火電廠用水現(xiàn)狀分析與研究

黃 占 峰

(山西國(guó)環(huán)環(huán)境工程有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

我國(guó)是缺水嚴(yán)重的國(guó)家，2008年淡水資源總量為2.74萬(wàn)億t，占全球水資源的6%[1]，加之地域面積遼闊，水資源儲(chǔ)量分布不均衡等不利條件，使得實(shí)際可被工業(yè)使用的水資源更為缺乏，在富煤或重工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)尤為突出。

火力發(fā)電對(duì)水的需求量較大，據(jù)由電力行業(yè)公布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，核算2010年度火電機(jī)組水耗用量約83.66億t。與此同時(shí)，全社會(huì)對(duì)電力的需求一直呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，2010年我國(guó)火力發(fā)電仍占總發(fā)電量的80%[2]以上。就目前電力需求與電力行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)一段時(shí)間火力發(fā)電仍將占主導(dǎo)地位，且火電建設(shè)多分布于富煤或工業(yè)發(fā)達(dá)的缺水地區(qū)。

按上述現(xiàn)狀持續(xù)發(fā)展下去，將致使水資源緊缺與動(dòng)力能源發(fā)展的矛盾日益突出，水的匱乏將演化為遏制當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。故此，了解火電廠用水現(xiàn)狀，加強(qiáng)企業(yè)自身用水管理，促進(jìn)行業(yè)內(nèi)用水情況及節(jié)水技術(shù)交流，以便于采取針對(duì)性節(jié)水措施尤顯重要。

2 火電廠用水現(xiàn)狀分析

2.1 用水標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)介紹

鑒于我國(guó)水資源與動(dòng)力能源的不均勻分布和相互制約已影響到火力發(fā)電的發(fā)展，及近年來(lái)我國(guó)大容量、高參數(shù)的火電機(jī)組的迅速發(fā)展與在富煤缺水地區(qū)空冷機(jī)組的大量涌現(xiàn)的現(xiàn)狀，火電行業(yè)相繼出臺(tái)了GB/T 26925—2011節(jié)水型企業(yè) 火力發(fā)電行業(yè)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)節(jié)水標(biāo)準(zhǔn))與GB/T 18916.1—2012取水定額 第一部分 火力發(fā)電(以下簡(jiǎn)稱(chēng)定額標(biāo)準(zhǔn))兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)整理

1)單位發(fā)電量取水量

總用水量Qz=Qq+Qf；

其中，Vui為單位發(fā)電量取水量，m3/(MW·h)；Vi(或Qq)為一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)過(guò)程中取水量總和，m3；Q(或W)為一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量，MW·h；Qz為考核期內(nèi)實(shí)際全廠總用水量，包括廠區(qū)和廠前區(qū)各系統(tǒng)生產(chǎn)、生活所使用的新鮮水和復(fù)用水量，不包括廠外生活區(qū)用水量，m3;Qf為考核期內(nèi)全廠實(shí)際復(fù)用水量，包括循環(huán)水量、串用水量和回收利用水量(多次復(fù)用水量應(yīng)重復(fù)計(jì)入)，m3；Vuc為單位發(fā)電量耗水量，m3/(MW·h);Qzf為原水預(yù)處理系統(tǒng)和再生水深度處理系統(tǒng)的自用水量，m3;Vd(或Qp)為在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，企業(yè)向外排放的廢水量，m3。

2)為全面掌握目前火電機(jī)組取水情況、便于了解機(jī)組間取水量差異，將調(diào)查的全國(guó)范圍內(nèi)各地區(qū)不同冷卻方式349個(gè)火電機(jī)組用水情況數(shù)據(jù)按下列公式進(jìn)行以下處理：

其中，Vui′為處理后數(shù)據(jù)，m3/(MW·h)；Vui為原始數(shù)據(jù)，m3/(MW·h)。

即先按冷卻方式及容量等級(jí)劃分調(diào)查數(shù)據(jù)，再對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)由小到大進(jìn)行排序，取均值(見(jiàn)表1)，后將各調(diào)查數(shù)據(jù)與平均值差減并取絕對(duì)值，進(jìn)行不同冷卻形式的火電機(jī)組取水情況分析。

表1 調(diào)查機(jī)組單位發(fā)電量取水量平均值 m3/(MW·h)

2.3 近年來(lái)火電廠總體用水情況分析

十五、十一五期間火電機(jī)組發(fā)電量、取水量及廢水排放量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

通過(guò)對(duì)比分析知火電機(jī)組用水情況如下：十五期間火電機(jī)組發(fā)電量呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，平均增幅14.1%；年取水量相對(duì)增長(zhǎng)緩慢，平均增幅7.8%，而廢水年排放量平均增幅僅為6.5%?；痣姍C(jī)組發(fā)電量、年取水量及廢水年排放量于2006年達(dá)最高值，取水量最高值達(dá)85.5億m3；自2007年以后，火力發(fā)電量增幅分別為3.0%,7.4%,13.4%，但年取水量增幅緩慢，廢水年排放量有明顯下降趨勢(shì)。從單位發(fā)電指標(biāo)來(lái)看，十五、十一五期間火電機(jī)組平均單位發(fā)電量水耗由3.90 m3/(MW·h)下降到2.45 m3/(MW·h)，平均單位發(fā)電量廢水排放量由1.31 m3/(MW·h)下降到0.31 m3/(MW·h)。

2.4 火電機(jī)組取水現(xiàn)狀分析

2.4.1循環(huán)冷卻火電機(jī)組取水情況分析

調(diào)查231家循環(huán)機(jī)組，其中300 MW以下機(jī)組84臺(tái)，300 MW級(jí)機(jī)組102臺(tái)，600 MW及以上容量等級(jí)機(jī)組45臺(tái)。

圖3顯示，調(diào)查數(shù)據(jù)中，循環(huán)冷卻機(jī)組除個(gè)別機(jī)組單位發(fā)電量取水量控制或計(jì)量待改進(jìn)外，整體控制水平較為接近，數(shù)據(jù)平均值基本上反映了機(jī)組整體運(yùn)行水平。

2.4.2直流冷卻火電機(jī)組取水情況分析

調(diào)查76家直流機(jī)組，其中300 MW以下機(jī)組13臺(tái)，300 MW級(jí)機(jī)組23臺(tái)，600 MW及以上容量等級(jí)機(jī)組30臺(tái)。

圖4顯示，調(diào)查數(shù)據(jù)中，大多數(shù)直流冷卻機(jī)組取水情況相近，但少數(shù)機(jī)組單位發(fā)電量取水量控制水平較差，遠(yuǎn)超過(guò)定額標(biāo)準(zhǔn)值且對(duì)比來(lái)看，300 MW以下機(jī)組單位發(fā)電量取水量整體控制水平差異較大；一方面是由于各機(jī)組技術(shù)水平的差異，更直接的原因是由于各地取水成本的巨大差異；300 MW級(jí)以上容量等級(jí)機(jī)組中超過(guò)80%以上機(jī)組單位發(fā)電量取水量低于平均值，以平均值反映該類(lèi)型機(jī)組取水量控制水平，不符合實(shí)際運(yùn)行水平；從整體來(lái)看，機(jī)組整體取水量控制水平好于平均值，這主要是由于建設(shè)年限較短，對(duì)用水指標(biāo)有定額控制。

2.4.3空氣冷卻火電機(jī)組取水情況分析

調(diào)查42家空冷機(jī)組，其中300 MW以下機(jī)組7臺(tái)，300 MW級(jí)機(jī)組17臺(tái)，600 MW及以上容量等級(jí)機(jī)組19臺(tái)。

圖5顯示調(diào)查數(shù)據(jù)中，300 MW以下機(jī)組有86%的機(jī)組單位發(fā)電量取水量不大于平均值；300 MW,600 MW及以上兩個(gè)容量等級(jí)的處理數(shù)據(jù)基本以各自平均值為基點(diǎn)呈對(duì)稱(chēng)分布，平均值可代表火電機(jī)組中間控制水平。隨機(jī)組容量的增大，用水指標(biāo)迅速降低，節(jié)水效果明顯。

2.4.4不同冷卻機(jī)組平均取水情況與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

以新出臺(tái)的兩部火電機(jī)組用水指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值為基準(zhǔn)，將調(diào)查火電機(jī)組單位發(fā)電量取水量平均值與之對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 調(diào)查機(jī)組單位發(fā)電量取水量平均值與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比表 %

對(duì)比顯示，空冷機(jī)組與循環(huán)冷卻機(jī)組調(diào)查平均值低于定額標(biāo)準(zhǔn)，但仍高于節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，尤其是循環(huán)冷卻機(jī)組，單位發(fā)電量取水量控制尚有待加強(qiáng)；直流冷卻機(jī)組取水平均值與標(biāo)準(zhǔn)值比較偏離較大，結(jié)合圖4分析，平均值并不能表征該類(lèi)型機(jī)組實(shí)際整體取水量控制水平，直流冷卻機(jī)組多處于富水地區(qū)，機(jī)組運(yùn)行受水資源制約較小，少數(shù)機(jī)組取水量控制水平較差，但在我國(guó)水資源缺乏與經(jīng)濟(jì)急劇膨脹下用水需求量大幅增加的背景下，機(jī)組運(yùn)行取水量控制仍需加以重視。

2.5 影響我國(guó)火電廠用水情況的因素分析

綜合調(diào)查數(shù)據(jù)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值，對(duì)比國(guó)外火電廠耗水情況，我國(guó)火電機(jī)組單位發(fā)電耗水指標(biāo)居于世界中間水平[5]，制約因素主要有以下幾方面：1)取用水市場(chǎng)機(jī)制不完善、企業(yè)用水管理能力不強(qiáng)，用水設(shè)施老化，工藝落后，造成水復(fù)用率偏低；2)節(jié)水技術(shù)采用、開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)推廣的實(shí)施力度有待提高；3)我國(guó)火電機(jī)組有半數(shù)以上采用濕冷，通常循環(huán)冷卻耗水量為空氣冷卻的3.48倍～4.55倍，耗水量較大；4)應(yīng)環(huán)境保護(hù)要求，目前我國(guó)南方一些地區(qū)，已對(duì)火電廠溫排水進(jìn)行系列限制，當(dāng)這些地區(qū)火電機(jī)組用水冷卻方式由直流冷卻改為循環(huán)冷卻后，火電機(jī)組耗水量隨之增加(按目前直流冷卻用水計(jì)量方式，采用直流冷卻機(jī)組耗水量為循環(huán)冷卻機(jī)組的20%～25%)。

3 結(jié)語(yǔ)

1)循環(huán)冷卻機(jī)組整體控制水平較為接近，數(shù)據(jù)平均值基本上反映了機(jī)組整體運(yùn)行水平。2)300 MW以下機(jī)組單位發(fā)電量取水量整體控制水平差異較大；部分機(jī)組耗水指標(biāo)遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)。3)隨機(jī)組容量的增大，用水指標(biāo)迅速降低，節(jié)水效果明顯。4)空冷機(jī)組與循環(huán)冷卻機(jī)組調(diào)查平均值低于定額標(biāo)準(zhǔn)，但仍高于節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，還有待進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)改造。