浅析降低火力发电厂发电水耗的措施

浅析降低火力发电厂发电水耗的措施

丁志强

河北大唐国际张家口热电有限责任公司 张家口 075000

摘要：火力发电厂的发电水耗是电厂运行管理的一个重要指标，直接影响机组的经济运行，也是节约生产成本的一项重要措施，降低发电水耗一直是运行日常工作的重点，本文中采用通过循环水加酸、提高循环水浓缩倍率、根据结垢指标控制循环水排污等方式，减少循环水的耗水量，达到降低发电水耗的目的。

关键词：火力发电厂、发电水耗、浓缩倍率、节水

一、引言：

张热公司共有两台汽轮机型号C315/250-16.7/538/538，是亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、单抽供热凝汽式机组，由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造。凝汽器采用单壳体，表面式双流程，冷却水双进双出，冷却管道材质为TP316L不锈钢，循环冷却水采用张家口污水处理再生水作为补充水，通过自然冷却通风塔冷却。

张热公司发电水耗的组成：

锅炉排污率

自来水 除盐水 凝汽器补水 正常水质损耗

发电用水的组成 循环水补水 排污率 系统泄漏

中水 工艺水（利用循环水排污）

脱硫用水

工业水（用于减速机、轴承冷却水）二、影响发电水耗的因素

1、锅炉排污率及系统泄漏

张家口热电有限责任公司的锅炉补给水处理水源为张家口市政供水厂的自来水。锅炉补给水处理系统采用了超滤、反渗透、一级除盐和混床系统的处理工艺。预处理设备采用全自动自清洗过滤器及超滤处理,以保证后续系统的正常运行；反渗透处理系统为预脱盐系统，能够除去水中的大部分溶解盐类，阳、阴床和混床装置为精脱盐设备，用来保障出水的水质指标。汽包炉水指标控制不当不仅会影响蒸汽携带盐类的增加，汽轮机通流部分结垢，影响机组安全运行，而且还会增加锅炉排污量，必然造成自来水用水量增大。

2、循环水补水量和脱硫用水量

张家口热电有限责任公司采用于张家口污水处理再生水作为循环水补充水，其中含有许多有机物和无机物的杂质，它们会在凝汽器不锈钢管内产生水垢、污垢和发生腐蚀。由于水垢、污垢的传热性很差，它的形成会导致凝结水温度升高，从而使凝汽器真空度降低，影响汽轮机的出力和运行的经济性。不锈钢管的腐蚀会减弱其机械强度，甚至会穿孔，使冷却水漏入凝结水中，影响锅炉的安全运行。三、影响冷却水塔耗水量的因素

一、循环水的水平衡

机组运行过程中，对于敞开式循环冷却水系统来说，会因蒸发、风吹、泄漏和排污损失部分水量，为了维持冷却系统保持所需的循环水量，在正常运行中必然要进行补水，即Pbu=P1+P2+P3+P4。

式中Pbu----补充水量占循环水量的百分数%

P1----蒸发损失占循环水量的百分数%

P2----风吹损失占循环水量的百分数%

P3---排污损失量占循环水量的百分数%

P4----泄漏损失占循环水量的百分数%（由于泄漏量较小，一般忽略不计）

Pbu=P1+P2+P3 （1）

水平衡的另一种表达式为

M=E+D+B （2）

式中M为补水量，E为蒸发损失量，D为风吹损失（包括飞溅、雾沫夹带），B为排污损失。

1、蒸发损失E

E=e△tQm （3）

e---损失系数，与季节有关，夏季25～30℃时，损失系数为0.15～0.16,冬季-15～10℃时为0.06～0.08，春、秋季0～10℃时，为0.10～0.12。

t ----循环水温升，即循环水出水温度与进水温度之差

Qm----循环水量

2风吹损失 D

风吹损失 D不易计算，一般是按0.1%～0.2%的冷却水量。

3、排污损失B

B=E/K-1 （4）

K----为循环倍率

二、循环水的盐量平衡

循环水系统在运行中过程中，由于循环水的蒸发作用，循环水中的cl-不断浓缩，因此需要通过排污降低循环水中cl-的含量，通常将循环水中的cl-的浓度与补充水中cl-浓度的比值称为循环倍率，当循环水中进入的盐类和失去的盐类达到平衡时。

K=(P1+P2+P3)/(P2+P3) （5）

Pbucl^-= (P2+P3) cl^-

三、循环水处理的控制：

1、通过加酸来控制循环水的PH值

循环水的加酸一般选用硫酸，而不用盐酸，这里有两个原因，一是硫酸的成本比盐酸低，而且硫酸不会腐蚀碳钢，另一个原因是采用盐酸，会增加循环水的cl-，从而影响浓缩倍率的计算。通过连续加酸控制循环水的PH值在8.2～8.5之间。

2、添加合适的碳钢专用缓蚀剂

依据GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》：若循环水系统中总Fe>1.0mg/L时应添加碳钢缓蚀剂，以解决循环水系统中碳钢材质的腐蚀问题。

3、浓缩倍率的确定

根据张家口热电公司补充水氯离子含量较高的实际情况，以及动态模拟试验和电化学腐蚀数据结果分析，循环冷却水的氯离子含量日常控制在≤1000 mg/L，短时间内（不超过一周）可适当放宽至≤1300 mg/L，但仍有不锈钢管的腐蚀风险存在。根据上述参数可以计算出张热公司循环水的浓缩倍率为3-4之间。

4、中水来水的指标的控制

通过浓缩倍率计算公式可以得出，补水的水质对浓缩倍率的有一定的影响，提高中水来水指标可以减少循环水的耗水量，因此控制中水来水指标是日常监督的重点工作。

5、通过结垢指标控制循环水的排污率

张热公司的两个循环水冷却塔采用串联运行方式，两个循环水塔分别有补水电动门与排污电动门，可以准确控制循环水的指标，减少循环水的排污量。日常循环水监督过程中通过计算循环水的结垢指标来控制循环水的排污量，减少循环水的损耗。

结垢指标计算公式：Ca2+﹡2.5+ MA﹡50≤1150

若全碱MA≤6 mmol/L控制，Ca2+的含量≤340mg/L，可以确保不锈钢管无腐蚀风险。

6、提高浓缩倍率对循环补水的影响

K=3时循环水的数据

K=4时的循环水的数据

通过上表可以看出在不同的浓缩倍率下，补水率的降低幅度是不同的，从节水的效果看，浓缩倍率在1.5～2之间为高效节水区，在2～3之间为效益明显区，在3～5之间为节水效益区；浓缩倍率＞5时，节水效果不明显，还会增加管道腐蚀风险

四、实际发电水耗的测算

1、自来水量的测算

若锅炉正常的汽水损失量按锅炉最大蒸发量1.5%计算，排污率按最大蒸发量的0.5%计算，机组在网运行天数按300计算。

锅炉补水量=1025*（1.5%+0.5%）*24*365=14760吨

化学制水设备中超滤的效率为95%，反渗透的效率为68%，离子交换器的效率为88%，计算可得全年自来水用水量为51928吨。

2、中水用水量的测算

张热循环水泵采用立式湿井式斜流泵，配备高低速电机，根据机组负荷及天气情况采用不同的运行方式，即冬季采用低速泵单泵运行，春秋两季采用高低速双泵运行方式，夏季采用两台高速运行方式。

若春秋及冬季浓缩倍率按4控制，夏季浓缩倍率按3控制，全年循环水耗水量为 4564800吨

发电水耗为=发电量/（循环水量*0.7+自来水量 ）kWh/kg

2020年全厂计划发电量为33亿千瓦时，测算全年发电水耗可完成为1.03 kWh/kg。

结束语：通过循环水结垢指标控制，提高循环水浓缩倍率，采用连续加酸，控制循环水PH，添加钢专用缓蚀剂缓解不锈钢管腐蚀等措施可以达到降低发电水耗的目的。

参考文献：1、李培元.火力发电厂水处理及水质控制【M】.北京：中国电力出版社，2000。

2、史海象.高浓缩倍率水处理技术在电厂的应用。工业水处理，2004（6）。

3、GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》。