水系统分级建模与节水减排实践

李怀忠

摘 要：随着国家对减排环保工作力度的不断加大及相关政策、法规的密集出台，减排环保进入了新时代，燃煤电厂节水减排压力前所未有。胜利电厂通过开展了节水减排专题研究，对全厂生产水网系统进行全面的调查研究，在摸清全厂各专业、各系统用水量、耗水量、水质要求、相互关系的基础上，建立胜利电厂生产水网系统按质分级模型、分级管控，明确节水实施改造对象、制定改造联通方案计划，指导系统改造和科学调度优化运行，实现了按质利用、梯次利用、回收循环再利用，减少了水耗和外排量，使发电水耗由2010年的3.59kg/kW？h下降到2018年的1.997kg/kW？h，创出了历史新高，在中石化集团公司所管辖的电厂中达到领先水平，在国内同类机组电厂中处于先进水平。

关键词：燃煤电厂;节水减排;分级建模;分级管控;梯次利用;循环利用;数字化水网

一、前言

胜利发电厂是胜利油田的自备电厂，担负着油田生产、生活用电和集中供热任务，装机总容量1700MW，供热面积2360万平方米，员工总数1643人。截至目前，累计发电1200亿kW？h，供热8000万吉焦，节省外购电成本300亿元，成为胜利油田安全可靠的“电力之源”、温暖民生的“热力之源”、指标过硬“效益之源”。

近年来，国家、地方、电力行业针对燃煤电厂节水及达标排放管理的法规、规范、标准密集出台，减排环保工作步入新时代。特别是燃煤电厂发电生产成本不断上升，各项不利因素累积叠加，致使发电成本不断上升，逼迫胜利电厂的节水减排工作从最初的大量废水外排的粗放管理阶段到治理跑冒滴漏的初级管理阶段后，亟待进阶为优化配置、分级管控、梯次利用、循环利用的深度节水阶段。

二、水系统分级建模

1、水系统分级建模的内涵和原则

节水减排降耗研究的内涵是在摸清全厂各专业、各系统用水量、耗水量、水质要求、相互关系的基础上对水系统分级建模、分级管控，目标是降低发电水耗，最终达到污水的近零排放。因此水系统分级、建模、管控时，遵循以下4项主要原则

第一，全面覆盖原则。即建模时应包含全厂水系统的每一个子系统，覆盖率达到100%。

第二，水质适用原则。依据《火力发电厂节水导则》（DL/T 783-2001）要求，火力发电厂各系统的排水，应按照 “清污分流”的原则分类回收和重复利用。水质、水温能满足生产工艺要求的应直接复用，水质或水温不能满足生产、生活要求的宜经过处理或降温后再利用。

2、按质分级改造水网系统

为了实现生产水系统按质分级管控优化配置科学调度节水管理流程图投入实际运行，先后实施 “一二期循环水排污至三期原水池，处理为清水后替代部分#5机循环水”、“一二期生活污水至二期生活废水处理车间处理为回用水，作为二、三期机组循环水使用”、“一二期工业污水至二期工业污水处理车间处理为回用水，作为二、三期机组循环水使用”、“三期清水回用至一二期脱硫冷却水、空压机冷却水”、“含煤废水回收，经沉淀处理后重复使用”等十多项水网系统优化配置改造。

三、水系统节水减排实施

1、梯次利用

胜利电厂按照水系统分级原则，针对各级用户对水质的不同要求及各级用户排放的废水指标开展研究，与合适用户重新匹配，实现了水库来补水、工业废水及生活污水、#1～#4冷却塔排污水、脱硫及空压机系统冷却水排水、脱硫工艺水补水、脱硫废水等从优到劣的水资源梯次利用。

（1）辛安水、耿井水梯次利用

辛安水、耿井水作为水库来水，水质较好，满足化学一、二期水处理制水补水要求。同时作为少量转机设备的冷却水及全厂消防用水水源，循环后全部回收到工业废水池。

（2）一期工业废水、生活废水及雨水梯次利用

按照当地政府要求，一期工业废水、生活废水不能直排至灰场或厂外，必须回收利用。因此对一期燃料污水泵房工业污水池、生活污水池進行彻底隔离，分别布设DN200碳钢管线，经工业污水泵、生活污水泵输送至二期污水池，再经工业污水处理设施、生活污水处理设施进行处理，回收至二期回收水池，经回用水泵输送至#3、4机水塔，作为水塔补充水使用，实现再利用。并增设阀门组，实现两条管线定期切换运行。

（3）一、二期循环水排污水梯次利用

循环水补水进入系统后，即成为了电厂循环水，随着冷却塔不断蒸发散热，系统中保有水量逐渐浓缩，水的浊度和氯离子含量增加，水质逐渐劣化，对机组循环水系统，尤其是凝汽器腐蚀损坏增强。

胜利电厂一期机组凝汽器管材为HSn70-1B，二期机组凝汽器管材为S34608，为了保证循环水系统设备运行安全，采用在循环水中投加缓蚀剂、对凝汽器铜管进行硫酸亚铁造膜及在凝汽器中采用牺牲阳极保护的方式，达到了提高凝汽器铜管的抗腐蚀能力的目的。

（4）三期清水的梯次利用

胜利电厂脱硫区域设备冷却水和空压机冷却水一直使用水库来水即一级水，流量在200 m3 /h左右，消耗大量工业水。三期清水池来水水源主要由：一、二期工业废水、生活废水经处理后来水，一、二期水塔排污水，新安原水补充水。

（5）脱硫废水梯次利用

为维持脱硫装置循环系统物质平衡，脱硫系统须排放一定量的废水。脱硫废水成分复杂，主要包括悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属，其中很多是国家环保标准要求严格控制的第一类污染物。脱硫废水已不可回收利用，胜利电厂未将其简单外排，而是继续利用，首先作为锅炉干渣、干灰外运时拌湿使用，防止拉运时扬尘，其次与干灰按1：3比例混合制作成粉煤灰浆，作为营海建材制砖原料。

2、循环利用

胜利电厂按照水质分级原则，将灰场存水、含煤废水列入不再进行梯次利用的废水等级，通过系统改造，使这部分废水形成独立的闭式循环系统，强化其功能性，使之重复进行灰渣系统、输煤系统冲洗，同时控制其他水源进入该系统，从而形成了闭式循环的运行方式，达到废水通过煤场、灰场蒸发实现自然消耗的目标。

（1）灰场回收水循环利用

灰场回收水经雨水稀释后，氯离子含量2000mg/L、硬度30mol/L左右，通过四台灰场回收水泵送回厂内，总量约670 m3/h，替代一、二期锅炉冲灰、冲渣、水封用水。

（2）含煤废水的循环利用

胜利电厂输煤系统冲洗，每天约产生200 m3含煤废水，这些废水排入电厂水处理系统后，将会污染电厂工业用水1200 m3，一方面造成资源浪费，另外排到灰场造成环境污染。

四、水系统分级建模与节水减排研究取得的成效及推广价值

1、形成了完善的水系统按质分级管控模型

胜利发电厂通过开展节水降耗管理研究以来，在摸清全厂各专业、各系统用水量、耗水量、水质要求、相互关系的基础上，对水网系统分级分类、优化配置、分级管控、合理调度和技术改造等一系列技术和管理措施，逐渐形成了“依质应用、梯次利用、循环利用、用排平衡”的“大格局全覆盖绿色水网”，彰显了独特的发电用水、排水模式，成绩斐然。

2、节水效果明显，创造显著经济效益

对标国家四部委下发的《重点工业行业用水效率指南》要求，根据发电水耗先进值加权计算， 2018胜利发电厂年一、二、三期机组发电总取水量为1618万m3，而实际总耗水量为1577万m3，低于国家规定指标，全厂基本上实现了废水的近零排放。全厂发电水耗由2016年的2.34kg/kW.h，同比降至1.9971kg/kW.h（2019年1-8月底，又降至1.881kg/kW.h）。

3、节水管理推广价值广泛

燃煤电厂的原料主要是煤和水，生产实质是对煤和水的加工，既是发电供热的产能大户，也是耗水和废水排放大户，节水与减排、降耗、节电、增收节支息息相关。