秦建明，范 鑫

(1.河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450007;2 河南電力試驗(yàn)研究院，河南 鄭州 450052)

0 引言

隨著國家各項(xiàng)環(huán)境保護(hù)政策、法規(guī)的逐步實(shí)施，各發(fā)電集團(tuán)公司為創(chuàng)建節(jié)約環(huán)保型燃煤發(fā)電廠，對(duì)火電廠的單位發(fā)電量取水量提出了嚴(yán)格的考核指標(biāo);同時(shí)，對(duì)排水量和排水水質(zhì)的限制也越來越嚴(yán)格。要達(dá)到這些目標(biāo)，必須制定科學(xué)、有效的節(jié)水方案并實(shí)施。水平衡測(cè)試是電廠開展節(jié)水工作、制定科學(xué)節(jié)水方案的基礎(chǔ)。

通過水平衡測(cè)試工作，可以掌握電廠用水現(xiàn)狀和各生產(chǎn)工序用水水量之間的定量關(guān)系，研究火力發(fā)電廠水的輸入、輸出和損失之間的平衡關(guān)系。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行用水水平評(píng)價(jià)及分析、挖掘節(jié)水潛力，提出合理可行的節(jié)水改造方案，對(duì)廢水進(jìn)行綜合利用，提高火力發(fā)電廠的用水效率和管理水平。

1 水平衡的測(cè)試內(nèi)容與測(cè)試方法

1.1 測(cè)試內(nèi)容

火電廠水平衡測(cè)試的范圍為:自水源地取水點(diǎn)至廠內(nèi)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主、輔機(jī)設(shè)備用水量、循環(huán)水量、串用水量、回用水量、排放水量、消耗水量和廠內(nèi)生活用水［1－2］。各機(jī)組發(fā)電用凝結(jié)水、給水及蒸汽量不在水平衡測(cè)試的范圍內(nèi)。

水平衡的測(cè)試項(xiàng)目包括:

(1)全廠總?cè)∷?、總用水量、?fù)用水量、總消耗水量、總排放水量;

(2)各分系統(tǒng)取水量、用水量、串用水量、回用水量、循環(huán)水量、消耗水量、排放水量;

(3)全廠復(fù)用水率、排放水率、發(fā)電耗水率。

1.2 測(cè)試方法

結(jié)合火電廠用水系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，把整個(gè)用水系統(tǒng)劃分為不同的子系統(tǒng)分別進(jìn)行測(cè)試。各系統(tǒng)可進(jìn)一步劃分為單項(xiàng)用水系統(tǒng)或用水設(shè)備。

測(cè)試中對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)管道上裝有流量表計(jì)的，采用經(jīng)檢驗(yàn)合格的流量表計(jì)測(cè)量。對(duì)于未安裝流量表計(jì)的系統(tǒng)及設(shè)備采用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量。對(duì)于一些沒有規(guī)則管道，流量不大的排水，采用容積法。對(duì)于一些無法測(cè)量的用水點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或水量平衡法進(jìn)行計(jì)算，如冷卻塔蒸發(fā)損失，脫硫循環(huán)漿液量等。對(duì)一些間斷運(yùn)行的用水量，采用統(tǒng)計(jì)泵運(yùn)行時(shí)間和測(cè)量瞬時(shí)流量相結(jié)合的方法。鑒于現(xiàn)場(chǎng)很多系統(tǒng)及設(shè)備用水量波動(dòng)較大，測(cè)試時(shí)需保證足夠的持續(xù)時(shí)間，以使測(cè)試結(jié)果充分反映實(shí)際狀況。

2 水平衡測(cè)試實(shí)例

某電廠裝設(shè)2 臺(tái)330 MW 供熱機(jī)組，全廠生產(chǎn)用水取自附近的河水和中水，廠區(qū)生活用水取自深井水。為查清電廠用水狀況，找出節(jié)水潛力，制定切合實(shí)際的節(jié)水技術(shù)措施和規(guī)劃，進(jìn)行了水平衡測(cè)試，試驗(yàn)在夏季進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間為10 天。

圖1 全廠取水及一次分配

以往水平衡測(cè)試中，用水系統(tǒng)的劃分大多數(shù)按水的工藝系統(tǒng)性質(zhì)進(jìn)行劃分，本文提出一種新的劃分方法，按生產(chǎn)單元的功能進(jìn)行劃分，這種劃分方式可以讓各專業(yè)人員同時(shí)開展測(cè)試工作，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施操作。結(jié)合該電廠用水系統(tǒng)實(shí)際情況，測(cè)試中把整個(gè)用水系統(tǒng)按生產(chǎn)單元的功能劃分為以下幾個(gè)子系統(tǒng):化學(xué)分場(chǎng)、汽機(jī)分場(chǎng)、鍋爐分場(chǎng)、脫硫分場(chǎng)、灰渣燃料分場(chǎng)、生活消防分場(chǎng)。測(cè)試期間全廠河水取水量為24717.7 m3/d，中水取水量為5249.0 m3/d，生活水取水量為1632.0 m3/d。河水、中水和生活水取水及一次分配情況見圖1。各分場(chǎng)用水狀況和水量平衡關(guān)系在下面詳細(xì)進(jìn)行闡述。

2.1 化學(xué)分場(chǎng)

河水和中水經(jīng)循環(huán)水處理后進(jìn)入化學(xué)分場(chǎng)，作為化學(xué)分場(chǎng)的取水(見圖2)?；瘜W(xué)分場(chǎng)總用水量為30825.9 m3/d，循環(huán)水量為2179.2 m3/d。

圖2 化學(xué)分場(chǎng)水平衡

循環(huán)水處理車間和制水車間生產(chǎn)過程有部分水經(jīng)回收后進(jìn)行重復(fù)利用，為內(nèi)部循環(huán)水。水塔補(bǔ)水用于補(bǔ)充工業(yè)水、脫硫用水、水塔蒸發(fā)排污損失等;機(jī)爐消耗用水來自經(jīng)過精處理的除鹽水，用于補(bǔ)充汽水系統(tǒng)排污和機(jī)組供熱等消耗，這兩部分水屬于進(jìn)入下一個(gè)系統(tǒng)的串用水。化學(xué)分場(chǎng)制水車間的再生、沖洗過程中的廢水經(jīng)過廢水處理后，一部分直接排入雨水系統(tǒng)至外部環(huán)境，屬于排放水;另一部分被灰渣燃料分場(chǎng)回收利用，屬于回用水。

2.2 汽機(jī)分場(chǎng)

汽機(jī)分場(chǎng)的取水分為三部分:來自化學(xué)循環(huán)水處理的水塔補(bǔ)水，來自精處理的除鹽水補(bǔ)水和鍋爐分場(chǎng)工業(yè)水至水塔回水(見圖3)。汽機(jī)分場(chǎng)總用水量1625631.8 m3/d，循環(huán)水量1593036.2 m3/d。汽機(jī)分場(chǎng)的內(nèi)部循環(huán)水也分為三部分:開式循環(huán)冷卻水、閉式循環(huán)冷卻水和冷卻塔的循環(huán)用水。消耗用水分為兩部分:機(jī)組消耗(包括汽水系統(tǒng)排污和機(jī)組供熱)、冷卻塔的蒸發(fā)風(fēng)吹損失。冷卻塔排污屬于排放水，排放水量2141.0 m3/d。串用水為循環(huán)水至鍋爐、脫硫、消防系統(tǒng)用水。

圖3 汽機(jī)分場(chǎng)水平衡

2.3 鍋爐分場(chǎng)

鍋爐分場(chǎng)的取水全部來自循環(huán)水。鍋爐分場(chǎng)總用水量19392.0 m3/d，循環(huán)水量為13656.0 m3/d。鍋爐分場(chǎng)的內(nèi)部循環(huán)水分為兩部分:閉式循環(huán)冷卻水和爐水泵循環(huán)冷卻水(見圖4)。測(cè)試期間爐側(cè)工業(yè)水至定排坑減溫水一直處于投入狀態(tài)，這部分用水由于定排坑排污泵故障導(dǎo)致坑內(nèi)滿水溢流直接排入地下雨水系統(tǒng)屬于排放水。串用水為爐側(cè)工業(yè)水至水塔回水，串用水量5136.0 m3/d。

圖4 鍋爐分場(chǎng)水平衡

2.4 脫硫分場(chǎng)

脫硫分場(chǎng)的水平衡見圖5，脫硫分場(chǎng)的取水全部來自循環(huán)水。脫硫分場(chǎng)的內(nèi)部循環(huán)水分為兩部分:閉式循環(huán)冷卻水和脫硫所用循環(huán)漿液。消耗用水為隨脫硫煙氣蒸發(fā)的水，測(cè)試期間基本沒有廢水排放。脫硫分場(chǎng)總用水量為441242.1 m3/d，循環(huán)水量為438734.3 m3/d。

圖5 脫硫分場(chǎng)水平衡

2.5 灰渣燃料分場(chǎng)

該廠除灰除渣系統(tǒng)均為干式系統(tǒng)，用水量很少，其中除灰空壓機(jī)冷卻水劃入鍋爐分場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試;燃料分場(chǎng)用水量也較少，這兩個(gè)系統(tǒng)的補(bǔ)充水均來自化學(xué)廢水和脫硫廢水。灰渣燃料分場(chǎng)的水平衡見圖6，灰渣燃料分場(chǎng)總用水量為142.8 m3/d。測(cè)試期間取水全部來自化學(xué)廢水，消耗用水用于灰渣調(diào)濕和煤場(chǎng)噴灑。

圖6 灰渣燃料分場(chǎng)水平衡

2.6 生活消防分場(chǎng)

生活消防分場(chǎng)的水平衡見圖7，生活消防分場(chǎng)總用水量為3312.0 m3/d。該分場(chǎng)的取水分為三部分:深井水至生活水補(bǔ)水，河水至消防水補(bǔ)水和循環(huán)水至消防水補(bǔ)水。測(cè)試期間，消防水無消耗，但測(cè)試發(fā)現(xiàn)生活水池和消防水池均存在溢流，兩部分水直接排入雨水系統(tǒng)至外部環(huán)境。

圖7 生活消防分場(chǎng)水平衡

2.7 全廠水平衡試驗(yàn)結(jié)果

綜合各分場(chǎng)水平衡測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算整理得出全廠水平衡數(shù)據(jù)，全廠總?cè)∷?1598.7 m3/d，總用水量為2120546.6 m3/d，復(fù)用水量2088948.0 m3/d，重復(fù)利用率為98.51%，達(dá)到汽輪機(jī)循環(huán)水為閉式循環(huán)的電廠要求;消耗水量為24981.5 m3/d，排放水量為6617.2 m3/d，排放率為20.94%。測(cè)試期間兩臺(tái)機(jī)平均電負(fù)荷合計(jì)491.596 MW，平均供熱流量約91 m3/h，發(fā)電耗水率為2.49 m3/MW·h。雖然發(fā)電耗水率達(dá)到節(jié)能技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則的要求，但對(duì)于采用干式除灰系統(tǒng)的電廠，這一指標(biāo)略有偏高［3］，還有進(jìn)一步降低的潛力。

3 測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問題及整改建議

(1)生活水補(bǔ)水泵液位控制系統(tǒng)故障。無法根據(jù)生活水池液位進(jìn)行流量控制，補(bǔ)水流量較大，而用水流量較小，生活水池一直處于滿水溢流狀態(tài)。建議盡快處理系統(tǒng)故障。

(2)消防水補(bǔ)水門問題。河水至消防水補(bǔ)水門液位控制裝置故障，無法正?？刂葡浪匾何唬浪靥幱跐M水溢流狀態(tài)，造成很大浪費(fèi)。建議盡快解決消防水補(bǔ)水門漏水問題。

(3)冷卻塔排污量偏大。建議電廠根據(jù)水源、水質(zhì)、凝汽器管材及循環(huán)水處理系統(tǒng)等情況，可以考慮進(jìn)行循環(huán)水處理模擬動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，因地制宜地選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸绞胶退巹瑴p少冷卻塔排污量。

(4)鍋爐定排坑排污泵故障。測(cè)試期間，爐側(cè)工業(yè)水至定排坑減溫水手動(dòng)門均保持有一定的開度，并且由于鍋爐定排坑排污泵存在故障，無法及時(shí)排出定排坑中水，定排坑滿水溢流至雨水系統(tǒng)，造成較大浪費(fèi)。建議電廠及時(shí)處理排污泵缺陷，在機(jī)組正常運(yùn)行期間，關(guān)閉鍋爐工業(yè)水至定排坑減溫水。

［1］中華人民共和國國家能源局.DL/T 606.5－2009，火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則［S］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 12452－2008，企業(yè)水平衡測(cè)試通則［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］許 臻，楊寶紅，王正江，等.火電廠水平衡優(yōu)化及用水指標(biāo)分析［J］.熱力發(fā)電，2007，36(5):1－4.