mol/L左右，通過(guò)四臺(tái)灰場(chǎng)回收水泵送回廠內(nèi)，總量約670 m3/h，替代一、二期鍋爐沖灰、沖渣、水封用水。

（2）含煤廢水的循環(huán)利用

勝利電廠輸煤系統(tǒng)沖洗，每天約產(chǎn)生200 m3含煤廢水，這些廢水排入電廠水處理系統(tǒng)后，將會(huì)污染電廠工業(yè)用水1200 m3，一方面造成資源浪費(fèi)，另外排到灰場(chǎng)造成環(huán)境污染。

四、水系統(tǒng)分級(jí)建模與節(jié)水減排研究取得的成效及推廣價(jià)值

1、形成了完善的水系統(tǒng)按質(zhì)分級(jí)管控模型

勝利發(fā)電廠通過(guò)開(kāi)展節(jié)水降耗管理研究以來(lái)，在摸清全廠各專業(yè)、各系統(tǒng)用水量、耗水量、水質(zhì)要求、相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)水網(wǎng)系統(tǒng)分級(jí)分類、優(yōu)化配置、分級(jí)管控、合理調(diào)度和技術(shù)改造等一系列技術(shù)和管理措施，逐漸形成了“依質(zhì)應(yīng)用、梯次利用、循環(huán)利用、用排平衡”的“大格局全覆蓋綠色水網(wǎng)”，彰顯了獨(dú)特的發(fā)電用水、排水模式，成績(jī)斐然。

2、節(jié)水效果明顯，創(chuàng)造顯著經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)標(biāo)國(guó)家四部委下發(fā)的《重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)用水效率指南》要求，根據(jù)發(fā)電水耗先進(jìn)值加權(quán)計(jì)算， 2018勝利發(fā)電廠年一、二、三期機(jī)組發(fā)電總?cè)∷繛?618萬(wàn)m3，而實(shí)際總耗水量為1577萬(wàn)m3，低于國(guó)家規(guī)定指標(biāo)，全廠基本上實(shí)現(xiàn)了廢水的近零排放。全廠發(fā)電水耗由2016年的2.34kg/kW.h，同比降至1.9971kg/kW.h（2019年1-8月底，又降至1.881kg/kW.h）。

3、節(jié)水管理推廣價(jià)值廣泛

燃煤電廠的原料主要是煤和水，生產(chǎn)實(shí)質(zhì)是對(duì)煤和水的加工，既是發(fā)電供熱的產(chǎn)能大戶，也是耗水和廢水排放大戶，節(jié)水與減排、降耗、節(jié)電、增收節(jié)支息息相關(guān)。