胡 培，邱頌曦，張敏蘭

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 510635；2.河口水利技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，廣州 510635)

火電廠用水量巨大，是我國(guó)工業(yè)用水的需求大戶，約占工業(yè)用水需求的40%[1-2]?；痣姀S根據(jù)冷卻方式分為直流式冷卻火電廠和循環(huán)式冷卻火電廠，其中，直流式冷卻火電廠通過(guò)管道將冷水直接引入電廠，冷卻機(jī)組后又將熱水直接排入水源，該類電廠取水、退水量大[3]。水資源短缺已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大瓶頸[4]，對(duì)作為工業(yè)用水大戶的直流冷卻火力發(fā)電廠，分析其用水特征及節(jié)水潛力，愈發(fā)緊迫[5-6]。

本文以中山嘉明電力有限公司為例，結(jié)合電廠水平衡測(cè)試相關(guān)成果，分析大型直流冷卻火電廠用水工藝，確定取用耗排水量及特征，推算企業(yè)各項(xiàng)用水技術(shù)指標(biāo)，分析節(jié)水潛力，提出節(jié)水措施，為其他直流冷卻火電廠節(jié)水改造提供借鑒和參考[7-8]。

1 電廠概況

中山嘉明電力有限公司(以下簡(jiǎn)稱嘉明電廠)位于中山市火炬開發(fā)區(qū)，成立于1994年。1997年8月和1997年12月，公司兩臺(tái)125 MW燃油汽輪發(fā)電機(jī)組(一期工程機(jī)組)相繼投入商業(yè)運(yùn)行，因排放工藝等因素，一期工程機(jī)組已于2011年停產(chǎn)。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，公司二期工程裝備兩套390 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，分別于2009年5月和11月投入商業(yè)運(yùn)行。三期工程裝備3套460 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，分別于2014年6月、8月和12月投入商運(yùn)[9]。

嘉明電廠目前在運(yùn)機(jī)組總裝機(jī)容量216萬(wàn)kW(一期1#、2#機(jī)組停用，二期3#、4#2臺(tái)39萬(wàn)kW機(jī)組；三期5#、6#、7#、8#、9#、10#3套46萬(wàn)kW機(jī)組)，年發(fā)電能力約120億kW/h(年發(fā)電能力可滿足中山市40%的用電需求)。

嘉明電廠取水包括地表水(咸淡水)和市政自來(lái)水，地表水取水口設(shè)置于廠區(qū)正對(duì)的橫門南汊岸邊二期、三期各有一座取水系統(tǒng)；市政供水入口位于公司廠區(qū)正門的西側(cè)圍墻旁，配備有1個(gè)一級(jí)計(jì)費(fèi)總水表，經(jīng)DN200水管向廠區(qū)供水(取水水源及計(jì)量情況見(jiàn)表1)。

表1 嘉明電廠取水水源及計(jì)量情況

2 用水系統(tǒng)

嘉明電廠主要用水系統(tǒng)包括：直流冷卻水系統(tǒng)、沉淀池系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、除鹽水系統(tǒng)、機(jī)組用水系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)、綠化用水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)(見(jiàn)圖1所示)。

圖1 中山嘉明電力有限公司用水系統(tǒng)示意

直流冷卻水系統(tǒng)：電廠二期、三期工程均采用擴(kuò)大單元制直流冷卻供水方式，供水系統(tǒng)流程為：取水頭部→自流引水管→進(jìn)水前池→循環(huán)水泵房→壓力進(jìn)水管→凝汽器→壓力排水管→虹吸井→排水暗溝→排水口。

沉淀池系統(tǒng)：二期、三期循環(huán)泵房從河道取水后，大部分用于凝汽器及熱交換冷卻后排至河道，剩余部分進(jìn)入沉淀池系統(tǒng)，經(jīng)沉淀處理后，進(jìn)一步向工業(yè)水系統(tǒng)、除鹽水系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)供水。

工業(yè)水系統(tǒng)：二期沉淀池處理后，進(jìn)入工業(yè)水系統(tǒng)，廠區(qū)工業(yè)水用于二期、三期循環(huán)泵房水泵軸承冷卻和機(jī)組鍋爐定排廢水冷卻，冷卻后排入循環(huán)水排水母管。

除鹽水系統(tǒng)：三期沉淀池處理后，進(jìn)入化學(xué)水處理間處理制除鹽水，經(jīng)除鹽水儲(chǔ)存罐后供二期、三期機(jī)組用水。

機(jī)組用水系統(tǒng)：二期工業(yè)水池、三期除鹽水箱水量根據(jù)需求進(jìn)入機(jī)組用水系統(tǒng)，主要用于各機(jī)組鍋爐補(bǔ)水、閉式水補(bǔ)水和汽機(jī)補(bǔ)水，使用后廢水與工業(yè)廢水一起排放。

生活水系統(tǒng)：廠區(qū)內(nèi)生活用水來(lái)自生活水池及市政自來(lái)水，其中，市政自來(lái)水主要用于全廠飲水機(jī)供水及部分區(qū)域的辦公、廁所、沖洗用水。

綠化用水系統(tǒng)：廠區(qū)綠化面積較大，約為256 000 m3，綠化水主要來(lái)自廠區(qū)內(nèi)原水蓄水池、污水回用水池和市政供水系統(tǒng)。

污水處理系統(tǒng)：嘉明電廠廢污水主要為除鹽水制水濃水、余熱鍋爐定期排污水、汽機(jī)廢水、含油污水、生活污水等。電廠建有工業(yè)廢水處理設(shè)施、生活污水處理設(shè)施，以及2×2 000 m3的廢水貯存池，廢污水達(dá)標(biāo)處理后，除了鍋爐排污水隨循環(huán)水排水混合后排放，剩余部分回用于工業(yè)水系統(tǒng)、綠化用水系統(tǒng)。

3 水平衡測(cè)試

1) 計(jì)量設(shè)施安裝

利用廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有運(yùn)行水表進(jìn)行計(jì)量測(cè)試，按三級(jí)計(jì)量全覆蓋的要求，對(duì)未安裝水表的車間、主要設(shè)備加裝機(jī)械水表或超聲波流量計(jì)，測(cè)試期間新加裝機(jī)械表19個(gè)、超聲波流量計(jì)24個(gè)。

2) 測(cè)試周期

測(cè)試采用一次平衡法，電廠生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)，一般不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間停工停產(chǎn)以及停止用水的現(xiàn)象，用水過(guò)程穩(wěn)定，根據(jù)實(shí)際情況選取2022年7月16日至23日為測(cè)試周期。

3) 測(cè)試內(nèi)容

按用水單元系統(tǒng)，自上而下測(cè)試其水量參數(shù)(新水量、循環(huán)水量、串聯(lián)水量、耗水量、排水量、漏失水量)，并按要求測(cè)試水質(zhì)和水溫參數(shù)[10]。

電廠水平衡測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 中山嘉明電力有限公司水平衡示意(單位：m3/d)

4 用水特征分析

4.1 取用耗排水量分析

1) 取水量

測(cè)試期內(nèi)，嘉明電廠平均取水量為1 245 535 m3/d，其中，地表取水(橫門水道)1 245 485 m3/d，市政自來(lái)水取水50 m3/d。

2) 用水量

測(cè)試期內(nèi)，電廠平均用水量為1 582 135 m3/d，其中，直流冷卻系統(tǒng)用水1 240 056 m3/d，占比78%，是電廠主要的用水系統(tǒng)。

3) 耗水量

測(cè)試期內(nèi)，電廠平均耗水量為892 m3/d，其中，廠區(qū)綠化耗水量為418 m3/d，占比47%，是廠區(qū)主要的耗水對(duì)象。

4) 退水量

測(cè)試期內(nèi)，電廠平均退水量為1 243 956 m3/d，其中，直流冷卻系統(tǒng)取水用于冷卻后，直接排放，沒(méi)有消耗水量，退水量為1 240 056 m3/d，占電廠退水總量的99.7%，是主要的退水對(duì)象。

5) 其他水量

包括外供蒸汽量589 m3/d，以及平衡差98 m3/d。

4.2 用水指標(biāo)分析

1) 單位發(fā)電量取水量

測(cè)試期間，扣除直流冷卻系統(tǒng)取水(1 240 056 m3/d)和外供蒸汽水量(589 m3/d)，計(jì)算得到電廠日取新水量為4 890 m3/d，統(tǒng)計(jì)測(cè)試期間電廠日均發(fā)電量為15 971 MW，則單位發(fā)電量取水量為0.31 m3/(MW·h)，低于《廣東省用水定額》(DB44T/1461.2-2021)和《取水定額 第1部分：火力發(fā)電》(GB/T 18916.1-2021)通用值標(biāo)準(zhǔn)[0.40 m3/(MW·h)]，但是，與先進(jìn)值標(biāo)準(zhǔn)[0.20 m3/(MW·h)]仍有一定的差距.

2) 用水重復(fù)利用率

測(cè)試期間，電廠平均用水量為1 582 135 m3，平均每天復(fù)用水量(包括循環(huán)水量、串用水量、回用水量)為1 576 656 m3，則計(jì)算得到電廠的用水重復(fù)利用率為99.7%，滿足《節(jié)水型企業(yè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(粵水資源函〔2018〕1889號(hào))用水重復(fù)利用率不小于80%的要求。

3) 綜合漏失率

根據(jù)水平衡測(cè)試結(jié)果，電廠漏失水量主要發(fā)生在直流冷卻系統(tǒng)外的其他供水系統(tǒng)中，測(cè)試期間，扣除直流冷卻系統(tǒng)，其他用水系統(tǒng)一級(jí)計(jì)量水量為5 479 m3/d，二級(jí)計(jì)量水量為5 381 m3/d，漏失水量為98 m3/d，漏失率為1.79%，滿足《節(jié)水型企業(yè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(粵水資源函〔2018〕1889號(hào))綜合漏失率不大于5%的要求。

4) 綠化用水量

測(cè)試期間，廠區(qū)日均綠化用水418 m3/d，均為廠區(qū)內(nèi)再生水；嘉明電廠廠區(qū)綠化面積約為256 000 m2，則綠化日均用水為1.63 L/(m2·d)，低于《廣東省用水定額》(DB44T/1461.2-2021)通用值標(biāo)準(zhǔn)[2.0(L/m2·d)]。

5) 人均生活用水量

測(cè)試期間，廠區(qū)內(nèi)辦公、生活日均取水量為98 m3/d，廠區(qū)有職員工300人，后勤、安保、消防約200人，第三方技術(shù)人員作業(yè)，約500人，則人均生活日取水量為98 L/d，低于《廣東省用水定額》(DB44T/1461.2-2021)通用值標(biāo)準(zhǔn)(38 m3/a，換算日用水為104 L/d)。

電廠用水指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 嘉明電廠用水指標(biāo)評(píng)價(jià)

5 節(jié)水措施分析

根據(jù)電廠計(jì)量情況分析，電廠常用計(jì)量設(shè)備主要設(shè)置于取水頭部和主要用水設(shè)備上，仍未能實(shí)現(xiàn)三級(jí)計(jì)量全覆蓋。建議電廠按要求配置完善計(jì)量設(shè)施，以便運(yùn)行人員對(duì)全廠水系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握系統(tǒng)中各處的水量，根據(jù)節(jié)水的要求進(jìn)行有效控制。對(duì)現(xiàn)有流量計(jì)進(jìn)行定期校準(zhǔn)，主要用水設(shè)備可加裝計(jì)量設(shè)備，以便更科學(xué)地分析用水量，監(jiān)控用水異常，及時(shí)做好設(shè)備維護(hù)。

根據(jù)水平衡測(cè)試結(jié)果，電廠單位發(fā)電量用水量未能滿足先進(jìn)值標(biāo)準(zhǔn)，仍有一定的節(jié)水潛力，其中，廠區(qū)除鹽水制水效率為56%，制水效率偏低。除鹽水系統(tǒng)是電廠重要的用水系統(tǒng)，建議結(jié)合用水水質(zhì)情況，回收除鹽水超濾裝置制水后的退水，用于工業(yè)用水或冷卻用水，減少新水取水量。

同時(shí)，建議加強(qiáng)電廠水務(wù)管理工作。逐步制定用水管理規(guī)定，建立各主要系統(tǒng)的用、排水量臺(tái)帳，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、消除電廠的非正常用水。對(duì)全廠水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一清查，完善管段標(biāo)識(shí)，杜絕全廠因非正常運(yùn)行或操作問(wèn)題導(dǎo)致的跑、冒、滴、漏和溢水等現(xiàn)象。

6 結(jié)論

1) 以嘉明電廠為案例，結(jié)合其開展的水平衡測(cè)試成果，分析大型直流冷卻火電廠取用耗排水工藝流程，明確各用水系統(tǒng)水量特征，為企業(yè)建立用水檔案、制定節(jié)水措施、進(jìn)行用水指標(biāo)考核、開展節(jié)水型企業(yè)建設(shè)等提供了技術(shù)支撐，為水行政主管部門進(jìn)行用水管理、開展取水許可審批提供了重要依據(jù)[11-12]。

2) 大型直流冷卻火電廠用水系統(tǒng)主要包括直流冷卻水、沉淀池、工業(yè)水、除鹽水、機(jī)組用水、生活水、綠化用水及污水處理系統(tǒng)。根據(jù)嘉明電廠水平衡測(cè)試結(jié)果，直流冷卻用水占比78%，直流冷卻退水占比99.7%，直流冷卻是電廠主要的用水、退水環(huán)節(jié)。

3) 根據(jù)水平衡測(cè)試結(jié)果，嘉明電廠單位發(fā)電量取水量為0.31 m3/(MW·h)，用水重復(fù)利用率為99.7%，綜合漏失率為1.79%，綠化日均用水為1.63 L/(m2·d)，人均生活日取水量為98 L/d，均滿足相應(yīng)用水定額標(biāo)準(zhǔn)要求。

4) 與先進(jìn)用水標(biāo)準(zhǔn)相比，中山嘉明電力有限公司仍有一定的節(jié)水潛力，建議按要求配置完善計(jì)量設(shè)施，對(duì)現(xiàn)有流量計(jì)進(jìn)行定期校準(zhǔn)；回收除鹽水超濾裝置制水后的退水，用于工業(yè)用水或冷卻用水；建立用水檔案、制定合理的節(jié)水措施，安排專人加強(qiáng)對(duì)管線及用水單元的巡測(cè)，對(duì)全廠水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一清查，杜絕跑冒滴漏現(xiàn)象。