煤电一体化电厂节水技术研究

张书梅 余斯北

(河北省电力勘测设计研究院,河北石家庄 050031)

煤电一体化电厂节水技术研究

张书梅 余斯北

(河北省电力勘测设计研究院,河北石家庄 050031)

文章以煤电一体化电厂空冷机组为例,研究电厂和煤矿在节水方面的关联优化途径、节水设计技术及方法,通过设计优化电厂水量平衡及相应可靠的节水方案后,电厂污废水不外排,达到了环境效益、经济效益和社会效益的统一。

煤电一体化电厂 空冷 节水 措施

1 概述

水是人类赖以生存和发展的最重要的物质资源之一，我国是一个水资源短缺的国家，尤其是水资源分布与矿产资源分布不匹配，北方及西部地区矿产资源丰富，但水资源甚为缺乏，在该地区如何因地制宜的节约用水，保护水资源已成为人们普遍关注的问题。

在2011年年初的全国能源工作会议上，能源局局长就“十二五”期间的能源发展思路中，明确指出“：在西部煤炭丰富地区，按照集约化开发和煤电一体化模式，采用先进的节水技术建设大型煤电基地电站项目。”在今后一段时间，建设大型煤电一体化电厂将是一个发展方向，如何搞好煤电一体化电厂的节水研究值得探讨，既是用水大户又是排水大户的火力发电厂，搞好水务管理，采取有效的节水措施，合理利用水资源，将给电厂带来良好的社会效益、环境效益和经济效益。

本研究结合某煤电一体化空冷电厂的具体条件，在保证电厂安全运行并满足环保要求前提下，重点研究电厂和煤矿在节水方面的关联优化途径，电厂设计贯彻节约用水、一水多用、综合利用和重复使用的原则，通过优化，降低电厂耗水指标。

2 煤电一体化电厂水源选择

某煤电一体化项目为新建2×660MW超超临界直接空冷机组，该项目遵循我国能源产业“以电力为中心、以煤炭为基础，煤电一体化发展”的战略方针而建设，该电厂的建设符合“富煤缺水”地区的特点， 结合该地区的地理位置及电厂区域水源条件，电厂可用水源主要有煤矿疏干水、污水处理厂水源、水库地表水等。

作为煤电一体化电厂，其水源应该首选煤矿疏干水，因为在煤炭开采过程，会排掉大量疏干水，以煤矿疏干水作为电厂补给水，可解决“富煤缺水”区域疏干水外排造成的环境污染问题。

煤矿疏干水是在采煤过程从煤层涌出的水，其出水水质在各地区也不一样，疏干水需根据水质指标进行深度处理后才能用于电厂补充水，利用煤矿疏干水作为电厂补充水时，要充分调查煤矿疏干水的涌水量和可靠性，同时要与煤矿设计院和煤矿充分沟通，因为矿区也是用水大户，一方面大量外排疏干水污染水体，同时自身需水量与日剧增要增加用水量。虽然疏干水供给电厂的水量及处理工艺等方面还存在一些问题，但电厂尤其是煤电一体化电厂开发利用煤矿疏干水的前景是非常大的，在疏干水水量稳定的情况下，煤电一体化电厂水源应首选疏干水。

根据电厂2×660MW直接空冷机组的水资源论证报告，结合其附近施工钻孔和矿井资料，钻孔内水量很少，单井涌水量小于10m3/d，因此煤矿疏干水不宜作为本工程主要供水水源，推荐采用污水处理厂中水水源，同时将水库地表水为生产备用水源。

3 煤电一体化电厂依托关系

本工程总平面布置统筹考虑煤矿与电厂的相互关系，在电厂与煤矿功能分区相对明确的前提下，辅助及附属设施尽量考虑公用，使煤电真正融为一体。

(1)从一体化的角度出发，在煤矿主井工业广场与电厂功能分区相对明确的前提下，在“公用”上下功夫，通过两者输煤系统的统筹布置、厂前建筑的联合考虑、生活污水统一处理集中回收利用、煤矿水务区与电厂水务区集中布置等措施，使两者有机的融为一体，真正实现一体化。

(2)电厂与煤矿工业广场毗邻布置，通过对煤矿工业广场输煤系统与电厂输煤系统进行统筹考虑，使得电厂输煤系统非常短捷简练，电厂燃煤采用输煤栈桥直接从煤矿工业广场末煤和洗中煤仓直接输送到电厂原煤仓。

(3)设置电厂及煤矿综合水务区：该区主要包括中水调节水池及泵房、水库水净化站、综合泵房等，该区集中布置在电厂的北侧、煤矿主井口的南侧，可以为电厂及煤矿提供供水，也为水资源的循环充分利用创造了有利条件。

(4)根据水资源论证报告批复意见，电厂主水源采用污水处理厂的中水；地表水做为备用水源，生活消防用水采用地下水。电厂与煤矿毗邻，其生产系统用水统一考虑了煤矿的用水量，消防系统预留管道接口供至煤矿副井洗煤厂区域，电厂煤泥冲洗水和煤仓间冲洗排水排放到煤矿选煤厂统一处理，煤矿生活污水排至电厂与电厂生活污水集中处理回用，减少了管道布置和重复性设备投资，降低了总体造价。

4 煤电一体化电厂冷却系统选择

目前电厂采用的空冷系统主要有三种，一种为直接空冷系统，间接空冷系统有两种即带混凝式凝汽器的间接空冷系统和表凝式间接空冷系统，本工程结合电厂区域气象条件、煤电一体化优势，通过对初投资、占地、煤耗、电耗、水耗等指标的综合比较，本工程推荐采用直接空冷系统。

直接空冷相比间接空冷投资能节省约20%左右，且占地面积小，电厂所处区域属严寒地区，考虑到冬季防冻等因素机组选用直接空冷。

随着现在煤价的不断上涨，机组选型应结合煤价、电价等因素进行综合必选。

5 煤电一体化电厂水务管理

通过研究电厂供水、排水的水量平衡及水的重复利用和节约用水措施，求得合理利用水源，保护环境，保证电厂长期、安全、稳定、经济运行。

5.1 节水措施

(1)本工程采用直接空冷机组，耗水量降低。本工程煤电一体化电厂相对煤价低(2007~2008年)，通过技术经济比较，推荐采用直接空冷机组，系统的耗水量可降至相当于湿冷系统耗水量的25%。

(2)脱硫系统采用了烟气换热器，节省了湿法脱硫耗水量。脱硫系统采用了烟气换热器，烟气经过烟气热量回收装置后，烟气温度降低至90℃左右，进入脱硫系统的烟气在吸收塔内与石膏浆液反应时，由于烟气温度的降低(相比较没有加装烟气热量回收装置而言)，其携带的热量减少，吸收塔内由于烟气降温放热而蒸发的水蒸气的水量减少，使得脱硫系统的补水量减少，根据实际运行数据，其用水量满足协议要求。

(3)灰、渣均采用干式集中系统，最大限度节水；干式排渣系统用空气冷却热渣，不需要用水冷却，减少了设备、简化了系统，节约了大量水资源，同时无废水排放，无需废水处理系统，有利于环境保护。

(4)本期工程化学水浓排水及酸碱废水及反洗排水，收集后经工业废处理站处理后全部用于公用给水系统。

(5)辅机循环水排污水，回收用于脱硫制浆系统。

(6)辅机冷却塔设除水器，减少冷却系统风吹损失水量。

(7)辅机冷却塔的补水系统采用自动调节方式，根据系统水位变化自动调节补给水量。

(8)工业废水集中处理，重复利用于公用水系统。

(9)生活污水经处理达标后重复利用于公用给水系统等。

(10)电厂煤水排至煤矿回用，煤矿生活污水回用于电厂系统，废水水源互相利用，减少废水外排。

(11)合理设置计量监控设施：系统中配备必要的流量计和水位控制阀等计量控制设施，对各主要工艺系统进行监督管理，严防跑、冒、滴、漏、溢流现象的发生。

5.2 其它废污水处理

根据电厂各用水点的水量和水质要求，对电厂排水进行不同方式的处理后，再重复利用或排出厂外。全厂排水按排水水质分为生活污水和工业废水等。

生活污水包括：厂区内各生产建筑物、办公楼等附属建筑物的厕所和盥洗排水，浴室排水，食堂排水等。因一体化项目的子项目矿井生活污水排至电厂厂区内处理，所以污水量包括一部分矿井区的生活污水。

经处理后的污水水质为BOD5≤10mg/l，SS≤10mg/l，对BOD5和SS去除率分别为85%和80%以上，出水水质能够满足GB8978-1996《污水综合排放标准》表4中一级标准及回用水标准。排到公用水池后与工业废水处理站处理来水混合回用。

5.3 水量平衡

根据上述各用水量分析及相应可靠的节水措施，在全厂水务管理和水量平衡设计中贯彻一水多用、处理回收、综合利用和重复使用的节水原则。

汽动给水泵采用湿式冷却方案，本期工程2×660MW超超临界空冷机组全厂夏季最大补给水量见表1。

表1 2×660MW超超临界空冷机组夏季最大用水量表

备注：

(1)化学水处理用水量已扣除煤矿用汽9m3/h(夏季)。

(2)表中第14项为煤矿区生活污水排至电厂18m3/h，第15项电厂公用水排水至煤矿18m3/h，所以电厂实际耗水量应为563m3/h。

(3)表中所列为正常连续供水量和耗水量，耗水量为电厂采取了节约用水措施、一水多用、重复利用后与用水量对应的正常连续补水量，不包括机组启动、检修等的非正常工况水量。

经水量平衡计算，电厂和煤矿废水互用等措施，电厂本期新建2×660MW超超临界空冷机组时，电厂夏季最大用水量约为563m3/h(0.156m3/s)，夏季耗水指标为0.118m3/s.MW，电厂全年平均用水量为510m3/h(0.142m3/s)，全年平均耗水指标为0.11m3/s.MW。

通过优化和采用节水技术，电厂新建工程的耗水指标优于国家对新建机组电厂节水的有关规定，达到国内先进的水平，满足业主要求的指标，电厂运行1年多，根据实测数据，实际运行指标达到了设计要求。

6 结语

煤电一体化空冷电厂的节水设计要结合实际情况，在电厂规划和设计初期就要把节约用水作为一项重要的设计原则，在规划初期，设计院要与煤矿设计院密切配合，及时了解煤矿的总体布局，了解煤矿总体用排水情况，通过合理选择电厂供水水源、机组形式、优化机组冷却方式和冷却水系统，最终确定采用空冷机组，在此基础上，本着为煤电一体化项目降低总体投资和节水的情况下，进一步确定电厂和煤矿总体用排水统筹规划，通过各种节水措施，降低电厂耗水指标，同时保证工业废水不外排。

总之，电厂节水技术是否成功需要从设计开始到电厂运行全过程实施的检验，水工专业负责对全厂用水进行水量平衡计算，但需要其他用水工艺专业配合，各专业应对各用水量严格计量，绝不超限，同时从初步设计招标到施工图阶段设备招标，到电厂运行管理，都需要严格控制相关的用水量，才能确保设计耗水指标先进，设计数据与实际运行一致，达到环境效益、经济效益和社会效益的统一。

[1]《火力发电厂水工设计规范》DL/T 5339—2006.

[2]《布连电厂水资源论证报告》.

[3]中国电力规划设计协会组编,电力设计专业工程师手册—火力发电部分土水篇综合篇.

张书梅(1967-),女(汉族),大学本科毕业,河北石家庄人,高级工程师,主要从事火力发电厂水工设计及研究工作,现任河北省电力勘测设计研究院发电事业部专业总工程师。