火电厂用水现状分析与研究

黄 占 峰

(山西国环环境工程有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

我国是缺水严重的国家，2008年淡水资源总量为2.74万亿t，占全球水资源的6%[1]，加之地域面积辽阔，水资源储量分布不均衡等不利条件，使得实际可被工业使用的水资源更为缺乏，在富煤或重工业发达地区尤为突出。

火力发电对水的需求量较大，据由电力行业公布统计数据，核算2010年度火电机组水耗用量约83.66亿t。与此同时，全社会对电力的需求一直呈持续增长趋势，2010年我国火力发电仍占总发电量的80%[2]以上。就目前电力需求与电力行业发展趋势，未来一段时间火力发电仍将占主导地位，且火电建设多分布于富煤或工业发达的缺水地区。

按上述现状持续发展下去，将致使水资源紧缺与动力能源发展的矛盾日益突出，水的匮乏将演化为遏制当地经济可持续发展的瓶颈。故此，了解火电厂用水现状，加强企业自身用水管理，促进行业内用水情况及节水技术交流，以便于采取针对性节水措施尤显重要。

2 火电厂用水现状分析

2.1 用水标准指标介绍

鉴于我国水资源与动力能源的不均匀分布和相互制约已影响到火力发电的发展，及近年来我国大容量、高参数的火电机组的迅速发展与在富煤缺水地区空冷机组的大量涌现的现状，火电行业相继出台了GB/T 26925—2011节水型企业 火力发电行业(以下简称节水标准)与GB/T 18916.1—2012取水定额 第一部分 火力发电(以下简称定额标准)两项标准，主要指标如图1所示。

2.2 数据整理

1)单位发电量取水量

总用水量Qz=Qq+Qf；

其中，Vui为单位发电量取水量，m3/(MW·h)；Vi(或Qq)为一定计量时间内，生产过程中取水量总和，m3；Q(或W)为一定计量时间内的发电量，MW·h；Qz为考核期内实际全厂总用水量，包括厂区和厂前区各系统生产、生活所使用的新鲜水和复用水量，不包括厂外生活区用水量，m3;Qf为考核期内全厂实际复用水量，包括循环水量、串用水量和回收利用水量(多次复用水量应重复计入)，m3；Vuc为单位发电量耗水量，m3/(MW·h);Qzf为原水预处理系统和再生水深度处理系统的自用水量，m3;Vd(或Qp)为在统计期内，企业向外排放的废水量，m3。

2)为全面掌握目前火电机组取水情况、便于了解机组间取水量差异，将调查的全国范围内各地区不同冷却方式349个火电机组用水情况数据按下列公式进行以下处理：

其中，Vui′为处理后数据，m3/(MW·h)；Vui为原始数据，m3/(MW·h)。

即先按冷却方式及容量等级划分调查数据，再对调查数据由小到大进行排序，取均值(见表1)，后将各调查数据与平均值差减并取绝对值，进行不同冷却形式的火电机组取水情况分析。

表1 调查机组单位发电量取水量平均值 m3/(MW·h)

2.3 近年来火电厂总体用水情况分析

十五、十一五期间火电机组发电量、取水量及废水排放量统计数据见图2。

通过对比分析知火电机组用水情况如下：十五期间火电机组发电量呈明显增长趋势，平均增幅14.1%；年取水量相对增长缓慢，平均增幅7.8%，而废水年排放量平均增幅仅为6.5%。火电机组发电量、年取水量及废水年排放量于2006年达最高值，取水量最高值达85.5亿m3；自2007年以后，火力发电量增幅分别为3.0%,7.4%,13.4%，但年取水量增幅缓慢，废水年排放量有明显下降趋势。从单位发电指标来看，十五、十一五期间火电机组平均单位发电量水耗由3.90 m3/(MW·h)下降到2.45 m3/(MW·h)，平均单位发电量废水排放量由1.31 m3/(MW·h)下降到0.31 m3/(MW·h)。

2.4 火电机组取水现状分析

2.4.1循环冷却火电机组取水情况分析

调查231家循环机组，其中300 MW以下机组84台，300 MW级机组102台，600 MW及以上容量等级机组45台。

图3显示，调查数据中，循环冷却机组除个别机组单位发电量取水量控制或计量待改进外，整体控制水平较为接近，数据平均值基本上反映了机组整体运行水平。

2.4.2直流冷却火电机组取水情况分析

调查76家直流机组，其中300 MW以下机组13台，300 MW级机组23台，600 MW及以上容量等级机组30台。

图4显示，调查数据中，大多数直流冷却机组取水情况相近，但少数机组单位发电量取水量控制水平较差，远超过定额标准值且对比来看，300 MW以下机组单位发电量取水量整体控制水平差异较大；一方面是由于各机组技术水平的差异，更直接的原因是由于各地取水成本的巨大差异；300 MW级以上容量等级机组中超过80%以上机组单位发电量取水量低于平均值，以平均值反映该类型机组取水量控制水平，不符合实际运行水平；从整体来看，机组整体取水量控制水平好于平均值，这主要是由于建设年限较短，对用水指标有定额控制。

2.4.3空气冷却火电机组取水情况分析

调查42家空冷机组，其中300 MW以下机组7台，300 MW级机组17台，600 MW及以上容量等级机组19台。

图5显示调查数据中，300 MW以下机组有86%的机组单位发电量取水量不大于平均值；300 MW,600 MW及以上两个容量等级的处理数据基本以各自平均值为基点呈对称分布，平均值可代表火电机组中间控制水平。随机组容量的增大，用水指标迅速降低，节水效果明显。

2.4.4不同冷却机组平均取水情况与标准对比分析

以新出台的两部火电机组用水指标标准值为基准，将调查火电机组单位发电量取水量平均值与之对比，结果见表2。

表2 调查机组单位发电量取水量平均值与标准对比表 %

对比显示，空冷机组与循环冷却机组调查平均值低于定额标准，但仍高于节水标准，尤其是循环冷却机组，单位发电量取水量控制尚有待加强；直流冷却机组取水平均值与标准值比较偏离较大，结合图4分析，平均值并不能表征该类型机组实际整体取水量控制水平，直流冷却机组多处于富水地区，机组运行受水资源制约较小，少数机组取水量控制水平较差，但在我国水资源缺乏与经济急剧膨胀下用水需求量大幅增加的背景下，机组运行取水量控制仍需加以重视。

2.5 影响我国火电厂用水情况的因素分析

综合调查数据与现有标准指标值，对比国外火电厂耗水情况，我国火电机组单位发电耗水指标居于世界中间水平[5]，制约因素主要有以下几方面：1)取用水市场机制不完善、企业用水管理能力不强，用水设施老化，工艺落后，造成水复用率偏低；2)节水技术采用、开发与市场推广的实施力度有待提高；3)我国火电机组有半数以上采用湿冷，通常循环冷却耗水量为空气冷却的3.48倍～4.55倍，耗水量较大；4)应环境保护要求，目前我国南方一些地区，已对火电厂温排水进行系列限制，当这些地区火电机组用水冷却方式由直流冷却改为循环冷却后，火电机组耗水量随之增加(按目前直流冷却用水计量方式，采用直流冷却机组耗水量为循环冷却机组的20%～25%)。

3 结语

1)循环冷却机组整体控制水平较为接近，数据平均值基本上反映了机组整体运行水平。2)300 MW以下机组单位发电量取水量整体控制水平差异较大；部分机组耗水指标远超标准。3)随机组容量的增大，用水指标迅速降低，节水效果明显。4)空冷机组与循环冷却机组调查平均值低于定额标准，但仍高于节水标准，还有待进一步进行技术改造。