供熱電廠水務(wù)管理及耗水量分析

1、1 供熱電廠水務(wù)管理及耗水量分析水工室 陳承憲摘要：供熱電廠一般有對(duì)外供汽的要求，其水務(wù)管理和耗水量與常規(guī)電廠的差異因此也備受關(guān)注。 本文結(jié)合若干個(gè)工程實(shí)例，對(duì)供熱電廠的水務(wù)管理及耗水量進(jìn)行了分析，可供熱電廠的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及決策方參考。關(guān)鍵字：熱電廠水務(wù)管理耗水量在我國(guó)，為了提高熱效率， 單純以發(fā)電為目的的純凝發(fā)電機(jī)組容量和進(jìn)汽參數(shù)日益提高，目前大容量純凝機(jī)組已達(dá)到1000mw 級(jí)以上，機(jī)組的進(jìn)汽參數(shù)也先后由亞臨界、 超臨界發(fā)展至超超臨界等級(jí)。多年以來， 純凝發(fā)電機(jī)組一直是我國(guó)火力發(fā)電廠主流機(jī)型。 近年來，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市供熱電廠也異軍突起。 供熱電廠因其燃料能量能夠被有效的

2、梯級(jí)利用，熱效率方面具有一般的純凝發(fā)電廠所無可比擬的優(yōu)勢(shì)，因而更符合國(guó)家節(jié)能減排的大政方針，并且能夠在電網(wǎng)內(nèi)享受以熱定電的待遇， 預(yù)計(jì)將在今后一段時(shí)間成為電力建設(shè)的主流機(jī)型之一。相對(duì)純凝發(fā)電機(jī)組而言， 一般的供熱電廠均有對(duì)外供汽的特殊要求，因而其水務(wù)管理和耗水量與常規(guī)電廠的差異因此也備受關(guān)注。火力發(fā)電廠的水系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，全廠的水務(wù)管理和耗水量會(huì)因外部條件、系統(tǒng)工藝流程的不同而有較大區(qū)別，所以，探討供熱電廠的水務(wù)管理和耗水量問題必須針對(duì)具體外部條件和內(nèi)部工藝系統(tǒng)流程，具體問題具體分析。1 供熱電廠供水條件影響電廠水務(wù)管理和水平衡的主要因素是主冷卻系統(tǒng)和外部水源條件。1.1主冷卻系統(tǒng)供熱電廠的

3、主冷卻系統(tǒng)與一般純凝機(jī)組沒有本質(zhì)區(qū)別，只是供熱機(jī)組承擔(dān)供熱任務(wù)后，汽輪機(jī)冷端熱負(fù)荷相對(duì)減少，所以，相比一般同容量的純凝機(jī)組，供熱機(jī)組的主冷卻系統(tǒng)規(guī)模相對(duì)較小。供熱電廠的主冷卻系統(tǒng)一般分為直流供水系統(tǒng)、冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)以及空冷系統(tǒng)等幾種冷卻形式。 其中直流供水系統(tǒng)又分為海水直流供水系統(tǒng)和淡水直流供水系統(tǒng)，冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)又分為海水冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)和淡水冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)，空冷系統(tǒng)有分為直接空冷系統(tǒng)和間接空冷系統(tǒng)。從耗水量的角度，海水直流供水系統(tǒng)和海水冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)對(duì)淡水沒有2 消耗；淡水直流供水系統(tǒng)的冷卻方式以接觸傳熱為主，淡水冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)的冷卻方式以蒸發(fā)散熱為主， 所以直流供水

4、系統(tǒng)比冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)淡水消耗量要少得多， 實(shí)際計(jì)算結(jié)果表明， 直流供水系統(tǒng)由于水溫溫升引起的附加蒸發(fā)損失還不及冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)蒸發(fā)損失的1% ；空冷系統(tǒng)如果沒有噴濕度夏要求，其對(duì)淡水的消耗量也微乎其微， 但空冷系統(tǒng)由于機(jī)組排汽背壓較高，機(jī)組整體熱效率較低。 因此，當(dāng)外部水源條件允許時(shí)， 采用直流供水系統(tǒng)或空冷系統(tǒng)可大大減少淡水的消耗。1.2外部水源條件供熱電廠的外部水源一般可為城市中水、地表水、礦井疏干水以及海水等。由于供熱電廠一般靠近城市， 淡水資源往往比較缺乏， 因此，城市中水作為電廠的淡水水源已成為發(fā)展潮流。 部分濱海供熱電廠由于城市中水不足，電廠的全部水源均來自海水， 主冷卻水系

5、統(tǒng)采用海水直流或海水冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)，電廠所需的淡水水源通過海水淡化制取。因此，外部水源條件與主冷卻方案之間也存在內(nèi)在制約關(guān)系。2 供熱電廠主要耗水用戶供熱電廠的主要耗水點(diǎn)大多與常規(guī)純凝發(fā)電廠相同，主要區(qū)別在于供熱電廠增加了熱用戶。供熱電廠主要耗水點(diǎn)見下表。供熱電廠常見主要耗水項(xiàng)目表 2-1 序號(hào)用水項(xiàng)目回收可能性備 注可能回收不可回收部分回收不確定1 冷卻塔蒸發(fā)損失2 冷卻塔風(fēng)吹損失3 冷卻塔排污水量4 主廠房?jī)?nèi)雜用水進(jìn)處理站部分視為回收5 鍋爐排污降溫池冷卻水6 輸煤棧橋沖洗用水進(jìn)處理站部分視為回收7 噴水除塵用水8 灰?guī)旒訚駭嚢铏C(jī)用水9 除渣系統(tǒng)補(bǔ)水10 制氫站用水11 汽水損失12

6、閉式冷卻水補(bǔ)水13 汽水取樣回收3 14 鍋爐排污15 一級(jí)反滲透排水16 凝結(jié)水精處理排水進(jìn)處理站部分視為回收17 澄清池排水進(jìn)處理站部分視為回收18 生活用水進(jìn)處理站部分視為回收19 綠化及沖洗汽車20 脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水21 原水水預(yù)處理自用水隨污泥帶走22 原水預(yù)處理加藥設(shè)備用水補(bǔ)回預(yù)處理系統(tǒng)23 空預(yù)器沖洗24 廢水處理站隨污泥帶走25 熱網(wǎng)補(bǔ)水供 熱 電 廠 特有，多數(shù)采暖熱網(wǎng)可回收26 油區(qū)用水或用汽27 軸封用水28 對(duì)外供汽供 熱 電 廠 特有，一般無法回收29 暖通空調(diào)用水注：顏色突出部分為供熱電廠特有用水項(xiàng)目由表 2-1 可見，供熱電廠的耗水項(xiàng)目與大多純凝電廠相同，只是增加了熱

7、網(wǎng)補(bǔ)水和工業(yè)供汽項(xiàng)目。 從已建和在建供熱電廠項(xiàng)目來看，熱網(wǎng)補(bǔ)水和對(duì)外供汽是用水大戶，且往往無法回收，是供熱電廠乃至熱網(wǎng)系統(tǒng)需要重點(diǎn)關(guān)注的用水對(duì)象，有時(shí)甚至成為項(xiàng)目可行性的關(guān)鍵。3 供熱電廠水務(wù)管理的關(guān)鍵水務(wù)管理的目標(biāo)是優(yōu)化系統(tǒng)用水流程，通過完善的監(jiān)控機(jī)制， 使電廠在安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，達(dá)到最大限度的節(jié)約用水。供熱電廠內(nèi)部水務(wù)管理并無特別之處，關(guān)鍵是提高包括外部熱用戶在內(nèi)的外部水務(wù)管理水平。 供熱電廠中熱網(wǎng)補(bǔ)水和對(duì)外供汽是新增的主要用水大戶，這兩項(xiàng)耗水又與外部用戶有著錯(cuò)綜復(fù)雜的聯(lián)系，供熱電廠的水務(wù)管理因而比較復(fù)雜，難以掌控。從若干個(gè)工程實(shí)踐來看， 一般供熱電廠向外提供的工業(yè)蒸汽的冷凝水多數(shù)無法

8、返回， 少數(shù)采暖熱網(wǎng)由于老化嚴(yán)重也會(huì)有大量循環(huán)水泄漏消耗，造成水資源的大量浪費(fèi)。 供熱電廠的水務(wù)管理只有在地方規(guī)劃部門、熱用戶、供熱管理4 部門以及供熱企業(yè)等多方面積極參與下才有可能獲得滿意效果。地方政府以及地方規(guī)劃部門應(yīng)當(dāng)對(duì)熱用戶宣傳節(jié)水意識(shí)，盡量回收那些可以回收的凝結(jié)水，必要時(shí)通過政策導(dǎo)向鼓勵(lì)企業(yè)采取節(jié)水措施，完善硬件基礎(chǔ)設(shè)施，杜絕跑冒滴漏。只有多方位參與，供熱電廠的節(jié)水目標(biāo)采能真正實(shí)現(xiàn)。供熱電廠內(nèi)部要在設(shè)計(jì)上提高技術(shù)監(jiān)控水平，運(yùn)行上提高日常管理水平， 在積累經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 建立各方廣泛參與的水務(wù)管理預(yù)警機(jī)制。做到有問題能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)問題能及時(shí)處理， 處理問題能及時(shí)備案， 解決問題后能及

9、時(shí)總結(jié)反饋。總而言之，狹義上的水務(wù)管理只集中在供熱電廠的內(nèi)部，廣義上的水務(wù)管理不僅包括供熱企業(yè)， 還應(yīng)包含政府、 熱用戶乃至社會(huì)的廣泛參與和配合，供熱電廠的水務(wù)管理應(yīng)屬于廣義上的水務(wù)管理范疇。4 供熱電廠耗水量分析供熱電廠的耗水量視工藝系統(tǒng)的不同而不同，有的工藝流程耗水指標(biāo)會(huì)大大高于常規(guī)純凝電廠， 有的工藝流程則會(huì)明顯低于常規(guī)純凝電廠的耗水指標(biāo)。影響供熱機(jī)組耗水指標(biāo)的主要因素包含水源條件、主冷卻系統(tǒng)工藝、主機(jī)機(jī)型等。4.1供熱電廠不同工藝系統(tǒng)對(duì)耗水指標(biāo)的影響分析供熱電廠與耗水指標(biāo)有關(guān)的比較常見的不同工藝組合耗水指標(biāo)優(yōu)劣排序參見表 4.1-1 。供熱電廠不同工藝組合耗水指標(biāo)排序表 4.1-1 方

10、案序號(hào)工業(yè)水水源主冷卻系統(tǒng)供熱工藝參考節(jié)水指標(biāo)排序參考經(jīng)濟(jì)性排序地表水中水疏干水海水淡化淡水塔淡水直流或冷卻池海水塔海水直流空冷抽凝機(jī)組冷凝水回收抽凝機(jī)組冷凝水不回收背壓機(jī)組冷凝水回收背壓機(jī)組冷凝水不回收1 1 10 2 1 5 3 1 1 4 1 7 5 2 34 6 2 20 7 2 35 8 2 21 9 2 33 10 2 19 11 2 32 12 2 18 13 3 11 14 3 12 15 3 9 16 3 8 17 4 42 18 4 43 5 方案序號(hào)工業(yè)水水源主冷卻系統(tǒng)供熱工藝參考節(jié)水指標(biāo)排序參考經(jīng)濟(jì)性排序地表水中水疏干水海水淡化淡水塔淡水直流或冷卻池海水塔海水直流空冷抽

11、凝機(jī)組冷凝水回收抽凝機(jī)組冷凝水不回收背壓機(jī)組冷凝水回收背壓機(jī)組冷凝水不回收19 4 41 20 4 40 21 5 27 22 5 26 23 5 45 24 6 25 25 7 30 26 7 15 27 7 31 28 7 17 29 7 29 30 7 14 31 7 36 32 7 22 33 8 4 34 8 6 35 8 3 36 8 13 37 9 38 38 9 39 39 9 37 40 9 44 41 10 24 42 10 23 43 10 46 44 11 28 45 12 2 46 12 16 47 12 2 48 12 47 注：排序靠前的指標(biāo)較好，經(jīng)濟(jì)性排序不確定

12、性因素較多，應(yīng)具體工程具體分析表 4.1-1 給出的耗水指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性排序僅為定性排序，僅能供外部條件不十分明確時(shí)初步參考， 當(dāng)廠址地理位置、 地質(zhì)條件、 產(chǎn)品及原材料價(jià)格浮動(dòng)時(shí)均可能導(dǎo)致上述排序的改變。從表 4.1-1 可見，當(dāng)機(jī)組型式為背壓機(jī)組且外部疏水全部回收時(shí)，耗水指標(biāo)最佳，經(jīng)濟(jì)性也最好， 原因是背壓機(jī)組的冷端熱負(fù)荷完全被用戶所利用，最大限度提高了熱利用效率，且沒有一般冷卻塔散熱過程帶來的蒸發(fā)水量損失。當(dāng)機(jī)組型式為背壓機(jī)組且外部疏水無法回收時(shí)，耗水指標(biāo)最大， 原因是供熱機(jī)組冷端熱負(fù)荷減少引起的冷卻塔蒸發(fā)損失減少幅度一般要小于機(jī)組對(duì)外供汽量的增加幅度。 這一現(xiàn)象從物理學(xué)的角度也容易解釋，冷

13、卻塔對(duì)外散熱至少包含兩部分，即向空氣蒸發(fā)傳熱和接觸傳熱，而不完全依靠蒸發(fā)散熱，因此，當(dāng)進(jìn)入6 凝汽器的排汽量減少時(shí)， 冷卻塔的蒸發(fā)損失并不會(huì)等量減少，而要小于排汽量的減少幅度。 故總體來說， 當(dāng)向外供熱負(fù)荷增加且疏水無法回收時(shí)，全廠的耗水指標(biāo)有增大的趨勢(shì)。4.2供熱電廠與常規(guī)純凝電廠耗水指標(biāo)對(duì)比分析根據(jù) 4.1 節(jié)的分析不難得出這樣的結(jié)論， 當(dāng)供熱電廠的外部疏水全部或大部分回收時(shí)，其耗水指標(biāo)要低于同容量的純凝電廠；當(dāng)供熱電廠的外部疏水全部無法回收時(shí)，其耗水指標(biāo)要高于同容量的純凝電廠；當(dāng)供熱的電廠的外部疏水回收能力介于以上兩者之間時(shí)，其耗水指標(biāo)則應(yīng)根據(jù)具體工程具體計(jì)算。5 結(jié)論及建議5.1結(jié)論供

14、熱電廠水務(wù)管理水平和耗水指標(biāo)是否先進(jìn)，關(guān)鍵在于電廠向外供熱產(chǎn)生的疏水能否充分回收。當(dāng)供熱電廠的外部疏水能夠充分回收時(shí)，外部熱負(fù)荷越大，電廠耗水指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性越優(yōu)， 因而當(dāng)背壓機(jī)組的外部疏水能夠全部回收時(shí)，電廠的耗水指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性最佳。5.2建議5.2.1立足于建設(shè)集約型社會(huì)高度，應(yīng)鼓勵(lì)供熱電廠的外部熱用戶采取措施回收凝結(jié)水疏水。5.2.2外部熱負(fù)荷情況是供熱電廠優(yōu)化配置的最關(guān)鍵因素之一，供熱電廠建廠前，地方政府和規(guī)劃部門應(yīng)對(duì)城市和工業(yè)熱負(fù)荷前景充分研究，為電廠的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，確保供熱電廠投運(yùn)后能夠長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。【參考文獻(xiàn)】1 國(guó)電電力長(zhǎng)興島熱電廠2300mw 級(jí)新建工程可行性研究報(bào)告，東北電力設(shè)計(jì)院， 2009年；2 大唐國(guó)際遼中熱電廠