大型直流冷却火电厂用水特征分析

胡 培，邱颂曦，张敏兰

(1.广东省水利水电科学研究院，广州 510635；2.河口水利技术国家地方联合实验室，广州 510635)

火电厂用水量巨大，是我国工业用水的需求大户，约占工业用水需求的40%[1-2]。火电厂根据冷却方式分为直流式冷却火电厂和循环式冷却火电厂，其中，直流式冷却火电厂通过管道将冷水直接引入电厂，冷却机组后又将热水直接排入水源，该类电厂取水、退水量大[3]。水资源短缺已经成为制约我国经济社会发展的重大瓶颈[4]，对作为工业用水大户的直流冷却火力发电厂，分析其用水特征及节水潜力，愈发紧迫[5-6]。

本文以中山嘉明电力有限公司为例，结合电厂水平衡测试相关成果，分析大型直流冷却火电厂用水工艺，确定取用耗排水量及特征，推算企业各项用水技术指标，分析节水潜力，提出节水措施，为其他直流冷却火电厂节水改造提供借鉴和参考[7-8]。

1 电厂概况

中山嘉明电力有限公司(以下简称嘉明电厂)位于中山市火炬开发区，成立于1994年。1997年8月和1997年12月，公司两台125 MW燃油汽轮发电机组(一期工程机组)相继投入商业运行，因排放工艺等因素，一期工程机组已于2011年停产。为进一步实现可持续发展战略，公司二期工程装备两套390 MW燃气-蒸汽联合循环发电机组，分别于2009年5月和11月投入商业运行。三期工程装备3套460 MW燃气-蒸汽联合循环热电冷联产机组，分别于2014年6月、8月和12月投入商运[9]。

嘉明电厂目前在运机组总装机容量216万kW(一期1#、2#机组停用，二期3#、4#2台39万kW机组；三期5#、6#、7#、8#、9#、10#3套46万kW机组)，年发电能力约120亿kW/h(年发电能力可满足中山市40%的用电需求)。

嘉明电厂取水包括地表水(咸淡水)和市政自来水，地表水取水口设置于厂区正对的横门南汊岸边二期、三期各有一座取水系统；市政供水入口位于公司厂区正门的西侧围墙旁，配备有1个一级计费总水表，经DN200水管向厂区供水(取水水源及计量情况见表1)。

表1 嘉明电厂取水水源及计量情况

2 用水系统

嘉明电厂主要用水系统包括：直流冷却水系统、沉淀池系统、工业水系统、除盐水系统、机组用水系统、生活水系统、绿化用水系统、污水处理系统(见图1所示)。

图1 中山嘉明电力有限公司用水系统示意

直流冷却水系统：电厂二期、三期工程均采用扩大单元制直流冷却供水方式，供水系统流程为：取水头部→自流引水管→进水前池→循环水泵房→压力进水管→凝汽器→压力排水管→虹吸井→排水暗沟→排水口。

沉淀池系统：二期、三期循环泵房从河道取水后，大部分用于凝汽器及热交换冷却后排至河道，剩余部分进入沉淀池系统，经沉淀处理后，进一步向工业水系统、除盐水系统、生活水系统供水。

工业水系统：二期沉淀池处理后，进入工业水系统，厂区工业水用于二期、三期循环泵房水泵轴承冷却和机组锅炉定排废水冷却，冷却后排入循环水排水母管。

除盐水系统：三期沉淀池处理后，进入化学水处理间处理制除盐水，经除盐水储存罐后供二期、三期机组用水。

机组用水系统：二期工业水池、三期除盐水箱水量根据需求进入机组用水系统，主要用于各机组锅炉补水、闭式水补水和汽机补水，使用后废水与工业废水一起排放。

生活水系统：厂区内生活用水来自生活水池及市政自来水，其中，市政自来水主要用于全厂饮水机供水及部分区域的办公、厕所、冲洗用水。

绿化用水系统：厂区绿化面积较大，约为256 000 m3，绿化水主要来自厂区内原水蓄水池、污水回用水池和市政供水系统。

污水处理系统：嘉明电厂废污水主要为除盐水制水浓水、余热锅炉定期排污水、汽机废水、含油污水、生活污水等。电厂建有工业废水处理设施、生活污水处理设施，以及2×2 000 m3的废水贮存池，废污水达标处理后，除了锅炉排污水随循环水排水混合后排放，剩余部分回用于工业水系统、绿化用水系统。

3 水平衡测试

1) 计量设施安装

利用厂区内现有运行水表进行计量测试，按三级计量全覆盖的要求，对未安装水表的车间、主要设备加装机械水表或超声波流量计，测试期间新加装机械表19个、超声波流量计24个。

2) 测试周期

测试采用一次平衡法，电厂生产过程连续，一般不会出现长时间停工停产以及停止用水的现象，用水过程稳定，根据实际情况选取2022年7月16日至23日为测试周期。

3) 测试内容

按用水单元系统，自上而下测试其水量参数(新水量、循环水量、串联水量、耗水量、排水量、漏失水量)，并按要求测试水质和水温参数[10]。

电厂水平衡测试结果见图2。

图2 中山嘉明电力有限公司水平衡示意(单位：m3/d)

4 用水特征分析

4.1 取用耗排水量分析

1) 取水量

测试期内，嘉明电厂平均取水量为1 245 535 m3/d，其中，地表取水(横门水道)1 245 485 m3/d，市政自来水取水50 m3/d。

2) 用水量

测试期内，电厂平均用水量为1 582 135 m3/d，其中，直流冷却系统用水1 240 056 m3/d，占比78%，是电厂主要的用水系统。

3) 耗水量

测试期内，电厂平均耗水量为892 m3/d，其中，厂区绿化耗水量为418 m3/d，占比47%，是厂区主要的耗水对象。

4) 退水量

测试期内，电厂平均退水量为1 243 956 m3/d，其中，直流冷却系统取水用于冷却后，直接排放，没有消耗水量，退水量为1 240 056 m3/d，占电厂退水总量的99.7%，是主要的退水对象。

5) 其他水量

包括外供蒸汽量589 m3/d，以及平衡差98 m3/d。

4.2 用水指标分析

1) 单位发电量取水量

测试期间，扣除直流冷却系统取水(1 240 056 m3/d)和外供蒸汽水量(589 m3/d)，计算得到电厂日取新水量为4 890 m3/d，统计测试期间电厂日均发电量为15 971 MW，则单位发电量取水量为0.31 m3/(MW·h)，低于《广东省用水定额》(DB44T/1461.2-2021)和《取水定额 第1部分：火力发电》(GB/T 18916.1-2021)通用值标准[0.40 m3/(MW·h)]，但是，与先进值标准[0.20 m3/(MW·h)]仍有一定的差距.

2) 用水重复利用率

测试期间，电厂平均用水量为1 582 135 m3，平均每天复用水量(包括循环水量、串用水量、回用水量)为1 576 656 m3，则计算得到电厂的用水重复利用率为99.7%，满足《节水型企业评价标准》(粤水资源函〔2018〕1889号)用水重复利用率不小于80%的要求。

3) 综合漏失率

根据水平衡测试结果，电厂漏失水量主要发生在直流冷却系统外的其他供水系统中，测试期间，扣除直流冷却系统，其他用水系统一级计量水量为5 479 m3/d，二级计量水量为5 381 m3/d，漏失水量为98 m3/d，漏失率为1.79%，满足《节水型企业评价标准》(粤水资源函〔2018〕1889号)综合漏失率不大于5%的要求。

4) 绿化用水量

测试期间，厂区日均绿化用水418 m3/d，均为厂区内再生水；嘉明电厂厂区绿化面积约为256 000 m2，则绿化日均用水为1.63 L/(m2·d)，低于《广东省用水定额》(DB44T/1461.2-2021)通用值标准[2.0(L/m2·d)]。

5) 人均生活用水量

测试期间，厂区内办公、生活日均取水量为98 m3/d，厂区有职员工300人，后勤、安保、消防约200人，第三方技术人员作业，约500人，则人均生活日取水量为98 L/d，低于《广东省用水定额》(DB44T/1461.2-2021)通用值标准(38 m3/a，换算日用水为104 L/d)。

电厂用水指标评价结果见表2。

表2 嘉明电厂用水指标评价

5 节水措施分析

根据电厂计量情况分析，电厂常用计量设备主要设置于取水头部和主要用水设备上，仍未能实现三级计量全覆盖。建议电厂按要求配置完善计量设施，以便运行人员对全厂水系统的运行情况进行监测，随时掌握系统中各处的水量，根据节水的要求进行有效控制。对现有流量计进行定期校准，主要用水设备可加装计量设备，以便更科学地分析用水量，监控用水异常，及时做好设备维护。

根据水平衡测试结果，电厂单位发电量用水量未能满足先进值标准，仍有一定的节水潜力，其中，厂区除盐水制水效率为56%，制水效率偏低。除盐水系统是电厂重要的用水系统，建议结合用水水质情况，回收除盐水超滤装置制水后的退水，用于工业用水或冷却用水，减少新水取水量。

同时，建议加强电厂水务管理工作。逐步制定用水管理规定，建立各主要系统的用、排水量台帐，及时发现、消除电厂的非正常用水。对全厂水系统管网进行统一清查，完善管段标识，杜绝全厂因非正常运行或操作问题导致的跑、冒、滴、漏和溢水等现象。

6 结论

1) 以嘉明电厂为案例，结合其开展的水平衡测试成果，分析大型直流冷却火电厂取用耗排水工艺流程，明确各用水系统水量特征，为企业建立用水档案、制定节水措施、进行用水指标考核、开展节水型企业建设等提供了技术支撑，为水行政主管部门进行用水管理、开展取水许可审批提供了重要依据[11-12]。

2) 大型直流冷却火电厂用水系统主要包括直流冷却水、沉淀池、工业水、除盐水、机组用水、生活水、绿化用水及污水处理系统。根据嘉明电厂水平衡测试结果，直流冷却用水占比78%，直流冷却退水占比99.7%，直流冷却是电厂主要的用水、退水环节。

3) 根据水平衡测试结果，嘉明电厂单位发电量取水量为0.31 m3/(MW·h)，用水重复利用率为99.7%，综合漏失率为1.79%，绿化日均用水为1.63 L/(m2·d)，人均生活日取水量为98 L/d，均满足相应用水定额标准要求。

4) 与先进用水标准相比，中山嘉明电力有限公司仍有一定的节水潜力，建议按要求配置完善计量设施，对现有流量计进行定期校准；回收除盐水超滤装置制水后的退水，用于工业用水或冷却用水；建立用水档案、制定合理的节水措施，安排专人加强对管线及用水单元的巡测，对全厂水系统管网进行统一清查，杜绝跑冒滴漏现象。