从节水角度谈火力发电厂的设计思路

电力18讯：    
摘要：本文根据我国现行能源发展战略和水资源的矛盾状况，论述了水资源的严重短缺将是发展我国重大战略的瓶颈。因此，在富煤缺水地区进行电力规划设计时，首先考虑的问题是把节水作为电厂规划设计的第一要素。同时，对涉及到的节水型电站设计的各个因素作了较详细的分析。

关键词：水资源能源资源火电厂节水设计思路

1.能源发展战略和水资源的矛盾

1.1水资源和能源资源的不均衡状况分析

　　我国是一个水资源严重匮乏的国家,水资源总量约为2.8×1012m3，距世界第六位，但因人口众多，人均水资源占有量约2500m3,为世界人均的四分之一。另外，水资源分布也极不平衡，尤其我国黄河流域及以北的一些地区人均占有水资源只是长江流域及以南地区的四分之一，水资源极其匮乏。

　　从我国能源资源的分布看，作为主要能源的煤炭70以上基本上分布在黄河流域及以北地区，像我国的山西、内蒙古西部、陕西以及新疆等地区。而这些地区也是水资源极其匮乏的地区。目前，发电是煤炭能源利用的最好方式，但由于水资源匮乏,限制了这些地区火电的建设，尤其现在随着工业化进程的不断推进，需要建设大型燃煤电厂，水资源不足的矛盾将更加突出。

1.2我国的能源发展战略

　　为充分发挥北方地区能源资源和地理位置的独特优势，国家制定了走“大煤电、大市场、大配置”发展道路，实施煤电并重、输电为主的重大优化资源配置战略.“十一五”期间，国家把首条百万伏级特高压试验示范工程起点选择在山西地区，充分说明了这一点。为了实施好这一重大战略，我们必须解决好我国现行能源发展战略和水资源的矛盾状况，解决好水资源的严重短缺作为发展煤电并重、输电为主这一重大战略的瓶颈问题，也就是说，在“富煤缺水”地区进行电力规划设计时，首先考虑的问题是把节水作为电厂规划设计的第一要素。

2.火力发电厂节水设计思路

2.1发电厂循环冷却系统采用空冷设计

　　发电厂循环冷却系统采用空冷方式设计是火力发电厂节水最有效的途径。空冷是将汽轮机的乏气通过直接空气冷却方式、表面冷却方式、混合换热方式进行冷却的一种方式。在冷却过程中，系统的耗水极少。而湿冷是通过直流方式或者在湿式冷却塔内将循环水以“淋雨”方式与空气直接接触进行热交换。冷却过程中，由于蒸发、风吹、排污等损失，运行中循环水系统必须用大量的水进行补充，补充量大约为总冷却水流量的3。一个百万千瓦的火力发电厂循环水量大约7.5万吨/h,而循环水的补充水大约为2250t/h.耗水量相当大。

　　通过采用空冷技术的设计，系统的耗水极少，跟同容量的湿冷机组相比,其冷却系统本身就可节水97以上，全厂性节水约70以上,是火电厂节水量最多的一项技术。真正实现了节水的目的。

　　空冷系统有直接空冷系统和间接空冷系统,间接空冷又分为混合式（海勒式）和表面凝结式（哈蒙式）间接空冷系统。这些空冷技术在我国都得到了较好的应用。山西大同二电厂5#、6#机组是国内首次从匈牙利EGI公司引进的200MW海勒式间接空冷机组；山西太原二电厂四期工程的2×200MW机组采用的是哈蒙式间接空冷机组。随着国内外空冷技术的发展趋势以及基建投资、热经济性、维护费用、占地面积、防冻手段等来看,直接空冷明显优于间接空冷技术。因此这几年直接空冷系统得到了较好的发展。山西漳山发电公司的2×300MW机组是我国首台300MW直接空冷机组；大同二电厂二期工程的2×600MW机组是我国首台600MW直接空冷机组。还有古交兴能2×300MW、霍州兆光2×300MW、河津华泽铝电2×300MW、武乡和信2×600MW等机组都采用了直接空冷技术。

2.2电厂除灰、除渣系统

　　目前，火电厂水力除灰、除渣系统是火电厂仅次于湿冷系统的另一大用水系统。以冲灰水为例，如灰水比按1:15计，一个百万千瓦电厂的灰水排放量约为0.4～0.5m3/s，占电厂耗水量的一半。另外，冲灰水的水质非常差，处理费用较大，难于回收利用，并会造成地下水和地表水的二次污染；灰渣和水接触后失去活性而无法综合回收利用；灰水中氧化钙含量很高，灰管结垢严重等缺点。

　　发电厂采用干式除灰、除渣，系统可以做到完全不用水，这种技术产生的粉煤灰和炉渣均可回收利用作为很好的建筑材料。

　　干式除灰分为正压，低正压、负压气力除灰系统和各种机械除灰系统等，也可采用气力 机械除灰联合系统设计。目前应用较多的是正压输灰系统。其流程是：省煤器、电除尘器的灰斗下设置仓泵，将收集到仓泵的灰由压缩空气通过管道将灰输送至灰库储存。灰库中干灰可通过干灰散装机直接装入飞灰罐车送出，进行再次利用，也可通过湿式搅拌机将灰搅拌成含水15～25的调湿灰送至灰场碾压或填沟造田。

　　干式机械除渣系统主要由机械除渣系统、负压气力输送系统与渣仓系统三部分构成。其流程是：850℃左右的高温炉渣直接落在渣排上，依靠炉膛负压把空气吸入来冷却炉渣至150-200℃，经碎渣机破碎后进入渣仓，然后通过负压输送、气固分离,被收集到灰罐,后经卸灰球阀卸到储渣仓。最后通过布置在仓底的汽车散装机装车运出。整个过程不仅一点水也不用，而且还能将冷空气加热到300～400℃（相当于二次风的送风温度）,回收了炉渣中的热量。从而，减少了锅炉的热量损失，提高了锅炉的效率

　　干式除灰、除渣设备通过近年的技术引进和消化吸收，技术已趋于成熟。由于这一系统在环保、节能、节水、灰渣综合利用等方面的强大优势，以及国产化程度的不断提高，必将在更多的发电企业被积极采用，并发挥重要的作用。

2.3锅炉补给水系统

　　水作为电厂热力系统的工质，在密闭循环做功过程中，汽水不可避免会有一些损失，这些损失来自于锅炉排污（定排和连排）损失、排汽损失、取样损失、吹灰损失和漏汽损失等，这些损失必须及时补充才能维持热力系统正常的水汽循环。因此锅炉补给水是电厂不可缺少的一项用水，但补给水并不是很大。补给水率，国家有相关标准，中小型机组补给水率是锅炉额定蒸发量的2，而大型机组为6‰。这样，一套60万千瓦的火电机组一小时的补给水量为12吨。

　　为保证电厂安全运行，电厂要加强管理，提高补给水的质量，杜绝热力系统水汽的跑冒滴漏，使锅炉的补给水率达到相关标准。努力实现无渗漏电厂。

2.4辅助设备的冷却系统

　　辅助设备的冷却水（工业冷却水）是指除汽轮机凝汽器冷却之外的其它设备的冷却用水，如冷油器用水，各种风机、水泵等转动机械的冷却用水等。这些冷却用水量都应考虑集中处理。处理可采用间接空冷的办法，也就是通过建设小型空冷塔，使辅助设备的冷却用水密闭循环，基本上可以做到不消耗水。

　　如果采用敞开式湿式循环冷却系统，可采用电厂经过处理后的工业废水、化学废水、生活污水（处理后的中水）作为辅助循环冷却水系统的补充水。目前，这种废水经过处理后补充到循环水系统的模式在好多电厂得到了应用，起到了进一步合理用水和节水的目的。


2.5脱硫系统用水

　　国家为了在电力建设工业的蓬勃发展中保护环境。目前，在新建的电厂中均要求采用脱硫技术，从用水角度划分，火电厂烟气脱硫分为干法脱硫、湿法脱硫两大类。

　　干法脱硫技术不需要耗水或只消耗少量水。但干法脱硫的脱硫效率比湿法脱硫略低。因此，应根据地区水资源状况综合考虑。另外，采用新型干法脱硫技术，如活性焦脱硫技术、脱硫灰多次循环利用的一体化脱硫技术可以同时达到节水和脱硫效率高的目的。

　　湿法脱硫在脱硫过程中要消耗一定量的水。但由于这种方法脱硫效率高、技术成熟、对煤种适应性强、吸收剂便宜等优点被广泛应用。因此，必须采用湿法脱硫时，应考虑脱硫工艺用水的回收和多次循环利用，或者用电厂辅助设备冷却系统的排污水作为脱硫工艺用水。进一步达到节水的目的。

2.6煤场用水

　　国内大部分电厂的煤场是露天的，需要不断喷水压尘或降温、输煤栈桥冲洗等，这要消耗一些水。但是煤场用水水质要求不高。因此，这方面用水也应用经过处理后的工业废水、化学废水和生活污水等经常性废水和平时收集的非经常性废水。另外煤场产生的废水可以重复利用，以进一步减少水的消耗。

　　对于坑口电厂，可以不在电厂内建设煤场，而在锅炉边建设大容量的立式储煤仓，煤炭开采出来后直接用封闭式皮带送入储煤仓，使电厂用煤做到完全封闭。这样可以就做到完全不用水来喷水压尘和降温；或对煤场、输煤皮带整个系统进行全封闭，也可以达到完全不用水的目的。

2.7电厂生活用水

　　生活用水也是电厂用水中不可缺少的一项用水。因此，除了从人员编制上控制用水、树立节水理念等节水措施外，主要应将电厂人们生活用后的污水进行处理后再利用，电厂的许多方面用水水质要求并不高，如循环系统补水、煤场用水等。也可考虑员工饮用水和其它生活用水分开的措施，以进一步合理用水达到节水的目的。

2.8电厂内绿化用水

　　北方地区比较干旱，电厂内要消耗一定的绿化用水。这项用水应主要从厂内各类废水，经过处理后用于全厂绿化。绿化对水质有一定的要求，但不是很高，而有些废水的成分对绿化及植物的生长有一定的益处。因此，应借助于水质分析手段，找出适合绿化的水质。

2.9实施“零”排放工程设计

　　电厂在设计初期，通过采用新的水处理技术、采取节约性设计措施、减少排污和废水回收循环利用等节水措施使电厂实现“零”排放。电厂在投产以后应根据电厂用水系统的要求，积极开展全厂性水平衡测试，掌握全厂用水状况，并加强水务管理，改进水处理工艺，减少生产过程用水量和废水排放量，加大废水回收力度等方法，最终达到废水零排放。

3节水设计综合分析

　　上述几个方面，除了锅炉补给水外，其他如循环冷却水、除灰除渣用水、辅助设备冷却用水、脱硫用水、煤场压尘用水等都可以在节水性设计的基础上和电厂对水的合理应用上不再消耗水。

　　按现行标准设计,1000MW的湿冷火电厂，需要1m3/s的水，若能按节水方式设计，1000MW的火电装机一小时只需150吨水节约用水高达97。这只是较理想的状况。如果考虑到充分的余地，一台600MW燃煤机组仍能节水90。大大实现了节水的目的。

　　综上所述，采用节水型设计的电厂更有利于充分发展我国北方地区的能源发展战略，在此基础上，使富煤缺水地区的生态系统和能源综合利用维持健康发展的轨道。从而，使我国整个能源系统和生态系统均步入正常轨道。