火力发电厂水平衡测试及节水减排技术研究

赵显桥，盛 虎，袭著尊

（1.山东电力研究院，山东 济南 250002；2.华电章丘发电有限公司，山东 章丘 250216）

0 引言

我国是一个水资源严重匮乏的国家，人均水资源占有量仅约2 500 m3，为世界人均占有量的1/4。我国水资源分布也极不平衡，黄河流域及以北的一些地区人均占有水资源只是长江流域及以南地区的1/4，水资源极其匮乏［1］。火力发电厂是用水、排水大户，火电用水占工业用水总量的40%，在建设资源节约型和谐社会的大背景下，相关部门出台的用水、排水收费制度将会越来越严厉，因此火力发电厂大力实施节水减排战略不仅对发电厂可持续发展有着重要的经济效益，而且对保护人类生存环境有着重要的社会效益。结合某电厂2×300 MW机组水平衡测试情况对电厂各取用水系统可采取的节水减排技术分别进行探讨。

1 电厂取用水情况

某电厂二期工程为两台超高压、中间一次再热、抽汽供热凝汽式汽轮发电机组。主要用水系统包括循环冷却水系统、除灰除渣系统、化学制水及除盐水系统、工业冷却水系统、生活水系统等，除生活水系统及化学制水系统的补水来自当地自来水厂外，其它系统用水全部取自附近水库。

1.1 循环冷却水

该厂循环冷却水系统为单元制，每台机组各配备淋水面积为5 500 m2的双曲线自然通风冷却塔一座，钢筋混凝土结构。由于循环水冷却过程中的蒸发、风吹和排污损失，要维持循环冷却水的水量和水质，必须不断地大量补充新水。根据夏季水平衡测试数据，机组循环冷却水系统循环水量约为72 600 m3/h，冷却塔蒸发损失为842 m3/h，风吹损失为69 m3/h，排污损失为352 m3/h。一般来说，蒸发损失随季节的变化而不同，排污损失则在很大程度上取决于循环水浓缩倍率。

1.2 除灰除渣系统

厂除灰系统采用正压浓相气力输送，每个除尘器灰斗下安装有一台仓泵，共32台，由压缩空气将灰经仓泵送到灰库，收集到的干灰全部销售。该系统最大程度上节约了水资源，并且可以得到优质的粉煤灰，便于粉煤灰的综合利用，是大型燃煤电厂除灰方式的发展趋势。

厂除渣系统采用水封渣斗，定期排渣，水力喷射除渣的方式。锅炉落渣由冲渣水泵来水熄灭后经碎渣机破碎后由水力喷射器直接输送至脱水仓，渣脱水后装车外运，补充水由循环水供给，炉底水封由冲渣水泵来水补给，水封水溢流后由溢流水泵送至供水泵房前的回收水池。该系统存在的主要问题是耗水量大、能耗高、设备磨损严重、维护量大等，据测算夏季该除渣系统溢流排污水总计55 m3/h。

1.3 化学制水及除盐水系统

水作为电厂热力系统的工质，在循环做功过程中，不可避免会有一些损失，这些损失来自于锅炉排污（定排和连排）损失、吹灰损失、取样损失和漏泄损失等，这些损失必须及时补充才能维持热力系统正常的水汽循环，因此锅炉补给水是电厂不可缺少的一项用水。电厂工质补水是由化学车间制出的除盐水来补充的，通常情况下，中小型机组补水率是锅炉额定蒸发量的2%，大型机组为6‰，一般凝汽式亚临界机组，锅炉补水率可以控制在1.5%以内，其中排污率在0.5%左右［2］，据测算该厂夏季水平衡测试期间工质补水量为22.16m3/h，补水率为1.38%。

1.4 工业冷却水

该厂工业冷却水是和循环冷却水掺混在一起作为辅机冷却水使用的，其掺混的比例主要取决于环境温度。据测算该机组夏季工业冷却水用总量达421.3 m3/h，其中大部分作为各主、辅设备冷却用水（如冷油器冷却水等），使用后作为冷却塔补水回收利用，达到了重复用水的目的；另有少部分水（约为24.1 m3/h）作为各种风机、水泵等转动设备的轴承冷却水，使用后排往地沟。

1.5 生活用水

生活用水包括办公楼用水、食堂用水、浴室用水、厕所用水、绿化用水、冲洗用水等，这部分水量一般取决于职工人数、绿化面积、气候条件等。该厂生活区不在厂区，故厂区生活水量不大，夏季水平衡测试期间生活水量为5.07 m3/h。

2 节水减排技术措施

2.1 减少循环水用量，适当提高浓缩倍率

对于湿冷发电机组，冷却塔的耗水量在整个电厂中所占比例是最高的，约为70%～80%，其中包括蒸发损失、风吹损失和排污损失等。这些损失水量的大小和冷却塔循环水量的大小直接相关，而实际运行过程中，冷却塔经常偏离设计条件，出塔温度高于设计值导致真空下降，为维持机组安全经济运行，必需人为增大循环水量，进而导致冷却塔损失水量增加。为提高冷却塔效率，减少循环水用量，可采取的措施有：加强对冷却塔的清理维护，修复或更换已损坏的填料和喷淋装置，以保证有效淋水面积和淋水密度；将水泥填料更换为高性能塑料填料，瓷嘴瓷碟喷淋装置更换为塑料反射型喷淋装置等。但总的来说蒸发损失不可避免，并且目前基本没有回收的办法，减少排污损失是循环冷却水系统实际运行期间节水减排的主要工作方向，减少这项损失最主要的技术途径是适当提高循环冷却水浓缩倍率。

该厂冷却塔排污水量与浓缩倍率的关系见图1。由图可见，浓缩倍率增加时，冷却塔排污水量不断降低，浓缩倍率由1.5增加至4时，冷却塔排污水量显著降低，取得很好的节水效果，当浓缩倍率无限提高时，排污水量趋于零，补充水量无限接近蒸发损失与风吹损失量之和。但当浓缩倍率高于5后，冷却塔排污水量降低幅度趋缓，节水效果有限，同时当浓缩倍率超过5时，往往需要设置防垢处理系统等增加系统投资和运行费用，故不能为了减小排污水量盲目的提高浓缩倍率，而应该根据机组水量、水质平衡，并结合凝汽器材质、循环水稳定处理方案等电厂实际情况，进行综合技术经济性比较后确定。该厂目前已将循环水浓缩倍率由原来的3提高到5附近稳定运行，仅此一项可节水210.5 m3/h，降低耗水指标0.093 m3/s·GW。

图1 冷却塔排污水量与浓缩倍率关系图

2.2 采用节水型除渣系统

该厂使用的水力喷射除渣系统弊端很多，主要有：耗水量大、能耗高、设备磨损严重、维护量大等，可考虑改用刮板捞渣机湿除渣系统，除渣水经高效浓缩池等处理后闭环循环供系统重复使用，补水可由冷却塔排污水提供。这在一定程度上改善了水力喷射除渣系统带来的问题，但还是有相当部分的水资源被浪费，并且电厂仍需要建造与之相配套的水处理设施，而最近发展起来的干式机械除渣方式则可更好地解决以上问题。

干式机械除渣系统主要由机械除渣、气力输送与渣仓三部分构成，整个除渣及输送过程不仅一点水也不用，而且还能将冷空气加热到300～400℃（相当于二次风的送风温度），回收了炉渣中的热量，减少了锅炉的热损失，提高了锅炉的效率［3］。另外由于炉渣在输送带上继续燃烧放热，使得炉渣可燃物含量降低，提高了炉渣的综合再利用价值。目前国内已经有华能伊敏电厂、北京石景山电厂、河北三河电厂等数十座电厂采用此类干式除渣系统［4］，其节水、环保效果明显。该厂若改用干式机械除渣系统则可节水55 m3/h，降低耗水指标0.024 m3/s·GW。

2.3 控制工质补水率

热力系统工质损失主要来自于锅炉排污（定排和连排）损失、吹灰损失、取样损失和漏汽损失等，减少工质损失不仅可以节约成本较高的除盐水，还可降低机组热损失，减少能源浪费。

消除或减少杂质进入系统，从而保持工质水的水质在较高水平运行可以有效降低锅炉排污量，其主要措施有：确保凝汽器的严密性，提高锅炉补给水和凝结水净化出水质量，采用合适的炉内处理方法防止或减轻腐蚀等。优化排污方式是减小锅炉排污损失的另一种方法，厦门嵩屿电厂就是通过热化学试验，将排污方式优化调整为间歇式开启或低流量连续开启，使得排污率控制在0.3%以下，锅炉排掉的水量约减少了10 m3/h，每月可节约精制除盐水量 6 000 m3，同时减少了锅炉的热损失［5］。

减少蒸汽吹灰损失可以通过改用燃气脉冲式吹灰等其它吹灰方式来实现，或者进行蒸汽吹灰优化试验，在不影响机组安全运行的前提下，优化蒸汽吹灰次数，也可以大大减少吹灰蒸汽的消耗量。

加强设备管理，特别是提高高压水、汽系统的阀门严密性，可以有效减少汽水漏泄损失。

2.4 提高工业冷却水复用水率

该厂工业水系统大部分冷却水回用到循环水系统重复利用，不便直接回收的无压冷却排水排水主要是转动机械的轴封用水等，这部分废水温度稍高、含油和悬浮物，可以考虑将其汇集后经隔油、气浮、过滤等技术手段处理后，用作干灰场喷淋、煤场喷淋等重复利用，进一步提高工业水复用水率，这样以来可节水24.1m3/h，降低耗水指标0.011m3/s·GW。

加强设备管理，争取做到转动设备“机开水流、机停水停”的要求，杜绝常流水现象的发生，可以有效减少含油废水的产生，节约水资源，同时节约水处理成本。

2.5 其它节水减排措施

提高节水意识。组织宣传节水常识，提高员工节水意识，让节水深入人心。如果员工都能够自觉地节约用水，对用水设备的运行状况进行合理地调整，及时发现、及时消除电厂的跑、冒、滴、漏、溢水等缺陷，这是投资最少而又节水效果最明显的一项措施。

完善用水表计的配置。目前电厂的主要取、用水系统大都安装有流量表等计量和检测仪表，但不能很好地进行维护和管理，存在虚设现象。按照DL/T 783-2001《火力发电厂节水导则》［6］的要求：一级用水计量（全厂各种水源的计量）的仪表配备率、合格率、检测率和计量率均应达到100%；二级用水计量（各车间及厂区生产用水计量）的仪表配备率、合格率、检测率均应达到95%以上，计量率应达到90%；而三级用水计量 （各设备和设施用水、生活用水计量）计量率应达到85%。

建立全厂用水监测系统。有条件的时候将全厂取、用、排水的水量水质数据收集到辅助车间集中控制系统实时数据库，进行数据统计处理和分析，建立全厂用水监测系统，以便运行人员、管理人员对全厂水系统的运行情况进行全面监视，随时掌握系统中各处的用水水量和水质情况，为电厂科学用水、节水减排创造条件。

3 结束语

火力发电厂水务管理工作是一项长期、复杂、艰巨而又具有深远意义的工作。本文结合现场水平衡测试数据，提出了一些切实可行的节水减排技术措施，为发电厂节水减排工作提供了思路。发电厂应以安全经济和保护环境为原则，按照各用水系统对水量水质的需要，分级用水，尽可能地循环处理、重复利用水资源，从而减少新水量和排水量，提高经济效益和社会效益。

［1］ 王起.在富煤缺水的陕北地区建设节水型火电厂［J］.中国科技信息,2005（15）:211.

［2］ 宋雷,高新民.火力发电厂节水途径探讨［J］.电站系统工程,2006,22（2）:20-22.

［3］ 陈新,刘振强,张晶,等.燃煤电厂风冷干式排渣技术及其工程应用［J］.电力设备,2006（9）:19-21.

［4］ 段恒友,陶耀武.干除渣技术在石景山热电厂的应用［J］.华北电力技术,2003 （2）:33-36.

［5］ 陈进生.火电厂节水技术探讨［J］.工业水处理,2003,23（1）:73-75.

［6］ DL/T 783-2001火力发电厂节水导则［S］.