燃气电厂水平衡测试及节水建议

张志国，邓瑞霞，郝同杰

(1.国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心，郑州 450001； 2.国家电投集团新乡豫新发电有限责任公司，河南 新乡 453011)

0 引言

水平衡测试是研究水系统的输入、输出和损失之间的平衡关系，是做好节水工作、实现科学、合理用水管理的一项基础性工作。通过对电厂各类取、用、排、耗水的水量及水质进行测定，摸清用水、排水的现状，合理评价当前的用水水平，找出节水潜力，优化用水系统[1]。火电厂作为耗水大户，水资源是其生产和发展中最为关切的问题之一。随着国家对节水、用水管理的重视与加强，新的节水技术推广应用和不断改进，火电厂包括燃气电厂做好水务管理，降低单位发电取水量，将会具有非常重要的现实意义。

某燃气电厂建设2×390 MW级单轴燃气-蒸汽联合循环机组，于2007年正式投产。锅炉采用三压、再热、无补燃、自然循环、卧式余热锅炉，汽轮机为上海电气-SIEMENS生产的轴向排汽双流程表面式汽轮机，与燃气轮机匹配组成燃气-蒸汽联合循环发电系统。水系统由循环水、化学水处理、生活水和消防水等系统组成。循环水和消防水系统水源为中水(备用水源为黄河水)，化学水处理和生活水系统水源为城市自来水。为了掌握用水现状，寻找节水潜力及将来实施零排放准备,该厂进行了水平衡测试工作。

1 燃气电厂水平衡测试

1.1 水平衡测试的原则及依据

水平衡测试依据DL/T 606.5—2009《火力发电厂能量平衡导则第5部分：水平衡试验》(以下简称DL/T 606.5—2009)、DL/T 1052—2016《电力节能技术监督导则》(以下简称DL/T 1052—2016)和电厂各水系统设计资料。测试时选择在常规工况下进行，且运行机组的发电负荷稳定在全厂总装机容量的80%以上[2-3]。

1.2 水平衡测试项目及内容

水平衡试验的测试内容如下：各系统各部分水量的测定；电厂总取水量、总用水量、复用水量、循环水量、消耗水量的测定；电厂废、污水处理系统、全厂总排水量、回收利用水量的测定；计算电厂复用水率、循环水率、损失水率和循环水浓缩倍率；计算电厂发电取水量、单位发电取水量。按用途和流程把全厂水系统分成6个子系统，分别是#1机组循环水系统、#2机组循环水系统、化学除盐水系统(含热力系统)、生活水系统、消防水系统以及其他杂用水系统。

表1 全厂各主要用水系统用水情况统计Tab.1 Statistics of water consumption of major water systems in the plant

图1 某燃气电厂水平衡(m3/h)

Fig.1 Water balance in a gas-fired power plant (m3/h)

1.3 水平衡测试方法

水平衡测试期间，部分被测系统上有计量表的，经过比对确认指示准确直接抄表记录。部分被测系统上无计量表可使用便携超声波流量计测定流量。被测系统上既无流量表，又无法使用便携超声波流量计测定的，通过间接测量计算出流量数值。少部分流量不稳定且较小的，可采用容积法折算成小时平均流量。

2 水平衡测试结果

经过对全厂6个子系统的现场测试，对测试数据处理后，按照实际取水、用水、排水等情况完成了各主要用水系统用水情况统计，见表1。根据各子系统用水来源、类别及名称、简单工艺流程和流向绘制出全厂水量平衡图，如图1所示。

3 结果评价及各系统用水分析

测试期间，2台机组平均发电负荷为641.8 MW，约占全厂总装机容量的82.9%，满足试验发电负荷要求。从表1数据分析知：该燃气电厂的新鲜取水量与总耗、排水量之和基本平衡，水量不平衡率全厂范围在±5%以内，符合标准DL/T 606.5—2009的要求。全厂平均发电取水量为1 000.100 m3/h，依据平均负荷计算得出全厂平均单位发电量取水量为1.56 m3/(MW·h)，优于GB/T 18916.1—2012《取水定额 第一部分 火力发电》标准中300 MW级单位发电量取水量2.75 m3/(MW·h)；复用水率为97.8%，符合标准DL/T 1052—2016全厂复用水率不低于95%的要求；循环水排污水约376.00 m3/h直接外排，没有开展回用，明显不符合DL/T 1052—2016内循环水回收利用率应大于90%的要求。

3.1 循环水系统

2台机组循环水系统排污水量分别为178.00 m3/h和198 m3/h，排污量较大。循环水平均浓缩倍率约为2.24和2.27，标准DL/T 1052—2016中规定采用地表水、地下水或海水淡化水作为补充水，浓缩倍率不小于5.0，浓缩倍率与之相比较低，导致循环水排污量较大。

3.2 生活水系统

全厂生活水用量约6.50 m3/h，按厂内职工共200人计算，人均生活取水量为0.03 m3/h，对比同等规模火力发电厂人均生活用水量(0.01～0.02 m3/h)指标，人均生活取水量偏大。产生的生活污水经地埋式一体化生活污水处理系统处理后外排至城市污水管网，流量为5.00 m3/h。

3.3 消防及其他杂用水系统

消防水系统补水量为2.60 m3/h，存在没有火警使用消防水的情况。其他杂用水系统包括绿化用水等杂用水。净补水量为3.00 m3/h，来源为生活用水1.00 m3/h和消防水池2.00 m3/h，存在浪费水资源现象。

3.4 除盐水系统

化学车间废水约32.10 m3/h、锅炉化学取样水约0.60 m3/h、机房凝结水泵密封水和真空破坏阀密封水0.50 m3/h、定冷水箱溢流水0.40 m3/h都排至雨水系统，没有进行分类综合利用，最终与循环水排污水一并排至厂外城市雨水管网。

4 节水措施及建议

循环水排污水量大，是2台机组循环水浓缩倍率偏低导致的，应适当提高循环水浓缩倍率。该燃气电厂凝汽器材质为TP316，循环水处理方式为加阻垢剂、硫酸联合处理，现有阻垢性能动态模拟试验结果建议运行浓缩倍率不超过3.5。循环水补充水全分析显示总硬度(以碳酸钙计)达560 mg/L，未经任何预处理直接补进水塔，限制了浓缩倍率的提高。建议新建预处理系统对补充水进行处理，降低补充水中的致垢性离子浓度，提升循环水浓缩倍率。如提高浓缩倍率至4.5，可减少新鲜取水量和外排废水量约260.00 m3/h[4]。

做好废水的分类综合利用。水处理工艺为全膜法，大部分水质较好，针对该燃气电厂未建设废水处理系统，建议将盘式过滤器冲洗水、超滤浓水、超滤反洗水、一级反渗透冲洗水、电去离子(EDI)极水等化学废水回收至循环水系统；把锅炉化学取样水、机房凝结水泵密封水和真空破坏阀密封水回收至循环水系统；综合利用处理后的生活污水，将其作为绿化用水或者循环水系统的补水。通过上述方式可减少新鲜取水量及外排水量约18.00 m3/h。

做好用水精细化管理。杜绝定冷水箱溢流现象和消防水系统非正常使用；加强生活水用水管理，普及节约用水理念，避免浪费和不合理用水。

5 结束语

通过本次水平衡测试，基本厘清了该电厂取水、用水、排水、耗水的情况，针对厂内用水现状，提出了针对性的节水建议。该燃气电厂节水的关键在于降低循环水排污量及化学车间废水综合利用率。减少循环水排污量，可通过新建可靠、可行的循环水补充水预处理系统提高循环水浓缩倍率来实现。实施后，单位发电用水量可降至1.13 m3/(MW·h)，大大提高水务管理水平，随着水资源费的上涨和环保政策的收紧，节水效益将会更加明显。