火力发电厂节水优化研究

国能电力技术工程有限公司 王帅涛

中国境内火电厂正面临水资源紧缺，生产成本上升，生产过程中产生的废水量较大，且无法外排，更不能厂内自主消纳的紧迫境况，做好优化水管网、有效节水工作就显得尤为重要。《取水定额 第一部分：火力发电》（GB/T 18916.1-2012）标准注明：循环开式冷却机组，300MW及以上火力发电机组单位发电取水量2.75m3/MW·h，600MW 及以上火力发电机组单位发电取水量为2.40m3/MW·h；空气直接及间接冷却机组，300MW及以上火力发电机组单位发电量取水量0.63m3/MW·h，600MW 及以上火力发电机组单位发电量取水量为0.53m3/MW·h，一定数量的火力发电厂可能会存在超标，且由于所处地理位置及环境因素，水资源较为短缺，用水价格逐年升高，电厂不得不寻找可行性较强的节水、优化方案，来缓解厂内的压力，从而减小生产生活成本。

1 节水的原则

火力发电厂节水工作最为重要的是：依附科学、分质回收、分质处理、分质利用、梯级利用等的方针，否则不仅不会给电厂减小压力，而且会带来更大更多的棘手问题。

2 节水的前提

定期计量全厂各个流量计数据，数据应全面且准确。只有在确保计量的数据全面准确的前提下，分配各水量和水质对应的下级系统用户，上级系统给水能被下级系统全部吸收消耗。

火力发电厂各种水管网的每个关键位置（节点、关口）都应安装水流量计，流量计安装的位置包括但不限于以下点位：全厂取水各总管处，厂内各类型水池补水管处，预处理系统各设备进水和产水管，生活水泵出口母管及主要生产生活单位进水管，同时应在关键地井设置流量计，便于查漏。消防水系统的稳压小泵及大泵出口管，全厂消防水管网主要管路，工业水泵出口母管流量和各支路（冷却用户可不计），循环水至脱硫用水系统管路，循环水各补水管路，循环水各排水管路，化学制水系统生水取水管路，化学各制水设备进水、产水、反洗、再生管路，脱硫用水系统各补水管路，脱硫废水至用户管，灰库、渣库、灰场用水管。以上位置，应根据位置及水质安装不同测量原理的流量计，避免因加装不合适流量计造成数据偏离实际，也增大成本，流量计所测数据都应上传至电厂运行DCS，应有累积量。为保证流量计测量数据的准确性，依据规定，应在一定时间内校验全厂所有流量计，此工作宜委托至属地计量院，每年一次。

3 节水的依据

《能量平衡导则 第五部分：水平衡试验》（DL/T606.5-2009）中明确要求：全厂各用水系统不平衡率σ（即总给水量和各分支水量之和的误差）必须满足一级水系统不平衡率应小于等于±5%，二级水系统不平衡率应小于等于±4%，三级水不平衡率应小于等于±3%[1]。定期计量各流量计流量，对比上下级用水系统计算不平衡率有没有超出电力标准的规定，超出规定的，立即查找问题，有没有存在计量不完整，私接乱用或水管泄漏的可能，找到问题并及时处理，以防造成更大的损失。

统计各用水系统各设备、装置用水量，并且和其出厂设计值及同批次设备比对，寻找偏离的缘由，采取相应对的改造手段，以降低成本。将锅炉补给水系统各设备的产水率，与出厂额定值对比有无达标，如果偏离额定值较多，应邀请行业专家分析此问题，并提出解决方案，以降低能耗、药耗、水耗。

4 节水的措施

以16个电厂水平衡测试结果来分析，火力发电厂各水系统一般分为：原水取水系统、预处理系统、生活用水系统、消防水系统、工业用水系统、锅炉补给水系统、开式水系统、闭式水系统、生活污水处理系统、工业废水处理系统、脱硫用水系统、脱硝用水系统、输煤用水系统、输灰用水系统及灰场用水。

4.1 预处理系统

预处理系统处理电厂的各类取水，达到一定指标后，供向全厂各用水系统（生活及消防水系统除外），处理过程中会产生一定量的污泥，应经过脱泥机处理，泥水分离，泥送到灰场掩埋，泥水送回预处理系统再处理，或送至工业废水处理、脱硫用水系统回收利用，避免排污。

4.2 生活用水系统

生活用水系统管网遍布全厂各个角落，生活水泵时刻处于运行状态，深埋地下，导致了生活水系统存在漏点，也较难被发现，从而造成较大的水资源浪费，增加了生产成本。《城市居民生活用水量标准》（GB/T 50331-2002）中详细规定了全国各地城市居民生活用水量，电厂可定期计量生活水泵出口母管的流量，用以计算全厂人均用水量，与国标比较，根据水平衡试验经验，若大于国标4倍以上，应核查全厂生活水管网。根据厂内人员生活规律，可多次查看凌晨0-5时及9-17时电厂生活水泵出口母管的流量，两个时间段数据比对，是否有较大差别，且0-5时泵口母管流量降至0m3/h，则生活水无漏点，可能存或私接乱用现象；若泵口流量有较少降低，也可说明存在私接乱用现象。存在漏点或私接乱用现象，应先全厂排查私接乱用情况，可分区域停供生活水，根据停供区域缺水情况，确定存在漏点的区域，或设备缺水情况，再缩小生活水停供区域，确定存在问题的管路。厂内人员生活中，将产生一定量的污水，需经污水处理系统处理后，与雨水混合储存，夏季可用作为全厂绿化用水，水量过大无法全部消耗时，应送至工业废水处理系统处理回用，避免产生一定量的排污，也可减小全厂原水取水量。

4.3 消防水系统

消防水系统在未发生火灾的情况下，是不存在水量损失的。根据国家法律规定，消防用水不能移作他用，否则触犯国家法律法规。16个电厂，6个电厂消防水稳压泵存在频繁启停现象。如消防水稳压泵存在启停情况，应测量稳压泵起泵状态下，泵出口有无流量，如有流量，说明消防水系统存在移作他用或泄露的可能，应在夜里0-5时观测启泵规律及泵口流量，与白班对比有无变化，如无启停现象，说明白班工作中存在私接乱用消防水现象，如对比无变化，则怀疑消防水管网存在漏点或私接乱用现象，应先全厂排查私接乱用情况，可分区域停供消防水，根据停供区域消防稳压泵启停情况，确定存在问题的区域，及设备缺水情况，再缩小消防水停工区域，确定存在问题的管路。

4.4 工业用水系统

工业用水系统一般为厂内各主要用水系统及油库供水，油库会产生含油废水，含油废水经过含油废水处理设备处理后，16个电厂中多数电厂含油废水极少，处理设备长期处于停运状态，如存在漏点可分别将各支管停水，确定漏水支管，进而缩小查漏范围。

全厂各系统产生的大部分废水收集于废水处理系统，包括但不限于处理后的生活污水、锅炉补给水系统产生的高低含盐废水、精处理反洗和冲洗水、机组汽机侧的少量杂用的排水、以及闭式水箱的溢流水等。全部集中回收，将造成水质较好的水被污染，直接增加了处理的物耗和能耗，增加生产成本。16个火力发电厂中12个电厂有此类问题存在。依据梯级用水、分质利用的原理，精处理系统反冲洗的水、汽机侧杂用排水、闭式水箱的溢流水等，电导较低、水质较好，可单独回收至化学超滤水箱或反渗透水箱，降低锅炉补给水系统的物耗，一定程度加长了各制水设备反洗和再生时间。化学制水系统高含盐废水应处理部分离子后，送往脱硫用水系统，低含盐废水应进行浊度、悬浮物等处理，送至绿化或化学生水箱回收再利用。

4.5 循环水系统

循环水系统，是厂内大部分设备的冷却用水系统，由于日常的蒸发和风吹损失，导致循环水浓缩倍率升高，输水管道存在一定的结垢风险，同时冷却效果降低，影响电厂安全稳定运行。则需补充低电导水，同时增加排污，使浓缩倍率维持在一个较为合理和科学的数值。开展循环水动态模拟试验是非常必要的，可根据补水水质及循环冷却塔的设计参数，计算合理的浓缩倍率、补水量、排污水量，避免因补水量过多提高生产成本，加大排污，增加厂内污水处理压力，同时增加了外排的风险。循环水排水有一定含盐量，同时存在微生物，回用需按照分质处理、分值利用的原则。小型机力通风塔排水量较少，可供脱硫工艺水系统用水。凉水塔的蒸发和风吹损失很大，排水量也很大，不处理可以直接用于脱硫用水系统或输灰用水系统，但还是无法全部消耗，电厂应该进行改造，建立废水零排放系统，处理循环水排水以及场内其他无法处理的废水，处理后的水可以回用到锅炉补给水系统和工业用水系统供。

循环水风吹蒸发损失占全厂取水量较大比重，统计16个电厂中4家湿冷机组，循环冷却塔补水量如下：

表1 四个电厂总取水量及循环水补水量

由上表可知，凉水塔的蒸发风吹和排水损失占全厂总取水量的80%以上，可适当降低凉水塔的蒸发和风吹损失，全厂总取水量将有一定降低。可在凉水塔顶部加装收水器，适当降低回水温度等措施，都会降低凉水塔的蒸发和风吹损失，从而降低全厂总取水量，也大大降低了厂内污水处理压力。全厂单位发电取水量将得到一定降低，对于电厂评选省市县各级节水型企业，有较大助益。

4.6 锅炉补给水系统

锅炉补给水系统，在制机组生产所需纯水的过程中，会产生一定量的低含盐废水（悬浮物和浊度较大），高含盐废水（离子浓度较高），低含盐废水可送至预处理装置或工业废水处理系统处理。高含盐废水经酸碱中和池处理，可以送至废水零排放进行处理，或直接送至脱硫用水系统利用，若无预处理及废水零排放系统，混合送至工业废水处理系统处理，处理后送至脱硫用水系统，低含盐废水也可用作绿化水，节省原水取水量，且避免外排。

4.7 脱硝用水系统

因脱硝用水系统设备和结构因素，补水一般为纯水，连同尿素溶解稀释或水解后喷入炉膛，不会产生污水。

4.8 脱硫用水系统

本系统为全厂用水系统的末端，可以接收一定量循环水系统的排污、工业废水处理后的水等各种废水。脱硫用水系统可消纳的废水水量有限，空冷机组的脱硫系统可以全部消纳厂内污废水，开式循环冷却机组，排水量过大，厂内不能全部消纳，如无法排污，急需建立废水零排放系统，处理全厂各种污废水，再回收利用，降低排放压力，同时降低全厂总取水量。

4.9 输煤用水系统

本系统用水主要为输煤栈桥、皮带、区域地面的冲洗以及煤场喷淋，冲洗水经过地沟及管道收集到煤水处理间的收集池待处理，处理后的废水应在输煤用水系统内循环利用，避免造其他水系统污染。16个电厂中四川电厂将处理后的含煤废水用于循环水的补水，含煤废水浊度和悬浮物等指标较大，经过处理后，杂质依然很多，多数呈黑色，势必污染循环水，使循环水管路堵塞结垢等的风，各设备冷却效果变差，严重时会影响机组安全运行。注意废水收集池液位，定期补充新鲜水，工业水和处理后的工业废水可作为补水，注意补水的氯离子，避免腐蚀输煤用水系统的管道及地面。

4.10 输灰用水系统

本系统用水实际为电厂灰渣库拌湿，灰场抑尘。脱硫废水可作为补水，循环水的排水、处理后对的工业废水、锅炉补给水系统的高含盐废水等因为可作为补水，考虑到冬季会渣库拌湿及灰厂洒水结冰情况，电厂的灰渣库及灰场也可以全部消耗厂内的脱硫废水。16个电厂，平均脱硫废水为7.5m3/h。其中某新疆电厂湿法脱硫浆液中Cl-1超高，为保证Cl-1维持在一个安全的水平，排出的脱硫废水较多，夏季可完全消纳脱硫产生的废水，冬季脱硫产生的废水为27.25m3/h，灰库拌湿用的工业水为33.06m3/h，渣库拌湿用的机力通风塔来水8.65m3/h，共41.71m3/h。由此可见，如全厂灰渣库拌湿用水全部改用为脱硫废水，可以解决脱硫系统冬季产生的废水无法处理的问题，直接降低了电厂生产成本。

5 其他节水措施

除此之外，常规的监督工作也应同时进行，即开展冬夏季两个工况的全厂水平衡试验。水平衡试验是针对全厂与水有关系统设备设施，开展的一项计量排查评价优化工作。如厂内存在以下情况：新建火力发电机组投入运行一年内；主要用水系统及设备将要或已经进行了较大的改扩建，运行方式发生了变化；单位发电量耗水量超过其他相同装机容量、运行工况相近机组平均水平，或偏离设计值较大；在实施节水优化或废水零排放工程改造之前[2]；距上次开展水平衡试验已3-5年时间。需开展一次全厂水平衡试验，全面测量全厂各取、用、排、耗，了解电厂各系统各设备现实用水水平。

通过以上方法，定期开展全厂水平衡试验，查找厂内节水潜力，优化用水管网，提出节水措施，可一定程度降低电厂原水取水量，降低单位发电量取水量、耗水量，提高全厂复用水率，并缓解电厂因无法排污造成的废水无法消纳的压力，使厂内水务工作更加标准和科学。在厂内水管网存在问题时，可较快发现问题，解决问题，避免较大损失。