300MW火电机组水平衡试验及用水指标优化研究1

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火电厂作为工业用水大户，如何节约取水、循环用水、减少排放，已成为火电厂生存发展的重大课题。

因此，以火电机组水平衡试验数据为依据，对其用水指标进行优化研究，寻求火电厂先进的节水标杆值、合理的用水工艺以及完善的水务管理方式，是火电企业实施可持续发展的重要措施。

该文以某火力发电厂二期2台300 M W 机组为研究对象，在额定工况下对取水系统、循环水系统、工业冷却水系统、脱硫系统、生活水系统5个用水系统进行详细的水平衡试验，提出提高循环冷却水的浓缩倍率和工业水的重复利用率、降低脱硫工艺损失水量、处理回用生活污水等节水潜力措施，评价预期带来的节水效果以及对该企业的单位发电量取水量、装机取水量、单位发电量耗水量、装机耗水量、重复利用率、废水回用率等用水指标产生的影响。

1 电厂用水系统水平衡试验结果及评价
电厂水平衡试验按照用水功能性质不同划分为5个系统进行：取供水系统、循环水系统、工业冷却水系统、脱硫系统、生活水系统。

电厂二期2台300 M W 机组的发电负荷为595.0 MW ，运行机组的发电负荷占全厂总装机容量的80%以上，试验期间的工况能够反映该电厂真实的用水水平。

通过水平衡试验，得出该火力发电厂的主要用水及节水指标结果见表1。

从表1试验结果可知：电厂二期机组单位发电量取水量为2.72 m 3/MW ·h ，符合《取水定额 第1部分：火力发电》（GB/T18916.1-2012）中单机容量300 MW 机组（循环冷却方式）单位发电量限定值2.75 m 3/MW ·h 要求；装机取水量为0.75 m 3/s ·GW ，符合《取水定额 第1部分：火力发电》（GB/T18916.1-2012）中单机容量300 MW 机组（循环冷却方式）装机取水量准入值0.77 m 3/s ·GW 要求；机组单位发电量耗水量为2.33 k g/kW ·h ，其循环冷却水的浓缩倍率应在3.5～4倍之间，略高于行业平均水平。

2 电厂节水潜力措施建议
2.1 提高循环冷却水浓缩倍率
在敞开式循环冷却水系统中（图1），热水通过冷却塔被冷却，部分水被蒸发从空气中散失，蒸发损失的水没有带走
①基金项目：广州市质量技术监督局科技项目《火力发电的水足迹研究》(项目编号:2016KJ27)。

DOI ：10.16660/ki.1674-098X.2016.23.027
300 MW 火电机组水平衡试验及用水指标
优化研究
①
叶杰文 陈庆文 郑桂兴
（广州能源检测研究院 广东广州 511447）
摘 要：该文通过对2台300 MW 机组进行水平衡试验，提出提高循环冷却水的浓缩倍率和工业水的重复利用率、降低脱硫工艺损失水量、处理回用生活污水等节水潜力措施，评价预期带来的节水效果以及对该企业的单位发电量取水量、装机取水量、重复利用率、废水回用率等用水指标产生的影响，为电厂提供切实可行的管理标准和指标，对降低发电成本、提高水资源利用水平有着重大的意义。

关键词：火力发电 水平衡试验 用水指标 优化中图分类号：TM621
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2016)08(b)-0027-03
指标名称单位试验结果备注重复利用率
%
98.0计算单位发电量取水量m 3/MW ·h 2.72计算装机取水量m 3/s ·GW 0.75计算单位发电量耗水量kg/kW ·h 2.33计算装机耗水量m 3/s ·GW 0.64计算废水回用率
%
43.3
计算
表1 水平衡试验指标计算结果
机组序号3#4#进口水温(℃)30.3029.80出口水温(℃)38.4338.27温差△T(℃)8.138.47蒸发损失率(%) 1.19 1.24循环水量(m 3/h)38640.041313.1蒸发损失量(m 3/h)
459.0
513.0
表2 5
月份机组蒸发损失量的计算
图1 敞开式循环冷却水系统
注：X 表示
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盐分，因此循环水中的盐分不停被浓缩。

随着水的不断循环和蒸发，循环冷却水的含盐量不断增加。

为了保持循环冷却水的含盐量稳定在某一浓度，在向循环冷却水系统补充新鲜水的同时排掉一部分循环水冷却水，以维持系统中的水量平衡。

根据水量平衡，可得下式： B=Z+F+P
式中,B为补充水量，m 3/h； Z为蒸发损失，m 3/h；
F为风吹损失（包括渗透损失），m 3/h； P为排污损失，m 3/h。

2.1.1 冷却塔损失水量和补充水量的计算
根据《工业循环水冷却设计规范》（G B /T 50102-2003）的相关规定：通过蒸发风吹和排污各项损失水量可以确定冷却塔的水量损失。

(1)蒸发损失水量。

根据电厂当地气象观测站资料统计，最近5年5月份平均气温为26.4 ℃，采用内插法计算得出：K=0.001 464。

计算结果见表2。

二期机组总循环水量为79 953.1 m 3/h，蒸发损失总水量Z=972.0 m 3/h。

(2)风吹损失水量。

即风吹损失水率，是指冷却塔的风吹损失水量与冷却塔循环水量的比值，可以从塔的进风口吹出的水损失率和设计选用的除水器的逸出水率以及冷却塔的塔型确定。

若无除水器的逸出水率等数据时，可按表3采用。

该电厂二期冷却塔采用了除水器，因此其风吹损失水率采用0.05%计算。

由此得出，风吹损失水量
F=79953.1×0.05%=40.0m 3/h。

(3)排污损失水量。

根据循环水水质的要求，可以计算确定排污损失水量。

因水分不断地蒸发，在循环冷却水运行时循环水的含盐量与补充新鲜水的含盐量是不同的。

浓缩倍率即为循环冷却水的含盐量与补充水的含盐量的比值，可用下式表示：
N=C x /C b
式中，N为浓缩倍率，倍； C 为循环冷却水的含盐量，m g/L；
C b 为补充水的含盐量，
m g/L。

蒸发损失水中的含盐量为零，而循环冷却水中的含盐量与排污水、风吹损失水中的含盐量相同。

根据水中溶解含盐量的平衡，得出：
BC b =
（P+F）C x 因此，N=C x /C b =B/（P+F）=（Z+P+F）/（P+F）=Z/（P+F）+1
根据上式，可以推导出：P=Z/（N-1）-F
二期机组循环冷却水浓缩倍率在3.5～4倍之间，根据上式计算两台机组排污损失率及排污损失水量见表4。

因此循环冷却水排污总量为：P=P 1+P 2=337.6m 3/h (4)补充水量的计算。

B=Z+F+P=972.0+40.0+337.6=1349.6m 3/h 2.1.2 存在的问题
循环冷却水浓缩倍率达不到设计要求。

根据化学运行规程，要求循环冷却水浓缩倍率达到4～5倍。

现场水平衡试验期间，机组循环冷却水浓缩倍率经常控制在3.5～4倍之间，查阅运行记录，也存在类似情况。

浓缩倍率的高低与循环冷却水的排污水量直接相关。

在该次水平衡试验过程中，循环冷却水总排污量为337.6 m 3/h。

如果利用弱酸树脂处理技术、石灰加酸处理技术、加酸处理以及效果较好的防垢防腐药剂等措施，有效提高循环冷却水的浓缩倍率，以4.5倍为例，计算总排污量见表5。

根据表5，电厂二期循环水排污量合计为237.7 m 3/h，相比现在运行工况可节约用水99.9 m 3/h。

塔型开放式冷却塔机械通风冷却塔风筒式自然通风冷却塔有除水器——0.10.05无除水器
1.00～1.50
——
——
表3 风吹损失水率（%）
机组序号3#4#浓缩倍率 3.5～4.0 3.5～4.0蒸发损失率(%) 1.19 1.24风吹损失率(%)0.050.05排污损失率(%)0.410.44循环水量(m 3/h)38 640.041 313.1排污损失量(m 3/h)
156.5
181.1
表4 5月份机组排污损失量的计算
机组序号3#4#浓缩倍率 4.5 4.5蒸发损失率(%) 1.19 1.24风吹损失率(%)0.050.05排污损失率(%)0.290.31循环水量(m 3
/h)38 640.041 313.1排污损失量(m 3/h)
111.1
126.6
表5 计算总排污损失量
主要工艺
湿法半干法干法总耗水量（m 3/h）
100～200
50～100
1～2
表6 2×300MW机组脱硫系统的耗水量
指标名称单位现状试验优化结果
重复利用率%
98.098.8单位发电量取水量m 3/MW ·h 2.72 2.27装机取水量m 3/s ·GW 0.750.63单位发电量耗水量kg/kW ·h 2.33 2.25装机耗水量m 3/s ·GW 0.640.62废水回用率
%
43.3
100
表7 用水指标优化计算结果
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2.2 提高工业水的重复利用率
从水平衡试验现场发现，电厂一期机组的工业冷却水均使用直流冷却水，该部分水经净水站处理后，供至辅机进行冷却，冷却后直接排入地沟，造成较大的浪费。

如果把一期的工业冷却水引至二期的循环冷却水系统作补水，则可大大减少二期新鲜水的取水量，该工业冷却水量为350.0 m 3/h。

2.3 降低脱硫工艺损失水量
目前电厂二期机组采用的脱硫工艺为石灰石-石膏湿法脱硫。

脱硫工艺损失水量占电厂耗水比重较大，建议通过优化真空皮带脱水机等设备的操作条件以提高石膏的脱水率，以减少石膏带走的水分，减少水的消耗，2×300M W机组脱硫系统的耗水量见表6。

2.4 生活污水的处理及回用
近年来已有不少电厂开始采用城市污水作为循环冷却水系统的补水，取得了一定的效果。

水平衡试验期间，电厂一二期产生的生活废水量为158.0 m 3/h，
该部分废水经污水处理站处理后一部分供至浆厂制水煤浆，而较大一部分则对外排放。

如果使用石灰石处理技术单独对该部分废水进行过滤处理，则完全可以用作循环冷却水系统的补水，该处理方式水质使用范围广，基本适用于各种城市污水，运行费用低，对环境污染少，可以除氮、磷、重金属及其离子、降低细菌和有机物，进一步软化水质，降低出水碱度。

去除了各种污染物后，循环冷却水系统的结垢和腐蚀现象就会减弱，对循环水的使用提供了安全保证，既提高了循环水的浓缩倍率，又产生明显的节水效果。

3 电厂用水指标优化预期效果
通过实施节水措施的优化，得出该火力发电厂的主要用水及节水指标结果见表7。

4 结论
此次水平衡试验得出的结论如下。

(1)循环冷却水系统的浓缩倍率由3.5～4倍提升至4.5倍，减少了循环冷却水的排污量99.9 m 3/h。

(2)回收利用电厂一期机组产生的工业冷却水用作二期机组循环冷却水系统的补水，节省水资源费用的同时大大降低二期新鲜水的取水量，减少取水量350.0 m 3/h。

综合全厂考虑，回收一期机组的直流冷却用水，将大大降低温排水对江河生态环境的影响。

(3)通过使用石灰石处理技术对生活污水进行过滤处理，回用作循环冷却水系统的补水，减少冷却塔补水量158.0 m 3/h，实现零排放。

(4)提高脱硫用水效率，减少水的消耗，节约水量51.9 m 3/h。

(5)实施优化措施后单位发电量取水量下降了0.45 m 3/MW ·h，
低于火电行业单位产品取水量指标平均值。

(6)该电厂二期用水优化模型的建立，对全厂各项用水节水指标均产生积极的影响，该研究方法既可为电厂的节水工作、也为同行业机组的节水方向提供参考。

参考文献
[1] 崔玉川,董辅祥.城市与工业节约用水手册[M].北京:化学
工业出版社,2002.
[2] 国家发改委环境和资源综合利用司.重点行业用水与节水
[M].北京:中国水利水电出版社,2004.
情况下合理并且有效地对矿山开发区进行生态修复。

值得一提的是，在利用微生物对矿山开发区进行修复的时候可以利用的微生物主要包括两种，其中一种就是抗污染的菌种，这种微生物菌种的最主要功能就是可以将矿山开发区的有害物质通过一系列的手法转化为无污染的物质，从而大大地提高了矿山开发区的综合利用能力。

除此之外，它还可以降低一些有毒物质的毒性，使得这些有毒物质对矿山开发区的危害降到最小。

2 结语
综上所述，我国的矿产等资源虽然丰富，但是，却经不起我国这庞大人口的综合利用。

因此，在对其进行开采的时候一定要注意做到相关矿山开发区的修复工作。

只有这样，才可以保证我国的相关矿产资源在进行有效利用的时候不会对相应的矿山环境造成坏的影响。

参考文献
[1] 曾华星.矿山生态修复可持续发展分析[J].能源研究与管
理,2014(4):17-19.
[2] 李莲华,高海英.矿山开采的环境问题及生态恢复研究
[J].现代矿业,2009(2)：28-30.
[3] 郭宁.矿山环境评价及审查的主要问题[J].西昌学院学报:
自然科学版,2010，24(2)：66-68.
[4] 马康.废弃矿山生态修复和生态文明建设浅论以北京门
头沟区为例[J].科技资讯,2007(35):146.
[5] 孙立斌.试论矿山环境治理工作重要性[J].硅谷,2014(18):
132.
[6] 邹卉，冯捐，全爽.矿区生态修复技术研究[J ].绿色科
技;2012(12)：60-62.
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