基于水平衡测试的火电厂节水改造及取得效益分析

赵晓波

（宁夏建设职业技术学院， 宁夏 银川 750021）

0 引言

当前世界各地水资源形势十分严峻，水资源短缺、污染程度高以及生态环境进一步恶化等问题日渐突出，已成为制约社会经济可持续健康发展的主要瓶颈[1]。电力工业是国民经济的基础产业，对水资源的需求量极大[2]。在火力发电过程中，水是传递能量、冷却和清洗的重要保障，是摆在电厂水务管理人员面前的一个现实而重要的课题[3]。因此，电厂水务管理者需要采取更加科学有效、更有针对性的节水手段，从技术和管理的角度多管齐下，提高用水管理的合理性和科学性，降低电厂的生产运行成本。

1 水平衡测试

1.1 宁夏某电厂水平衡测试

本次水平衡测试依据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》进行测定。以宁夏某电厂为例，2 台机组的发电总负荷基本稳定在661～667 MW 之间，达到设计负荷，满足水平衡试验对发电负荷的要求。试验过程中采取水表计法、容积法、超声波流量计法和统计法等测试方法。

1.1.1 化学制水系统

化学制水系统的主要工作就是将原水净化，从而形成除盐水，不断为整个火电厂的除盐水系统提供水源。化学制水系统示意图及水平衡试验数据结果见图1，图中数据均为水平衡试验期间的平均值。

图1 化学制水系统示意图（单位：m3/h）

由图1 可知，化学制水系统进口水流量、除盐水流量以及化学水处理过程中外排水总量分别为98.4 m3/h、70.4 m3/h 和28.2 m3/h，经计算，除盐水制水率为71.5%。

1.1.2 除盐水及机组汽水循环系统

除盐水及机组汽水循环系统示意图及水平衡试验数据结果见图2，图中数据均为水平衡试验期间的平均值。

图2 除盐水及机组汽水循环系统示意图（单位：m3/h）

由图2 可知，除盐水及机组汽水循环系统进口流量与除盐水及机组汽水循环系统用水总流量分别为70.4 m3/h、72.5 m3/h，计算可得系统水不平衡率为3.0%，在标准规定的±4%的范围内，说明除盐水及机组汽水循环系统进、出水流量处于基本平衡状态。

1.1.3 复用水系统

复用水系统是将废水处理系统回用水集中至清水池，经清水池泵供给机械通风冷却塔、脱硫系统用水及绿化用水。复用水系统示意图及水平衡试验数据结果见图3，图中数据均为水平衡试验期间的平均值。

图3 复用水系统示意图（单位：m3/h）

由图3 可知，复用水系统总进水量为128.7 m3/h，系统用水流量为125.7 m3/h，复用水系统不平衡率为2.33%，符合规定标准±4%，说明复用水系统进、出水量在平衡状态下。

1.1.4 循环水系统

循环水系统示意图及水平衡试验数据结果见图4，图中数据均为水平衡试验期间的平均值。

图4 循环水系统示意图（单位：m3/h）

1.1.5 生活水系统

生活水系统包括生活水池、生活水泵及各用户。生活水系统水平衡测试给水、排水及损耗明细见表1。

表1 宁夏某电厂水平衡测试给水、排水明细表

由表1 测量结果可知，测试期间电厂新鲜水用量、二次利用水量和循环水总量分别为382.4 m3/h、235.5 m3/h 和18 786.7 m3/h，经计算，各系统损耗水量为384.5 m3/h

1.1.6 脱硫用水系统

脱硫用水系统用水主要来自于机械通风冷却塔、工业蓄水池、中和池的水量，包括工艺水箱、脱硫系统用水、脱硫废水处理系统和干灰加湿用水等。脱硫用水系统示意图及水平衡试验数据结果见图5。图中的数据均为水平衡试验期间的平均值。

图5 脱硫用水系统（单位：m3/h）

从图5 可知，脱硫系统总补水量与总耗水量分别为249.3 m3/h、245.1 m3/h，经计算，脱硫系统水不平衡率为1.69%。在标准规定的±4%的范围内，说明脱硫系统进、出水量维持基本平衡状态。

1.2 测试结果评价

1）循环水蒸发、风吹损失率与排污损失率分别为1.4%、2.2%，排污损失率较高。

2）除盐水站产水率为71.5%，属正常范围。

3）厂区平均生活用水量达39.7 m3/h，在除去临时用水26.5 m3/h 之后，按照火电厂内共有固定人员800 人次进行计算，可以得出火电厂人均生活取水量为396 L/d。宁夏人均用水额度为154.10 L/d，对比可知，电厂人均生活耗水量处于较高水平。

4）火电厂锅炉排污水量为54.1 m3/h，电厂2 台锅炉的最大蒸发量为4 420 t/h。计算可得出锅炉排污率为1.23%，能够满足凝汽式电厂排污率1%～2%的规定。

5）脱硫系统损耗水量达197.9 m3/h，所损失的水量大约占比总损耗量384.5 m3/h 的51.5%，损失率与其他系统相比较高。经调取DCS 监控数据进行分析，其主要原因是脱硫系统排烟温度高于设计值约25 ℃，导致脱硫系统蒸发损失量过大，损耗水量也高于设计值。

2 节水改造策略

2.1 脱硫系统节水方案

一般而言，只要锅炉排烟温度升高15 ℃，锅炉热效率就会相对降低1%。如果将锅炉排烟温度降低30 ℃，锅炉的热效率则可以提高2%～3%以上。锅炉排烟温度降低，能够大幅度降低脱硫时因高温造成的水蒸发损失。电厂可以对系统进行技术改造，并制定切实可行的电厂2×660 MW 机组锅炉烟气余热再利用方案，在机组锅炉尾部烟道内分为高低温两段布置换热器，在电除尘入口处布置高温段一段，在引风机出口至脱硫前烟道之间布置低温段一段，吸收烟气余热，来加热凝结水，凝结水自轴加出口接出，按照一定分流系数，回水既可回至7 号低加出口，也可回到6 号低加出口，以保证在50%～100%负荷范围内连续进行烟气余热回收和防腐控制，实现节能节水的目的。

2.2 循环水系统节水方案

脱硫系统用水采用循环水系统排水，但因脱硫系统耗水量较大，造成装置循环水浓缩倍率仅为1.4 左右，不满足《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050—97）“敞开式系统循环冷却水的设计浓缩倍数不宜小于3.0”的要求。因此，应尽快实施机组锅炉烟气余热再利用项目，降低脱硫系统用水，提高循环水系统浓缩倍率，降低水资源浪费率。

2.3 生活用水节水方案

测试结果表明，电厂平均生活用水量为39.7 m3/h，去除临时用水26.5 m3/h 之后，按照火电厂内固定人员800 人次计算，人均生活取水量为396 L/d，相比于宁夏80～150 L/d 的人均用水定额指标，呈较高状态。电厂应加强生活用水管理，进一步降低生活用水消耗量。

3 结论

1）经过对宁夏某电厂主要处理系统的水量进行测试，并对测试结果分析可知，火电厂的供水系统不平衡率为2.4%，其他二级系统水平衡试验的不平衡率最高值与最低值分别为3.5%、2.3%，都可以满足一级水平衡的不平衡率≤±5%、二级水平衡的不平衡率≤±4%的要求，说明本次试验使用的测试方法与结果达到合理标准。

2）水平衡测试表明，电厂复用水率、脱盐水出水率和锅炉排污率等均符合相关指标要求，用水水平较高。

3 火电厂水平衡测试在满负荷生产状态下进行，新水用水量达382.4 m3/h，相比于设计用水量指标471 m3/h，降低了88.6 m3/h。如果按照设计年生产时间为6 500 h 计算，新水用水量相比于设计用水量，每年可减少约57 万m3。

4）鉴于生活及脱硫系统的不合理用水，电厂应尽快对其加强管理及技术改造，提高水资源利用率。

5）预计节水工程全部实施后，将减少新鲜水取用量约60 万m3，具有显著的经济效益和社会效益。