火電廠生活用水系統(tǒng)水量追蹤技術(shù)研究

王麗川　侯保燈　肖偉華　侯效靈　陳曉清

摘? 要：文章以陽城火電廠為例，通過對火電廠生活用水系統(tǒng)的詳細(xì)分析，采用水量追蹤技術(shù)構(gòu)建了一套追蹤火電廠生活用水系統(tǒng)水量變化過程的技術(shù)方法，在水量平衡的基礎(chǔ)上得出供水、用水、耗水、排水情況，實現(xiàn)生活用水系統(tǒng)水量全過程追蹤。研究成果為火電廠生活用水控制、提高用水效率以及減少水資源浪費提供了技術(shù)支撐，可降低企業(yè)運營成本，增加企業(yè)效益。

關(guān)鍵詞：火電廠;生活用水;監(jiān)測系統(tǒng);水量追蹤

中圖分類號：TM621? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）23-0143-03

Abstract： Taking Yangcheng thermal power plant as an example， through detailed analysis of domestic water system of thermal power plant， this paper establishes a set of technical methods to track the change process of water quantity of domestic water system of thermal power plant by using water quantity tracing technology. On the basis of water quantity balance， the water supply， water use， water consumption and drainage conditions are obtained in order to realize the whole process tracing of water quantity of domestic water system. The research results provide technical support for domestic water control， improvement of water use efficiency and reduction of water resource waste in thermal power plants， which can reduce operating costs and increase enterprise benefits.

Keywords： thermal power plant; domestic water; monitoring system; water tracking

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國國民經(jīng)濟(jì)一直保持高速發(fā)展的狀態(tài)，這就提高了對能源的需求程度，能源工業(yè)尤其是電力工業(yè)直接支撐著我國國民經(jīng)濟(jì)，以保證其快速持續(xù)健康發(fā)展。根據(jù)統(tǒng)計，截至2019年底，全國發(fā)電裝機容量已超過20億千瓦，其中火力發(fā)電接近12億千瓦，占總裝機容量份額的59.2%。根據(jù)現(xiàn)今的能源比例情況，預(yù)計到2050年，總發(fā)電量中至少仍有50%為火力發(fā)電。

火電廠是我國工業(yè)用水的需求大戶，其用水量和排水量十分巨大，在工業(yè)用水中約40%用于火電廠，每年排水約占全國工業(yè)企業(yè)排放量的10%[1]。雖然我國正在加緊火電廠能源轉(zhuǎn)型，大量高效環(huán)保機組相繼投產(chǎn)[2-6]，短期內(nèi)我國燃煤機組平均供電煤耗有了大幅降低[7-8];但是投產(chǎn)早、能耗高的火電機組仍占定比例[9]，新投運的機組在主要輔機等方面節(jié)能減排還有一定空間，火電廠節(jié)能減排的潛力依然很大，因此必須大力推進(jìn)節(jié)能減排工作。

目前，我國火電廠用水方式相對較為粗放，大部分研究側(cè)重于冷卻水循環(huán)利用的研究，針對廠區(qū)生活用水的研究較少;部分電廠生活用水管理較差，生活用水定額遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家/地方相關(guān)定額標(biāo)準(zhǔn)，并且火電廠二級、三級水表安裝率相對較低，生活供水管網(wǎng)“跑冒滴漏”現(xiàn)象時有發(fā)生且無法快速定位排查;若發(fā)生泄漏、爆管、水錘等故障，將造成嚴(yán)重的水資源浪費，加大企業(yè)直接經(jīng)濟(jì)成本，減少企業(yè)效益[10-12]。為了解決上述問題，本文通過對生活用水系統(tǒng)全過程分析，定量追蹤火電廠生活用水水量變化過程，為生活用水系統(tǒng)節(jié)水改造與提高用水效率提供技術(shù)支撐。

2 火電廠生活用系統(tǒng)概化

火電廠的用水一般由兩個系統(tǒng)組成，包括生產(chǎn)用水系統(tǒng)和非生產(chǎn)用水系統(tǒng)[13]。生產(chǎn)用水系統(tǒng)按用途和工藝流程主要分為除鹽水、循環(huán)冷卻水（循環(huán)水）、除灰渣等用水;非生產(chǎn)用水包括廠區(qū)生活用水、綠化用水和消防用水等。

廠區(qū)生活用水主要來自廠區(qū)各建筑生活用水。生活用水及污水排放隨時間變化較大，季節(jié)性明顯。火電廠生活用水系統(tǒng)包括從水源地取水進(jìn)入廠區(qū)開始，經(jīng)各單元用水后排放至污水處理系統(tǒng)，處理后的水再排放至市政系統(tǒng)、河流或者回用。以陽城電廠為例，水源地取水進(jìn)入廠區(qū)后，經(jīng)生活用水泵房處理，然后供給火電廠內(nèi)各個用水單元，包括食堂用水、夜修樓用水、生產(chǎn)辦公樓用水、行政辦公樓用水、化學(xué)車間辦公樓、化學(xué)車間辦公樓、機務(wù)設(shè)備樓、煤場運轉(zhuǎn)站、庫房、脫硫（輸煤）、二期辦公區(qū)、汽機房、網(wǎng)控等其他用水戶。水量經(jīng)過各用水單元循環(huán)過后進(jìn)入生活污水處理系統(tǒng)，經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理后再排入儲蓄水池，供廠區(qū)脫硫用水、灰?guī)彀铦?、廠區(qū)綠化等使用，陽城火電廠生活用水處理流程如圖1所示。

3 火電廠生活用水水量追蹤系統(tǒng)

3.1 水量追蹤系統(tǒng)構(gòu)建總體思路

本文采用水量追蹤的方法，構(gòu)建火電廠生活用水水量追蹤系統(tǒng)，用來監(jiān)測火電廠生活用水系統(tǒng)水量變化過程。包括追蹤生活用水系統(tǒng)進(jìn)水終端與排水終端位置及數(shù)量，記錄生活用水去向與用水量變化;對每個用水單位供水管道設(shè)置在線流量自動監(jiān)測設(shè)備，檢測供水情況;對每個用水單位排水終端設(shè)置在線流量自動監(jiān)測設(shè)備，對排水進(jìn)行檢測;設(shè)置在線濕度自動檢測設(shè)備，監(jiān)測各用水單位空氣濕度，計算蒸發(fā)水量;在水量平衡基礎(chǔ)上得出供水、用水、耗水、排水情況;所有排水經(jīng)過污水處理系統(tǒng)進(jìn)入儲蓄水池，在蓄水池處安裝流量計量設(shè)備，由于儲蓄池同時接收其他用水單元排水，還需監(jiān)測其他污水來源;將儲蓄池處理后水源，可供廠區(qū)綠化、脫硫用水、灰?guī)彀铦竦?，同時監(jiān)測用水量;監(jiān)測設(shè)備均采用自動遠(yuǎn)傳設(shè)備監(jiān)測，上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器中心，數(shù)據(jù)經(jīng)后臺計算處理后直觀反應(yīng)在顯示器上，實現(xiàn)生活用水系統(tǒng)水量全過程追蹤。

3.2 水量追蹤實現(xiàn)步驟

（1）統(tǒng)計用水單元的進(jìn)水量和排水量。對每個用水單元設(shè)置液體流量計監(jiān)測供水工程，包括與生活用水泵房相連的食堂用水、夜修樓用水、生產(chǎn)辦公樓用水、行政辦公樓用水、化學(xué)車間辦公樓等。采用超聲波流量計設(shè)備監(jiān)測各用水單元用水量。排污管道基本上都是采用的無壓明渠排水，通過超聲波液位計測液位及流速，然后通過積算儀轉(zhuǎn)化為污水流量。（2）確定用水單元的耗水量。由于用水單元使用過程的客觀原因，其蒸發(fā)率較少，故不在考慮蒸發(fā)水量影響。通過監(jiān)測供水量與排水量，實現(xiàn)火電廠生活用水取、用、排循環(huán)監(jiān)測。（3）確定所述儲蓄水池水量數(shù)據(jù)。利用流量計統(tǒng)計儲蓄水池的進(jìn)水量以及污水再利用單元的使用水量，以及污水處理后用于消防用水系統(tǒng)、脫硫用水系統(tǒng)、灰?guī)彀铦裣到y(tǒng)、廠區(qū)綠化系統(tǒng)等。（4）利用數(shù)據(jù)中心對流量計及濕度計采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。上述水量監(jiān)測設(shè)備均采用遠(yuǎn)傳式設(shè)備，采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的形勢上傳的數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)中心處理模塊對數(shù)據(jù)比計算，實現(xiàn)生活用水全過程追蹤。圖2為各監(jiān)測設(shè)備安裝位置。

3.3 系統(tǒng)功能與主要模塊

3.3.1 水量平衡計算

通過上述方法設(shè)置的遠(yuǎn)傳式超聲波流量計收集用水戶的供水信息;一般排水管到采用無壓明渠方式排水，尋找合適的排水?dāng)嗝?，測量計算斷面面積，采用液位儀監(jiān)測排水渠液位及流速變化，通過計算得到排水渠動態(tài)的水量變化。計算公式為

Q供=Q用水戶耗水+Q蒸發(fā)量+Q排水量? ? ? ?（1）

式中，所述蒸發(fā)量較小，計算過程中忽略處理。

Q排水量=S斷面·∫H液位·T間隔? ?（2）

式中液位動態(tài)變化采取積分處理，排水量計算為監(jiān)測時間間隔。

3.3.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)

系統(tǒng)以Windows 10為服務(wù)器操作系統(tǒng)，客戶端瀏覽器為IE8以上版本，利用MIS系統(tǒng)處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用Access為本機數(shù)據(jù)庫，采用模塊化開發(fā)方法，以各個監(jiān)測點為基本對象，分別完成對各個監(jiān)測點的組態(tài)編程，并在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行集成。所述數(shù)據(jù)中心包括實時處理模塊、歷史數(shù)據(jù)模塊、對比模塊、預(yù)警模塊和顯示單元，數(shù)據(jù)處理周期單位為天。

3.3.3 主要模塊介紹

（1）數(shù)據(jù)處理模塊：數(shù)據(jù)梳理模塊用來處理實時用水流量數(shù)據(jù)并實時添加到所述歷史數(shù)據(jù)模塊中;（2）歷史數(shù)據(jù)模塊：數(shù)據(jù)處理模塊將歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，將前一天的正常合理數(shù)據(jù)平均處理后呈現(xiàn)到顯示單元;（3）對比模塊，對比模塊將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，尋找出異常點，將問題反饋給管理者，以便進(jìn)行及時處理;（4）預(yù)警模塊：當(dāng)出現(xiàn)異常點或與歷史數(shù)據(jù)對比有較大差距的時候，對比模塊根據(jù)比對結(jié)果形成預(yù)警信息，自動生成預(yù)警預(yù)報，直接反饋給管理者;（5）顯示單元：數(shù)據(jù)中心還包括顯示單元，顯示單元將所述處理模塊處理完成的實時用水流量數(shù)據(jù)和歷史對比數(shù)據(jù)進(jìn)行實時展示。上述信息傳輸均采用移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)形式，不依靠無線網(wǎng)絡(luò)便可與數(shù)據(jù)中心建立通信連接，增加了火電廠生活用水監(jiān)測系統(tǒng)的便捷性。圖3為火電廠生活用水監(jiān)測系統(tǒng)流程示意圖。

4 結(jié)論

火電廠作為用水大戶，節(jié)水改革已經(jīng)發(fā)展成為電力事業(yè)面臨的一項重要課題，隨著環(huán)保政策、法規(guī)及規(guī)程的不斷修訂完善，對企業(yè)的用水管理提出了更高的要求?；痣姀S生活用水作為火電廠耗水的一部分，同樣面臨著考驗。本文通過對火電廠生活用水全過程的追蹤，分析了生活用水取、耗、排的循環(huán)全過程。研究成果為生活用水精細(xì)化管理提供了一種有效的技術(shù)支持。

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