魏文杰，洪明海

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽(yáng) 550002）

隨著城市的發(fā)展與城市垃圾污染、治理之間的矛盾越來(lái)越尖銳突出，加上自然資源和能源的危機(jī)，城市生活垃圾資源化回收利用已經(jīng)成為積極推進(jìn)垃圾處理的重要目標(biāo)之一，而對(duì)生活垃圾進(jìn)行焚燒和余熱利用則是人口密集的城市和地區(qū)的較好選擇。生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)有利于促進(jìn)當(dāng)?shù)乩鴾p量化、資源化、無(wú)害化[1]，項(xiàng)目的建設(shè)還有利于提升城市形象，有利于實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾處理設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，有利于節(jié)約土地資源，有利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，目前在我國(guó)已得到推廣應(yīng)用。按照新時(shí)期治水戰(zhàn)略，工業(yè)用水應(yīng)節(jié)水減污，努力提高用水效率[2]，因此做好該類(lèi)項(xiàng)目的水資源論證并取得取水許可審批，對(duì)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì),增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力具有較大意義。本文以貴州省某生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目（裝機(jī)12 MW）為例，重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行用水合理性分析，為該類(lèi)項(xiàng)目水資源論證工作提供參考。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目日處理生活垃圾600 t，配置1 臺(tái)600 t/d機(jī)械爐排焚燒爐及1臺(tái)中溫中壓余熱鍋爐，配置1 臺(tái)12 MW中溫中壓抽凝式汽輪機(jī)及1 臺(tái)12 MW的發(fā)電機(jī)，工程全年可處理入廠(chǎng)垃圾21.9 萬(wàn)t，年取水總量41.34 萬(wàn)m3，可外供電約6427.57 萬(wàn)kW·h。項(xiàng)目用地總面積為8.21 hm2，不涉及基本農(nóng)田，有少量林地，土地性質(zhì)為建設(shè)用地，場(chǎng)地平緩?？偼顿Y32750 萬(wàn)元。

本項(xiàng)目整個(gè)工藝流程包括了垃圾接收、焚燒及余熱利用、煙氣凈化處理、灰渣收集處理、滲瀝液處理等系統(tǒng)。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐冷卻至約200 ℃后進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)。每套焚燒線(xiàn)配一套煙氣凈化系統(tǒng)，采用“SNCR爐內(nèi)脫硝+半干式脫酸+干粉噴射+活性炭吸附+布袋除塵”的組合工藝。布袋除塵器出口符合排放標(biāo)準(zhǔn)的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)送至煙囪排放至大氣。余熱鍋爐以水為工質(zhì)吸收高溫?zé)煔庵械臒崃?，產(chǎn)生4.0 MPa、450 ℃的蒸汽，供汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)合理性識(shí)別

本項(xiàng)目建設(shè)1×12 MW發(fā)電機(jī)組，采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)，生產(chǎn)用水以鄰近河道水為取水水源，生活用水以自來(lái)水廠(chǎng)為取水水源。從水源地取用的新鮮水量，大部分由中央泵房供給凝汽器和輔機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；其余部分經(jīng)過(guò)濾和化學(xué)水處理后，供給鍋爐補(bǔ)充水系統(tǒng)和其他工業(yè)用水。項(xiàng)目經(jīng)過(guò)全廠(chǎng)用水的統(tǒng)一規(guī)劃和水量平衡設(shè)計(jì)，根據(jù)其工藝系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)的要求，選用合理的工藝流程和用水設(shè)備，從而降低了耗水量。通過(guò)采用澄清、過(guò)濾、超濾、反滲透系統(tǒng)對(duì)循環(huán)水排污水進(jìn)行再回收處理利用，使全廠(chǎng)污廢水在廠(chǎng)內(nèi)回用不外排，實(shí)現(xiàn)了近零排放。

本項(xiàng)目夏季、年平均、冬季循環(huán)水濃縮倍率分別為5.04、5.00、5.01，滿(mǎn)足《循環(huán)冷卻水節(jié)水技術(shù)規(guī)范》（GB/T 31329-2014）有關(guān)要求。此外，循環(huán)水系統(tǒng)夏季、年平均、冬季循環(huán)冷卻倍率分別為70、65、60，電廠(chǎng)年利用小時(shí)數(shù)不低于8000 h，項(xiàng)目有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)合理。

3 用水過(guò)程及水平衡分析

本項(xiàng)目用水系統(tǒng)分給水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)兩大部分，其中給水系統(tǒng)包含水凈化處理系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)、生產(chǎn)清水泵給水系統(tǒng)、生產(chǎn)工業(yè)水泵給水系統(tǒng)；循環(huán)冷卻水系統(tǒng)則由循環(huán)水泵、冷卻塔、循環(huán)冷卻水旁流水處理系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水處理加藥系統(tǒng)等組成。

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的用水過(guò)程及水平衡圖分析可知，該項(xiàng)目運(yùn)行階段包括循環(huán)冷卻塔用水、飛灰固化用水、化驗(yàn)室用水等25 個(gè)用水環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)水平衡圖中的各用水環(huán)節(jié)進(jìn)行水量分析，梳理各用水環(huán)節(jié)中新鮮水用水量、初期雨水和垃圾滲濾液、串聯(lián)用水量、循環(huán)水量、串聯(lián)排水量、耗水量、排水量等數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，編制夏季、年平均、冬季3種工況下項(xiàng)目的水平衡表，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1（由于篇幅所限僅列出年平均工況）。各工況下項(xiàng)目取水、用水、耗水、排水過(guò)程合理，總體水量平衡。

經(jīng)核定，本工程夏季、年平均、冬季日生產(chǎn)生活總用水量（含重復(fù)水量）分別為80082 m3/d、75145 m3/d、70082 m3/d。其中，夏季、年平均、冬季最大日生產(chǎn)生活新鮮水用水量分別為 1185 m3/d、1141 m3/d、1093 m3/d。

結(jié)合輸水管道的材質(zhì)及布置情況，本次分析工作在生產(chǎn)生活用水量的基礎(chǔ)上考慮從水源地至電廠(chǎng)的輸水水量損失（按3%計(jì)），因此項(xiàng)目夏季、年平均、冬季日生產(chǎn)生活新鮮水取水量分別為1220 m3/d、1175 m3/d、1125 m3/d。

表1 項(xiàng)目水平衡表（年平均） 單位：m3/d

4 用水水平評(píng)價(jià)

4.1 用水指標(biāo)計(jì)算

通過(guò)計(jì)算單位發(fā)電量取水量、單位裝機(jī)容量取水量、重復(fù)利用率、冷卻水循環(huán)率、新水利用率、冷卻塔風(fēng)吹損失率、冷卻塔蒸發(fā)損失率等指標(biāo)，進(jìn)而評(píng)價(jià)項(xiàng)目用水合理性，具體計(jì)算結(jié)果如下：

①單位發(fā)電量取水量。項(xiàng)目設(shè)計(jì)年平均日取水量為1175 m3/d，小時(shí)用水量48.96 m3/h，機(jī)組裝機(jī)12 MW，則年均單位發(fā)電量取水量Vui=48.96/12=4.08 m3/（MW·h）；

②單位裝機(jī)容量取水量。項(xiàng)目設(shè)計(jì)夏季最大日用水量為1220 m3/d，機(jī)組裝機(jī)0.012 GW，則單位裝機(jī)容量取水量為：Vc=1220/（0.012×24×3600）=1.177 m3/（s·GW）；

③重復(fù)利用率。項(xiàng)目夏季、年平均、冬季重復(fù)利用水量分別為78742 m3、73881 m3、68898 m3，總用水量分別為80082 m3、75145 m3、70082 m3，則重復(fù)利用率分別為98.33%、98.32%、98.31%；

④冷卻水循環(huán)利用率。項(xiàng)目夏季、年平均、冬季循環(huán)水量分別為77808 m3、72984 m3、68040 m3，總用水量分別為80082 m3、75145 m3、70082 m3，則冷卻水循環(huán)利用率分別為97.16%、97.12%、97.09%；

⑤新水利用率。本項(xiàng)目無(wú)外排水量，因此新水用水率為100%；

⑥冷卻塔蒸發(fā)損失率。項(xiàng)目夏季、年平均、冬季冷卻塔蒸發(fā)損失量分別為929 m3/d、868 m3/d、806 m3/d，冷卻塔用水量分別為74280 m3/d、69456 m3/d、64512 m3/d，則夏季、年平均、冬季本項(xiàng)目冷卻塔蒸發(fā)損失率均為1.25%；

⑦冷卻塔風(fēng)吹損失率。項(xiàng)目夏季、年平均、冬季冷卻塔風(fēng)吹損失量分別74 m3/d、69 m3/d、65 m3/d，冷卻塔用水量分別為74280 m3/d、69456 m3/d、64512 m3/d。則夏季、年平均、冬季本項(xiàng)目冷卻塔風(fēng)吹損失率均為0.1%。

4.2 用水指標(biāo)分析

本項(xiàng)目參照《貴州省行業(yè)用水定額》（DB52 /T 725-2011）、《小型火力發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50049 -2011）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各用水指標(biāo)進(jìn)行合理性分析，具體如下：

1）本項(xiàng)目單位發(fā)電量取水量4.08 m3/（MW·h），滿(mǎn)足《貴州省行業(yè)用水定額》（DB 52 /T725 -2011）中規(guī)定的“單機(jī)容量＜150 MW級(jí)，單位發(fā)電取水量不超過(guò)4.2 m3/（MW·h）”的要求。

2）本項(xiàng)目單位裝機(jī)容量取水量為1.177 m3/（s·GW），滿(mǎn)足《小型火力發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50049 -2011）中規(guī)定的“淡水循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)單位裝機(jī)容量（＜50 MW級(jí)）取水量定額不應(yīng)超過(guò)1.20 m3/（s·GW）”的要求。

3）本項(xiàng)目水資源重復(fù)利用率為98.3%，達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平[3]。

4）本項(xiàng)目冷卻水循環(huán)利用率為97.1%，滿(mǎn)足我國(guó)一類(lèi)城市冷卻水循環(huán)利用率2010 年達(dá)到95%～97%的指標(biāo)要求[3]。

5）本項(xiàng)目新水利用率為100%，達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。

6）本項(xiàng)目冷卻塔風(fēng)吹損失率0.1%，符合有收水器的風(fēng)吹損失率應(yīng)低于0.1%的要求[4]。

7）本項(xiàng)目冷卻塔蒸發(fā)損失率為1.25%，略高于1.2%的參考標(biāo)準(zhǔn)[5]。

經(jīng)上述分析，本項(xiàng)目單位發(fā)電量取水量、單位裝機(jī)容量取水量、重復(fù)水利用率、冷卻水循環(huán)利用率、新水利用率以及冷卻塔風(fēng)吹損失率等指標(biāo)均滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)定，而冷卻塔蒸發(fā)損失率略高于推薦的指標(biāo)上限。

4.3 同行業(yè)其他項(xiàng)目用水指標(biāo)比較

選取其他地區(qū)同行業(yè)相同規(guī)模的項(xiàng)目設(shè)計(jì)機(jī)組耗水指標(biāo)與本項(xiàng)目進(jìn)行比較，進(jìn)一步分析項(xiàng)目用水水平，相關(guān)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 其它地區(qū)垃圾發(fā)電機(jī)組耗水指標(biāo)比較表

由表2可知，結(jié)合其他地區(qū)相同規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目有關(guān)用水指標(biāo)，12 MW小機(jī)組單位裝機(jī)容量取水量在1.1 m3/（s·GW）～2.0 m3/（s·GW）之間，單位發(fā)電量取水量在4.0 m3/（MW·h）～5.5 m3/（MW·h）之間。本項(xiàng)目用水水平指標(biāo)在同規(guī)模機(jī)組的垃圾發(fā)電項(xiàng)目中相對(duì)較優(yōu)?？傮w來(lái)說(shuō)，本項(xiàng)目工業(yè)重復(fù)利用率較高，節(jié)水效果較好，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，工程用水合理可行。

5 節(jié)水潛力分析

項(xiàng)目節(jié)水是一項(xiàng)涉及到各個(gè)專(zhuān)業(yè)和分部的工作，合理的設(shè)計(jì)、高效、低耗的節(jié)水技術(shù)和設(shè)備、電廠(chǎng)的運(yùn)行管理，各方面都是相輔相成，缺一不可。要以經(jīng)濟(jì)合理和保護(hù)水環(huán)境為前提條件，凡是可以重復(fù)利用的水要多次利用，做到各種水質(zhì)的水都能“水盡其用”，減少耗水量，從而減少新鮮水取水量，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過(guò)前述章節(jié)用水指標(biāo)分析可知，本項(xiàng)目用水工藝技術(shù)先進(jìn)，基本實(shí)現(xiàn)了近零排放，但冷卻塔蒸發(fā)損失率略高于推薦指標(biāo)。因此，從取用水主要環(huán)節(jié)上初步分析，節(jié)水潛力應(yīng)采取的改進(jìn)措施主要有以下幾方面：

1）進(jìn)一步降低管網(wǎng)輸水損失。引進(jìn)技術(shù)含量高、經(jīng)久耐用的輸水管網(wǎng)材料，科學(xué)布置場(chǎng)內(nèi)場(chǎng)外管網(wǎng)路徑，防治管網(wǎng)輸水過(guò)程中的跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)一步降低管網(wǎng)損失率。

2）可采用高壓電場(chǎng)荷電節(jié)水降低蒸發(fā)水水耗等技術(shù)[6]，降低冷卻蒸發(fā)損失水量。

6 結(jié)論

本次工作以貴州省某生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，對(duì)其用水工藝及過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)分析，在水量平衡的基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算相應(yīng)的用水指標(biāo)判斷項(xiàng)目用水合理性，并結(jié)合其他地區(qū)同規(guī)模機(jī)組設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：該項(xiàng)目用水合理，水重復(fù)利用率高，有關(guān)指標(biāo)達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平，成果可為該類(lèi)項(xiàng)目尤其是小機(jī)組電廠(chǎng)水資源論證工作提供參考。