火力发电厂节水技术进展.pdf

火 力 发 电 厂 节 水 技 术 进 展 何世德 1 ,张占梅 1 ,2 ,周 于 1 1 .重庆远达水处理工程有限公司,重庆 400039; 2 .重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆 400045 摘 要加强火力发电厂水务管理对火力发电企业大幅度降低发电水耗,提高安全经济效益起到很大作用。对火力 发电厂用水系统进行了研究。对比国内外火电厂的耗水情况,分析火电厂节水工作中存在的问题,并重点介绍了火 电厂最新节水技术和措施,为火电厂的节水工作提供了借鉴。 关键词火电厂;节水技术;水资源 Ab stract Strengthening thewatermanagement in ther malpower plant can significantly reduce thewater consump tion of power generation and imp r ove the economic benefit .Thewater consump tion system of thermalpower plant is studied. Contrasting the water consump tion situation in domestic and foreign ther malpowerp lant, the existing p r oble m s in water saving of ther malpow2 erp lant are analyzed, and the latestwater - saving technologies and treat ments are introduced.It can give a reference to the water saving in ther mal power p lant. Key words power plant; water - saving technology; water resources 中图分类号X703; TK227. 3 文献标识码B 文章编号1003 - 6954200806 - 0016 - 03 中国是一个严重缺水的国家,人均占有的水资源 只有2 200 m 3 ,约为世界平均水平的1 /4。中国的水 资源分布也极不平衡,黄河流域及以北地区人均占有 水资源只是长江流域及以南地区的1 /4,中国北方的 一些地区缺水更为严重。 从中国能源资源的分布看,作为主要资源的煤炭 基本上分布在黄河流域及以北地区。煤炭作为能源 利用的最好方式是发电。上世纪50年代,中国向原 苏联学习了燃煤电厂的设计,原苏联国土面积广大、 水资源丰富,他们的一些设计思想和做法不全切合中 国的实际,如建设燃煤电厂用水过多和占用土地过大 的问题。目前,在中国北方选建燃煤电厂已经很困难 了,仅利用黄河水系约已建成了100多座大型的燃煤 电厂 [ 1 ]。 火电厂都应加强水务管理、 合理利用水资源,并 结合各用水点对水量、 水质的不同需要,对全厂的水 量进行科学的分配和控制,达到既满足生产生活需 要,又节水节能的目的 [ 2 ]。火电厂应该大力实施节 水战略,不仅是为自身的经济效益,更是为建设资源 节约型社会做出责无旁贷的贡献。 基金项目 重庆市重点攻关项目, ST ,D36 1 国内外火电厂用水及水耗现状 1 . 1 火电厂用水分类 火电厂用水分为生产用水和非生产用水两大块。 生产用水在火电厂用水中占95,非生产用水包括 生活用水、 消防用水、 清扫用水和绿化用水等,约占火 电厂总用水中占5以内。当前,火电厂主要用水主 要包括以下方面 ① 循环冷却水。采用循环冷却系统的火电机组 大多采用自然通风湿式冷却塔,仅个别电厂采用机械 通风湿式冷却塔,其蒸发损失、 风吹损失和排污损失 约占全厂生产耗水量的70,是循环冷却火电厂节 水潜力的主要部分。根据火电厂实际情况,适当提高 循环冷却水的浓缩倍率,是目前火电厂节水的一个主 要方向。 ② 工业冷却水。火电机组工业冷却水是指除凝 汽器以外的主机和辅机所用表面式冷却器的冷却用 水,如引、 送、 排、 磨等转动机械轴承冷却水、 空调用水 等。 ③ 锅炉补给水和化学自用水。锅炉补水率按有 关规定应控制在锅炉蒸发量的以下,一般火电厂 6 第31卷第6期 2008年12月 四 川 电 力 技 术 Sichuan Electric Power Technology Vol . 31,No. 6 Dec. ,2008 C 2007A 702 1 均可达到,但也有少数电厂全年平均补水率达5, 个别电厂高达8以上 [ 3 ]。 ④ 其他耗水。主要包括电厂生活用水、 输煤系统 降尘冲洗用水、 采暖系统耗水、 绿化用水等。 1. 2 火电厂水耗分析 中国火力机组发电量占总发电量的80以上, 火力发电是中国取水量最大的行业之一,节水工作直 接影响电力企业的生产经营和持续发展。2000～ 2007年,随着火电装机规模的快速发展,行业用水量 增长趋势明显,平均占总工业用水量48左右。尽 管随着火电装机容量和发电量的增加,全国火力发电 厂用水量有所增加,但工业用水重复利用率逐年提 高,单位发电量耗水率逐年降低。2000年火电厂平 均水耗为4. 2 kg /kWh, 2005年平均水耗为3. 1 kg/ kWh, 5年下降1 . 1 kg/k Wh,下降幅度为26. 2,平均每年下降0. 22 kg/k Wh。目前,中国火电 厂的主要耗水构成为循环冷却系统补充水为50 ～80;水力输灰用水为20～40;锅炉补给水为 1～5;生活用水为0. 5～4。 国外电厂的水耗情况以德国电厂为例,德国电厂 关于循环式电厂的平均水耗在 1. 8～2. 4 kg/k Wh; 湿式冷却塔、 脱硫冷却塔和锅炉的水耗总计为0. 50～ 0 . 66 m 3 /GJ,其中热量GJ是指电厂机组的净发电量 kWh,飞灰掺湿和捞渣机冷却水用水量在德国电厂 很小,所以未予考虑。耗水量和废水量之差为冷却塔 和脱硫塔的蒸发损失水量,约在0. 40～0. 57 m 3 / GJ [ 4 ]。 从上述数据可以看出,国内电厂的平均水耗和国 外的相比相对较高,工业用水的重复使用率相对国外 也较低。 2 节水工作存在的问题 2. 1 水务管理重视不够 在火电机组投产、 运行过程中,对节水、 污水处理 装置是否能正常投运以及效果等方面的管理要求低。 相当一部分电厂长期没有开展水平衡测试,少数电厂 用水无定额、 用量不计数。部分电厂跑、 冒、 滴、 漏、 溢 现象依然严重,特别是对溢水的浪费现象没有引起足 够重视,很少在运行中根据机组负荷及冷却水温的变 化及时调整冷却水量。总的来说,水务管理粗放、 节 水机构不健全和监督考核不严等问题依然存在 [5 ] 。 2 . 2 主要耗水指标达不到设计要求和测试值 由于设计、 安装调试、 生产运行和管理等诸多因 素,致使多数电厂的用水指标没有达到设计值和测试 值。循环水浓缩倍率未达到设计水平,灰水浓度低于 设计值,冲灰水量普遍偏大,工业水回收率低,重复利 用次数少。 2 . 3 节水技术水平落后、 节水治污资金不足 节水治污需要资金大量投入,当前火力发电厂的 新建和改扩建工程中,由于资金不足,以往建设的节 水治污设施大多技术陈旧落后、 配置不全,有的只能 处理部分污水,运行效率低、 可靠性差,多数电厂监测 表计量不全,不能满足按机组实行定量管理的要求。 2 . 4 没有统一的水价标准,各地水资源收取办法不 统一 目前,对水价制定和水资源费的收取办法,各地 都不统一,随意性较强,没有形成规范的有效的水价 机制,没有发挥市场配置资源的作用。需要运用经济 杠杆激发企业节水的积极性和创造性,运用市场机制 合理调整水价。 3 火电厂节水办法和措施 3 . 1 废水回收利用,实现全厂废水零排放 湿式循环冷却系统是电厂用水、 耗水最大的环 节,回收利用冷却塔排污水,处理回收其它工业废水 或生活污水做冷却塔循环水的补充水,取得了明显的 节水效果,是电厂耗水定额指标下降的主要原因。冷 却塔排污水用于冲灰、 冲洗和喷洒,可以减少低污染 水直接排放损失,提高水的回用率,是较为传统并被 广泛应用的方法;电厂灰渣水、 消防水池溢水、 部分取 样水、 射水池溢水等进行循环使用,水质较好的经处 理后作为冷却塔循环水补充水源,返回到下一级循环 水系统再利用,水质较差的工业废水如含油污水、 化 学中和池排水、 生活污水等处理后用于调湿灰用水、 冲灰煤场喷淋用水等。 3 . 2 提高循环水浓缩倍率 提高循环水浓缩倍率, 1 000 MW电厂浓缩倍率 从2提高到3时,可节水800～1 000 t/h。通过不断 的研究开发和推广应用,在加防腐药剂及加酸处理循 环冷却水时,浓缩倍率可控制在3. 0以上;采用石灰 加酸及旁滤加药处理循环冷却水时,浓缩倍率可控制 在5左右;采用弱酸树脂等方式处理循环冷却水 第31卷第6期 2008年12月 四 川 电 力 技 术 Sichuan Electric Po wer Technology Vol . 31,No . 6 D ec. , 2008 4. 71 时,浓缩倍率也可控制在4. 5左右 [ 6 ] 。采用新型水塔 填料和收水器改造原有老水塔,降低了水塔出水水 温,减少了风吹损失,也起到节水的作用。 3. 3 除灰系统的改进 新建电厂的除灰方式有了较大的改进,有条件的 地方首先选用干除灰方式;如果采用水力除灰,应使 灰水尽量做到闭路循环;当灰水闭路循环确有困难 时,则使用高浓度水力除灰。对于新设计系统,采用 灰渣分排、 渣水闭路循环。这些措施的采用,使冲灰 新鲜水用量及废水外排量大幅度下降。目前对除灰 系统的改进措施主要包括浓相气力输送系统的国产 化、 干灰储存与粉煤灰综合利用的开发应用,以及干 排渣系统的实际应用。目前,高浓度水力输灰技术已 得到了较好的应用,通过系统优化可实现灰水比1∶3 ～1∶5或更小;采用灰渣分排,比灰渣混排节约40 的冲灰水量,且有利于灰渣综合利用,新建火电厂锅 炉均采用灰渣分排技术,节水效果明显。 3. 4 采用空冷技术 大型电站采用空冷技术要比传统的水冷技术节 水3 /4以上。当前中国电站建设规模较大且以燃煤 电站为主。推广空冷技术,不仅对中国西北、 华北以 及东北许多富煤少水地区发展电力事业,而且对调整 现有电源结构,提升民族制造工业水平,都有现实意 义。2002年以来,中国大型电站建设中,有20多个 30万kW以上机组采用空冷机组。 3. 5 安装水量计量表并定期对水质进行监测 要求火电厂排水系统安装流量计,并对其排放水 质进行定期监测,及时掌握各排放点的排放量及水质 状况,有效地控制排水量和排水的再利用。在加强环 保管理的前提下,严格执行电力环境监测中的各条例 规定,监督节水技术的执行。 3. 6 水汽系统优化 ① 在技术条件允许的情况下,对锅炉给水实施有 效的加氧处理,可以减小除氧器的开度,降低蒸汽的 损耗,节约除盐水用量和能量损失。 ② 对于汽包锅炉,实施有效的给水和炉水优化处 理,可以减少锅炉的排污量,从而也达到一定的节水 和节能效果。 ③ 在对水汽系统优化后,可以大大减少加入水汽 系统的化学药剂的量,因此可以延长凝结水精处理混 床的运行周期,减少再生次数和酸碱废液的产生量, 有利于环境保护。 3 . 7 减少电厂废水产生 调整水汽循环系统的运行方式。除了水和蒸汽 品质和所采用的材料,给水调节方式的选择对电厂的 运行也有影响。给水调节的目的实在钢材表面生成 一层均匀的致密保护层。在除盐水中加氨提高pH 值或者提高给水氧浓度都可起到促进形成保护层的 作用。 离子交换系统循环运行。在洗涤离子交换器时, 剩余的再生药剂会导致产生废水,其导电率会随时间 衰减。在于以顺流方式联合运行的阳离子和阴离子 交换器,可以通过将离开阴离子交换器的冲洗在阳离 子交换器前送回系统循环运行,以减少废水量。 为了在非未定状态达到有关标准的极限值,往往 要消耗大量的水。如果允许在一定时间里有限的偏 离标准值,就可以利用这部分节水的空间 [ 7 ]。 4 电厂水务管理 当前,相关部门对火电厂水务管理的重视程度提 高,已将火电厂水务管理贯穿在规划、 选厂、 设计、 施 工、 调试及运行全过程中,设计阶段把节约用水作为 一项主要的技术原则,考虑充分利用中水资源,为生 产过程节水创造条件;施工阶段、 调试和运行中,全面 贯彻和正确实施设计的各项节水措施和要求,努力提 高水务管理的现代化程度。 电厂水务管理的目的在于在满足生产需要的前 提下,按照各工艺系统用水量及对水质的要求,结合 水源条件,合理选择供水系统;根据各排水点的水量 水质和环保要求,合理确定各排水系统及废水处理方 案;通过行之有效的技术措施,对电厂各车间各设备 用排水量进行平衡及重复利用,达到合理用水、 节约 用水、 降低耗水量、 合理利用水资源的目的 [ 8 ] 。 4 . 1 实现区域整体规划,促进循环经济 合理利用水源是火电厂水务管理的主要内容之 一,水资源的回收利用又是中国循环经济的重要组成 部分,两者结合起来考虑,将水量大且水质较好的城市 污水经深度处理后回用到火电厂,将是必然趋势,既节 省了水资源,又可实现水资源的循环利用,起到了社会 综合节水作用。对于严重缺水的地区,特别是中国北 方城市,其环境效益和经济效益将是显著的。因此,在 地区发展规划中,对于新建或扩建机组,考虑城市污水 下转第页 第31卷第6期 2008年12月 四 川 电 力 技 术 Sichuan Electric Power Technology Vol . 31,No. 6 Dec. ,2008 22 81 燃能力强,因而可大大降低助燃天然气耗量。2006 年,巴蜀江油燃煤发电有限公司锅炉水冷壁卫燃带敷 设前每台炉运行中平均需投2000～3 000 m 3 /h天然 气助燃。 锅炉敷设卫燃带前单机260 MW负荷均需 投天然气助燃,在同种煤质下,卫燃带敷设后在180 MW负荷可以不投天然气稳定运行。按每台机组每 年运行5000 h,每小时节约天然气2 000 m 3 计算,则 两台机组每年可节约天然气2000万m 3 ,折合标煤24 341. 86 t,节约燃料使用费795. 6万元。 6 结 论 巴蜀江油燃煤发电有限公司300 MW机组锅炉 水冷壁卫燃带敷设工程采用的技术成熟,同时,进行 燃烧器激光切圆校正改造,提高了锅炉燃烧稳定性、 减少天然气耗量、 降低NOX排放量,节能、 减排效果 明显。具有良好的实用性和很高的经济性。 作者简介 王清明,男,出生于1963年, 1986年毕业于重庆建筑工程 ‘学院机电系,一直在江油发电厂从事检修工作,历任班组技术 员、 车间技术员、 车间主任、 副总工等职务,曾作为常务副总经 理全程参与江油发电厂二期2300 MW机组扩建工程即巴 蜀江油燃煤发电有限公司2300 MW机组基建工程 ,现担 任巴蜀江油发电厂党委书记兼检修副总经理。 收稿日期 2008 - 08 - 10 上接第18页 的回收利用,将大大降低火电厂新鲜水耗用量。 4. 2 建立可操作的水务管理制度和体系 管理体系的健全与否、 制度执行是否严格,都将 直接影响到水务管理的成效。针对目前的水务管理 状态,仍需制定严格的取水排水考核制度、 技术监督 制度及其他相关标准、 规范、 管理办法,定期进行全厂 水平衡测试及各水系统水质分析测试,加强对主要供 排水系统的监控调节,并加强部门间的密切配合和相 互协调,有针对性地制定出切实可行的节水技术措施 和规划,制定可操作的管理和考核制度,严格按照取 水排水等定额标准,使火力发电厂达到用水合理化和 管理科学化、 法制化、 信息化 [ 9 ]。 4. 3 采用先进的水务管理监控技术 全厂水系统的监测与控制是实施科学的水务管理 不可缺少的保证。随着火力发电厂机组容量的增大, 热力参数的提高,对水系统的监测提出了更严格的要 求,采用高灵敏度、 高准确性和快速的分析方法及监测 技术成为必然要求。通过及时准确的检测,可以为水 务管理提供可靠信息,避免管理上的盲目性。监测系 统通过相关仪表或化学分析法了解各种水质、 水量在 系统中的变化状况,随时发现问题,并采取措施排除事 故隐患,使全厂水务管理提高到一个新水平。 5 结 语 火电厂节水是一项综合性的工作,必须按照一定 的程序循序渐进的进行。通过对火电厂用水系统和 排水系统的水质特征研究,采取合理的节水工艺、 完 善水系统的水量平衡,来达到火电厂合理用水、 节约 用水、 降低耗水量的目的。新的节水技术的实施,不 仅节约了用水,同时也缓解了水资源短缺的矛盾,为 发电公司带来了巨大的经济效益。 参考文献 [1 ] 王佩璋.火电厂节水新技术与应用[J ].电力勘测设计, 2005,1 74 - 77. 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