火力發(fā)電廠水資源綜合利用策略研究

施啟修

（上海長興島熱電有限責任公司，上海市 200000）

一、前言

我國淡水資源日益貧乏，2019年全國總用水量5991億立方米，其中生活用水占13.8%，工業(yè)用水占20.1%，農業(yè)用水占66.1%。2019年全國工業(yè)廢污水排放量為183億噸，占廢水總排放量的28.2%[1]。其中，火力發(fā)電廠是工業(yè)用水大戶，2020年火電行業(yè)取水量為78.3億立方米，一個百萬機組每天耗水量相當于一個中型城市的生活用水量。在北方水資源不充足地區(qū)，火電廠一般都采用間接空冷機組，利用冷卻塔將循環(huán)水冷卻后重復使用。2020年我國火電單位發(fā)電量取水平均值2.38m3/（MW·h），單機容量600MW級以上空冷機組單位發(fā)電量取水平均值為0.44 m3/（MW·h），各電廠之間的節(jié)水差距比較大。為了保護環(huán)境、節(jié)約能源，國家前后制定了《環(huán)境保護法》《節(jié)約能源法》，各發(fā)電集團也積極建設環(huán)保節(jié)約型電廠。從保護生態(tài)環(huán)境、節(jié)約用水、可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，應加強電廠水務管理，進行節(jié)水技術改造，減少新鮮水補充量，提高水資源的重復利用率，進而達到“零排放”的目標。電廠節(jié)水依據不同子系統(tǒng)對于水品質要求的不同，遵循水資源的 “串級使用、循環(huán)使用、廢水回用”原則，廢水進行“清濁分流”。串級使用是將高水質用水系統(tǒng)產生的廢水作為低水質用水系統(tǒng)的給水。

二、電廠水務管理

電廠水務管理是指通過統(tǒng)籌管理電廠用水，優(yōu)化水資源利用，降低單位發(fā)電取水量，保證電廠安全、經濟運行。我國電廠水務管理起步晚，有些電廠節(jié)水意識不強，節(jié)水技術改造意愿不強烈。部分電廠存在跑、滴、漏、冒現(xiàn)象，造成水資源的浪費。設備老化、維護不到位等也是制約電廠水資源利用率提高的因素。在某電廠水平衡測試中發(fā)現(xiàn)，凝結水補水箱入口流量計不準確，低流量時示數為零。此外，還發(fā)現(xiàn)生活水母管流量計長期處于滿量程狀態(tài)，這給電廠水平衡優(yōu)化及用水指標統(tǒng)計分析造成困局。這些實際生產中出現(xiàn)的問題進一步體現(xiàn)了電廠實施水務管理的必要性，也表明電廠水務管理水平有很大的提升空間。

電廠全廠水損失主要包括鍋爐汽水損失、冷卻塔的蒸發(fā)損失和風吹泄漏損失、脫硫系統(tǒng)損失、除灰除渣系統(tǒng)損失、輸煤系統(tǒng)損失和綠化用水等。對于采用干除灰除渣系統(tǒng)的電廠，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)是用水量最大的部分。電廠進行水務管理通常會進行水平衡測試，測試主要參考《火力發(fā)電廠能量平衡導則 第五部分：水平衡試驗》（DL/T606.5—2009）、《企業(yè)水平衡測試通則》（GB/T12452—2008）及《取水定額 第一部分：火力發(fā)電》（GB/T18916.1—2002）等進行。目的在于掌握電廠用水狀況和各子系統(tǒng)水平衡的定量關系，并依據測試結果，分析全廠用水合理性，挖掘節(jié)水潛力，提出優(yōu)化措施，對各階段產生廢水進行綜合利用，促進水資源的合理配置[2]。

三、節(jié)水技術

1.水源的選取

電廠用水一般分為工業(yè)消防用水和生活用水，其水源多為地下取水，有條件的從附近河流取水，也有直接接入城市供水的。近年來，在北方水資源匱乏地區(qū)，有些電廠采用城市污水處理廠產生的標準水作為電廠工業(yè)補給水水源，經過深度處理后用作生產用水，將地下水作為備用水源及生活用水水源[3]。城市污水處理水中生物需氧量（BOD）和化學需氧量（COD）等含量可能仍然較高，應在前期設計中進行試驗，確保水質符合電廠用水要求，并且留有一定的余量。采用城市污水處理標準水節(jié)約了大量淡水資源，減少了污染物的排放量，緩解城市用水壓力，環(huán)境效益、社會效益和經濟效益明顯提高。

2.鍋爐補給水系統(tǒng)

鍋爐熱力系統(tǒng)中存在汽水損失、泄漏損失、鍋爐連續(xù)排污等消耗，需要不斷補入經過給水系統(tǒng)處理后的新鮮水。部分電廠采用超濾+反滲透工藝，反滲透過程產生酸堿液引入中和池，再用做脫硫系統(tǒng)補充水。也有電廠通過化驗和分析，將反滲透產生的濃水用于過濾器（多介質過濾器和超濾裝置）的反沖洗用水，以替代用于反沖洗的生產水，減少了生產水用量，比如珠江電廠就采用該方式。近年來，國內開始采用電子離子技術（EDI），該技術在國外已經廣泛使用，優(yōu)點在于不再產生酸堿廢液、水質穩(wěn)定、運行費用較低。

為避免冷卻塔循環(huán)水中含鹽量過高造成腐蝕、結垢，進而影響凝汽器中凝結水的冷卻效果，當濃縮倍率達到一定值時需要進行人為排污。這部分水通常引入沖灰、除渣系統(tǒng)，在一定程度上未實現(xiàn)水資源的充分利用。約10%的鍋爐補給水量需要從外界補充，考慮到冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)排污水的水質較好，可將冷卻塔排污水中的一部分引入預處理系統(tǒng)作為給水補充水。因反滲透裝置對于入口水質有要求（污染指數SDI一般小于4），所以引入排污水的水量應根據電廠實際情況通過試驗進行測算。采用這種方式不僅節(jié)約外界補充水量、節(jié)省資金，而且實現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用。

3.脫硫系統(tǒng)

目前，國內電廠基本都采用濕法（石灰石-石膏）煙氣脫硫工藝，脫硫系統(tǒng)中水大部分損失掉了，主要包括煙氣帶水、脫硫產物含水。數據表明，縮小脫硫系統(tǒng)吸收塔進出口溫差可以減少吸收塔蒸發(fā)水量，進而達到深度節(jié)水，系統(tǒng)用水減少可達30%～40%。吸收塔出口煙溫不是越低越好，低于煙氣酸露點溫度會在煙囪內形成凝結，造成煙囪腐蝕。降低進、出口煙溫可以采用兩種方式，加裝氣—氣換熱器（GGH）和低溫省煤器。早期脫硫系統(tǒng)設置GGH，將吸收塔入口煙溫由120℃降低到80℃，節(jié)水量較大。但容易出現(xiàn)GGH設備腐蝕和堵塞問題，經常造成停運，影響到脫硫系統(tǒng)的正常運行。后期電廠不設置GGH，原先有的也通過技術改造取消GGH，不設置GGH會減少投資及維護費用，同時也容易引起煙囪腐蝕嚴重現(xiàn)象，對環(huán)境也有不利影響。有的電廠考慮到布袋式除塵器的除塵效率高，采用布袋除塵器+GGH配置，運行效果良好，未出現(xiàn)GGH堵塞問題。此外，在脫硫裝置前加裝低溫省煤器可以降低吸收塔入口煙溫至90℃，從而降低蒸發(fā)水量達到節(jié)水，蒸發(fā)水量減少可達30%。同時，還能利用余熱提高鍋爐給水溫度，提高機組效率，降低發(fā)電煤耗。因煙氣溫度較低，應考慮低溫省煤器低溫腐蝕現(xiàn)象。

脫硫系統(tǒng)對于補充水水質要求不高，可以使用冷卻塔排污水、機組排水槽澄清水等廢水。為了使吸收塔內的漿液離子濃度維持在正常水平，需要向外排放廢水，產生的廢水用于灰渣拌濕或者灰場噴灑。

4.工業(yè)水處理系統(tǒng)

可以將生活污水處理系統(tǒng)與工藝廢水處理系統(tǒng)串聯(lián)，將處理合格的生活污水通過溢流池引入工業(yè)廢水處理系統(tǒng)清水池。這樣就減少了生活污水排放量，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用和串級利用。工業(yè)廢水處理水主要用于輔機冷卻循環(huán)水、脫硫系統(tǒng)等。在工業(yè)廢水處理池加裝水質檢測和水位控制裝置，水質檢測合格時，通過已設置的管道引入工業(yè)消防水池，從而實現(xiàn)工業(yè)水的部分循環(huán)使用，減少工業(yè)消防水池來水，降低電廠用水成本。通過清水池中的水位控制裝置可以防止水位過高溢流，造成水資源浪費。

5.其他節(jié)水措施

（1）隨著濃縮倍率的提高，循環(huán)水補充水量會大幅度減小，同時減小幅度也變小。因此，在保證循環(huán)冷卻水含鹽量處于正常范圍下，盡量提高濃縮倍率。對于循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，可以設置旁路過濾設施，當濃縮倍率很高時，從循環(huán)水中抽出部分水經旁路過濾后重新返回到冷卻塔。這種旁路處理方式在電廠中應用比較廣泛，如華能沁北電廠就將循環(huán)水排污水采用旁路弱酸陽離子樹脂處理后再返回循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。

（2）水力除灰除渣系統(tǒng)耗水量很大，僅次于循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。水力除灰除渣系統(tǒng)宜采用低濃度輸渣、高濃度輸灰系統(tǒng)，兼顧節(jié)水和灰、渣輸送兩個方面?，F(xiàn)在許多電廠通過技術改造采用干除灰系統(tǒng)，耗水量很少，主要用于爐渣處理及灰場噴灑。

（3）汽水取樣水的回收利用，化學手工取樣水和在線取樣水的水質未受污染。若直接排放到機組排水槽，這部分水就顯得很可惜，這部分水可直接回收到疏水箱或者用于化學溶藥稀釋用水。

（4）溢流池主要有生活水池、工業(yè)消防水池、工業(yè)水處理池等。對于溢流池設置水位控制裝置，定期檢查裝置是否正常工作，避免水池液位過高滿水溢流，造成用水浪費。

（5）依據地方制定的行業(yè)用水定額標準，核算本廠單位職工用水量。采用節(jié)水閥門及設備，加強流量監(jiān)測，節(jié)約生活用水量。

（6）計算水量不平衡率，全廠范圍應在±5%之內，各系統(tǒng)范圍在±4%之內，各用水設備和設施在±3%之內，根據參考數值判斷是否存在管網泄漏及儀表不準確。

圖1 工業(yè)水處理系統(tǒng)

四、結語

電廠水資源的合理、高效利用是一項系統(tǒng)工程，離不開先進的節(jié)水技術，依賴于電廠水務管理水平。管理層要加緊建立健全水務管理制度，制定節(jié)水實施方案，加強日常水務管理。職工也應增強節(jié)水意識，認識到水資源的寶貴，電廠節(jié)水技術的實施要充分考慮電廠的實際情況，根據全廠系統(tǒng)不斷挖掘電廠節(jié)水潛力，優(yōu)化工藝，從而提高水資源重復利用率，降低綜合水耗，改善各項用水指標。