火电厂水效领跑者指标标杆标准分析

(1.南京市长江河道管理处，江苏 南京 210011；2.南京市水务局，江苏 南京 210036)

我国城市用水中，工业用水量占比超过70%，随着经济的发展，工业用水比例还会增大，工业节水对于水资源的保护具有重要意义。电力行业是关系国计民生和社会发展的重要的基础产业，目前我国电源结构中仍以火电为主[1]。火力发电是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸汽，再由水蒸汽推动发电机来发电的方式的总称[2]。根据行业统计数据，全国火电用水量占工业用水量的40%，年排放工业废水约占全国工业排放量的10%。火电行业是我国节水减排和节能降耗的重点行业，随着水资源的短缺、水价和排污费的提高，火电厂水效提升问题已成为当务之急。

水效领跑者是指在同类可比范围内水资源利用效率处于领先水平的企业或单位[3]。开展水效领跑者行动可以推进行业节水减排，提高水资源利用效率。由于不同企业间用水效率不同，必须在行业内建立水效标杆[4]。本文选取典型火电厂为例，构建火电厂水效标杆，将其作为火电厂水效状况评估的标准，为火电行业水资源管理目标设定提供参考依据。

1 火电厂用水特征分析

火电厂主要用水系统包括循环冷却水系统、锅炉补给水系统、脱硫(脱硝)用水系统、除渣除灰及灰场喷洒用水系统、煤场冲洗及喷洒用水系统和厂区生活消防及绿化用水系统等6个用水系统。其中，循环冷却水系统在电厂耗水总量中占了很大比例。火电厂生产用水主要包括循环冷却用水、工业冷却用水、化学系统用水、脱硫脱硝用水、除渣除灰用水等。

火电厂间用水量差异较大，根据火电产业分类，燃料、冷却方式、装机规模大小的不同对用水均有影响，且随季节变化而变化。

2 火电厂水效指标体系

在相关标准、规范给出的水效指标基础上，通过文献查阅、实际调研等方法，结合火电行业用水特征和水资源利用特点，针对火电厂用水、排水特性，选取适于火电厂的用水、耗水指标。

2.1 火电厂供水水效指标

a.单位发电量取水量：火力发电企业生产发电需要从各种常规水资源提取水量。计算公式见式(1)：

(1)

式中Vui——单位发电量取水量，m3/(MWh)；

Vi——在一定计量时间内，生产过程中取水量总和，m3；

Q——在一定计量时间内的发电量，MWh。

b.全厂复用水率：在生产过程中使用2次及以上的水量(包括循环水量、串用水量和回用水量)占总用水量的比例。计算公式见式(2)：

(2)

式中 Ø——全厂复用水率，%；

Qf——全厂复用水量，包括循环水、串用水和回收利用水量，m3；

Qz——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，不包括厂外生活区用水量，m3。

c.循环冷却水浓缩倍数：循环冷却水系统在运行过程中，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩的倍率(以补充水作基准进行比较)，是衡量水质控制好坏的一个重要综合指标。一般是根据循环水中某一种组分的浓度或某一性质与补充水中某一组分的浓度或某一性质之比来计算的。计算公式见式(3)：

(3)

式中C循——循环水中某一组分的浓度；

C补——补充水中某一组分的浓度。

d.全厂补水率：全厂补水率是指补入锅炉、汽机设备及其热力循环系统和其他生产用除盐水的总量占锅炉实际总蒸发量的比例(全厂补水率=生产补水率+辅助生产补水率)。计算公式见式(4)：

(4)

式中Lqc——全厂补水率，%；

Dqc——全厂补水总量，m3；

∑D——锅炉总蒸发量，m3。

e.灰水比：灰水比是燃煤火电厂用水送灰的一个指标。常用质量比和体积比2种方式表示，计算公式见式(5)：

(5)

式中Azl——灰、渣与水的重量比；

Szl——水力输送灰、渣时的用水量；

Hzl——水力输送灰、渣重量。

2.2 火电厂耗排水水效指标

a.单位发电量废水排放量：燃煤发电企业每发1kWh千瓦时电能(含供热折算部分)所排放的废水数量，用来反映废水排放强度。计算公式见式(6)：

(6)

式中GPSfs——单位发电量废水排放量，kg/(kWh)；

Qfs——废水排放量，t；

Wf——发电量，kWh。

b.全厂汽水损失率：全厂锅炉、汽轮机设备及热力循环系统由于泄露引起的汽、水损失量占锅炉实际总蒸发量的比率。计算公式见式(7)：

(7)

式中Lqs——汽水损失率，%；

Dqs——全厂汽水损失量，m3；

∑D——锅炉总蒸发量，m3。

其中：

Dqs=Dfd-(Dwq+Dzy+Dws+Dca)+Dpw

式中Dwq——对外供汽量，m3；

Dzy——热力设备及其系统自用水量，m3；

Dws——对外供水量，m3；

Dca——锅炉吹灰用汽量，m3；

Dpw——锅炉排污水量，m3；

Dqs——外部回到热力系统的水量，m3。

c.废水回收利用率：在生产过程中，回收利用的废水总量占电厂产生废水总量的百分比。公式见式(8)：

(8)

式中Kf——废水回收利用率，100%；

Qfsd——全厂回收利用的废水总量，m3/h；

Qfs——生产过程中产生废水总量，m3/h。

d.锅炉排污率：锅炉排污(包括锅炉化学清洗排水、空预器冲洗排水等)占锅炉总蒸发量的比例。计算公式见式(9)：

(9)

式中Lpw——锅炉排污率，%；

Dpw——锅炉排污水量，m3；

∑D——锅炉总蒸发量，m3。

3 火电厂水效指标标杆标准分析

3.1 典型火电厂水平衡测试资料分析

华能南京金陵发电有限公司位于南京市栖霞经济开发区，北临长江。该厂于2013年被评为江苏省节水型企业，节水工作颇具成效，单位发电量取水量为0.24m3/MW·h，远低于单位发电量取水定额0.46m3/MW·h的行业标准，单位产品取水量达到了国内同行业的领先水平，因此选取该厂作为火电厂水效领跑者的典型案例进行分析。

华能南京金陵发电有限公司二期工程(2×1030MW)燃煤机组水源直接取自长江，通过循环水泵升压后送入循环水母管供二期用户，一部分至凝汽器和闭冷器冷却换热后即直接排回长江；另一部分则经原水升压泵输送至净水站和补给水处理系统，经过各水处理系统处理后分别进入工业、化学、消防、生活水池和除盐水箱，再供给不同的设备。凝汽器循环冷却水和开式循环冷却水回水排放至长江；经处理达到排放标准的化学废水串用于脱硫系统；雨水和部分冲洗水收集至雨水井，通过雨水泵排放。

根据其水平衡测试结果，该厂取自长江的水量为2246000m3/d，其中用于生产和生活的原水为10719m3/d，用于直流冷却水的水量为2235281m3/d。机组直流冷却水使用后仅水温有所升高，无污染物产生，不作为废水。因此在全厂水平衡中不计入取用水量。根据测试及汇总，二期燃煤机组从循环水进水管抽取来自长江的新鲜水为10719m3/d；总用水量1756794m3/d；复用水量为1746075m3/d；废水总量为4710m3/d(包括脱硫废水和工业废水)；全厂总消耗水量为10210m3/d；总排放水量为509m3/d(均为各种冲洗用水)；所有废水全部回收利用。二期燃煤机组的水平衡测试与统计数据汇总(详见表1)。

3.2 火电厂水效指标标杆标准

3.2.1 火电厂供用水水效指标领跑值分析

通过对华能金陵二期火电厂水平衡测试结果相关数据进行整理分析，并应用式(1)～式(5)对相关指标进行分析计算，得出华能金陵二期火电厂供用水水效指标值。以《重点工业行业用水效率指南》数值指标为参考，建立火电厂供用水水效指标领跑值(详细数据见表2)。

表1 水平衡测试与统计数据汇总 单位：m3/d

注*根据《取水定额 第1部分：火力发电》(GB/T18916.1—2012)，循环冷却机组中，600WM级及以上、300WM级、<300MW级单位发电量取水量定额分别为2.40m3/(MW·h)、2.75m3/(MW·h)、3.20m3/(MW·h)，直流冷却机组分别为0.46m3/(MW·h)、0.54m3/(MW·h)、0.79m3/(MW·h)，空气冷却机组分别为0.53 m3/(MW·h)、0.63m3/(MW·h)、0.95m3/(MW·h)。

3.2.2 火电厂耗排水水效指标领跑值分析

通过对华能金陵二期火电厂水平衡测试结果相关数据进行整理分析，并应用式(6)～式(9)对相关指标进行计算，得出华能金陵二期火电厂耗排水水效指标值。以《重点工业行业用水效率指南》数值指标为参考，建立火电厂耗排水水效指标领跑值(详细数据见表3)。

注**《电力行业(燃煤发电企业)清洁生产评价指标体系2015》I级基准值规定单位发电量废水排放量为0.15kg/(kW·h)。

3.3 火电厂节水潜力分析

通过表2和表3可以看出：全厂复用水率、全厂补水率、废水回收利用率水效领跑取值与国际先进水平相近；但单位发电量耗水量、单位装机容量取水量、循环冷却水浓缩倍率、单位发电量废水排放量、锅炉排污率取值为国内领先水平，与国际先进水平还有差距，节水空间大，具有较大的节水潜力。

火电厂的节水主要从用水和排水2个方向来实现：ⓐ采用节水型的系统，从循环冷却水系统损失、除灰系统用水和循环水排污3个系统着手，减少新鲜水用量，实现节约用水；ⓑ废水处理回用，根据实际情况对电厂的废水进行处理，充分回收各种废水，提高水的重复利用率。

4 结论与建议

本次分析研究了我国火电厂水资源的取用耗排现状，通过对华能南京金陵发电有限公司二期2×1030MW燃煤机组水平衡测试结果进行分析，阐明了火电厂水资源利用的特点，通过对火电厂各类水效指标的研究，分析了火电厂节水潜力。主要得出以下结论：

a.火电厂供用水水效代表性指标共5项，核心指标1项，为单位发电量取水量。根据单机容量与机组冷却形式的不同，指标的水效领跑值有所差别，单机容量600WM级及以上、300WM级、<300MW级的循环冷却机组单位发电量取水量水效领跑值分别为1.49 m3/(MW·h)、1.55 m3/(MW·h)、1.70m3/(MW·h)，以上3种单机容量直流冷却机组的单位发电量取水量水效领跑值分别为0.29m3/(MW·h)、0.30 m3/(MW·h)、0.36m3/(MW·h)，单位发电量取水量水效领跑值分别为0.31 m3/(MW·h)、0.32 m3/(MW·h)、0.39 m3/(MW·h)；其他4项供用水水效指标为辅助性指标：ⓐ全厂复用水率，125MW及以上机组领跑值为95%，严重缺水地区125MW及以上机组领跑值为98%；ⓑ循环冷却水浓缩倍率指标领跑值为3～5；ⓒ全厂补水率指标领跑值为1.9%；ⓓ灰水比领跑值为1∶3。

b.火电厂排水水效代表性指标共4项，核心指标1项，为单位发电量废水排放量，领跑值为0.11kg/(kW·h)。其他3项排水水效指标为辅助性指标：ⓐ废水回收利用率领跑值为95%；ⓑ全厂汽水损失率指标分为200MW及以上机组、100MW-200MW机组、100MW以下机组，领跑值分别为小于锅炉额定蒸发率的1.5%、2.0%、3.0%；ⓒ锅炉排污率指标领跑值为0.93。

c.上述火电厂水效跑者水效指标标杆标准发展水平存在差异，与国际先进水平还有差距。因此我国火电厂在用水与排水方面还存在较大的节水潜力，采用空冷机组、气力除灰、高浓缩倍率循环技术等节水措施，进一步提升水效指标值。