董小錄，裴居峰

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

0 引言

2015年4月16日，國務(wù)院發(fā)布《水污染行動計(jì)劃》 （《水十條》），要求實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理，提高用水效率，嚴(yán)格用水定額管理。自此，火電廠在水資源利用方面的壓力陡然提升，加快落實(shí)深度節(jié)水任務(wù)迫在眉睫。

山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司（以下簡稱“河津電廠”） 一期2臺機(jī)組為2×350 MW亞臨界參數(shù)濕冷式汽輪發(fā)電機(jī)組，日本三菱公司制造，分別于2000年8月和2000年11月投產(chǎn)。濕冷機(jī)組的發(fā)電水耗普遍偏高。2015年之前，河津電廠一期機(jī)組發(fā)電水耗為2.55 kg/（kW·h）左右，亟待尋求一個有效降低發(fā)電水耗的辦法。一期機(jī)組最大的用水系統(tǒng)是循環(huán)水系統(tǒng)，最有效的節(jié)水措施就是提高循環(huán)水濃縮倍率。

1 循環(huán)水系統(tǒng)概況

一期機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)保有水量為15000 m3，循環(huán)水量為38000 m3/h。凝汽器換熱管均為HSn70-1A黃銅管，空抽區(qū)為BFe30-1-1白銅管。循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水水源為黃河?xùn)|岸地下水。投產(chǎn)以來，水源水質(zhì)持續(xù)惡化，生水含鹽質(zhì)量濃度及氯離子質(zhì)量濃度不斷升高。投產(chǎn)時(shí)氯離子質(zhì)量濃度為70 mg/L左右，2010年為100 mg/L左右，2015年為130 mg/L左右，2018年達(dá)200 mg/L左右。

生水經(jīng)過雙流弱酸床處理后作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。設(shè)計(jì)弱酸床運(yùn)行終點(diǎn)堿體積濃度為1.7 mmol/L，出水平均pH值為4.5左右，水的腐蝕性比較強(qiáng)，因此作為循環(huán)水的補(bǔ)充水時(shí)配比了約30%的生水。配比生水可以降低補(bǔ)充水的腐蝕性，但補(bǔ)充水的堿度也隨之增大，使得循環(huán)水系統(tǒng)容易結(jié)垢，從而限制了濃縮倍率。

2010年一期機(jī)組循環(huán)水的緩蝕阻垢試驗(yàn)結(jié)果表明，在添加緩蝕阻垢劑的條件下，循環(huán)水系統(tǒng)鈣體積濃度與堿體積濃度之和應(yīng)小于等于12.65 mmol/L，氯離子質(zhì)量濃度應(yīng)小于380 m g/L。試驗(yàn)時(shí)生水氯離子質(zhì)量濃度約為100 mg/L左右，濃縮倍率可達(dá)3.8倍。2015年氯離子質(zhì)量濃度達(dá)130 mg/L左右，循環(huán)水中氯離子質(zhì)量濃度為380 mg/L左右時(shí)，對應(yīng)的濃縮倍率不到3倍。

也就是說，在當(dāng)時(shí)的條件下循環(huán)水濃縮倍率無法提高，主要受到以下兩個因素的制約。

a）若循環(huán)水中鈣體積濃度與堿體積濃度之和大于12.65 mmol/L，會導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢。

b） 若循環(huán)水中Cl-質(zhì)量濃度增大，會導(dǎo)致凝汽器銅管發(fā)生腐蝕。

2 提高循環(huán)水濃縮倍率的措施

a）根據(jù)《發(fā)電廠凝汽器及輔機(jī)冷卻器管選材導(dǎo)則》 （DL/T 712—2010），HSn70-1A黃銅管循環(huán)水中氯離子質(zhì)量濃度應(yīng)小于400 mg/L；316L不銹鋼管循環(huán)水中氯離子質(zhì)量濃度應(yīng)小于1000 mg/L。為此，可將凝汽器HSn70-1A黃銅管更換為316L不銹鋼管。在2015年的水質(zhì)條件下，循環(huán)水濃縮倍率可提高至5～6倍。由于銅材的市場價(jià)格高于不銹鋼，凝汽器換熱管可以免費(fèi)由銅管更換為不銹鋼管。

b）改變?nèi)跛岽驳倪\(yùn)行方式，對弱酸床進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，通過試驗(yàn)達(dá)到以下目的：提高弱酸床出水的平均pH值，循環(huán)水補(bǔ)充水只補(bǔ)充弱酸床出水，使得循環(huán)水系統(tǒng)既不容易結(jié)垢也不容易腐蝕，從而可有效提高循環(huán)水的濃縮倍率。

3 節(jié)水量估算

將凝汽器HSn70-1A黃銅管更換為316L不銹鋼管，提高循環(huán)水的濃縮倍率后的節(jié)水情況進(jìn)行了以下計(jì)算。

3.1 循環(huán)水系統(tǒng)的3部分損失

a）蒸發(fā)損失。冷卻塔進(jìn)出口水溫每相差5℃，蒸發(fā)損失率夏季0.8%，冬季0.4%。河津電廠冷卻塔進(jìn)出口溫差一般為8℃左右。

b）吹散及泄漏損失。自然通風(fēng)冷卻塔的吹散及泄漏損失為0.3%～0.5%。

c）排污。循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水就是為了補(bǔ)充以上幾方面的損失。對于一定的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，蒸發(fā)損失和風(fēng)吹泄漏損失是一定的，因此補(bǔ)充水量的多少取決于排污水量的大小。

3.2 根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)中的水量平衡和鹽量平衡計(jì)算損失率

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)中的水量平衡和鹽量平衡，循環(huán)水的排污損失率和蒸發(fā)損失率、風(fēng)吹泄漏損失率、濃縮倍率的關(guān)系為

式中：Pp——循環(huán)水排污損失率，%；

Pz——循環(huán)水蒸發(fā)損失率，%；

Pp——循環(huán)水風(fēng)吹泄漏損失率，%；

φ——循環(huán)水濃縮倍率。

3.2 循環(huán)水補(bǔ)充水等損失量

循環(huán)水補(bǔ)充水率和排污率、蒸發(fā)損失率、風(fēng)吹泄漏損失率的關(guān)系為

式中：Pb——循環(huán)水補(bǔ)充水率，%。

3.4 節(jié)水量計(jì)算

以單臺機(jī)組計(jì)：循環(huán)水系統(tǒng)儲水量15000 t，循環(huán)水流量以38000 t/h（夏季）計(jì)，蒸發(fā)損失率取2個數(shù)值1.0%（一般情況） 和1.5%（極端情況），風(fēng)吹泄漏損失率取2個數(shù)值0.1%（小風(fēng)）和0.3%（大風(fēng)），計(jì)算4種不同條件下的排污水量和補(bǔ)充水量，計(jì)算結(jié)果如下。

3.4.1 第一種工況

Pz＝1.5%，Pf＝0.3%

蒸發(fā)損失量加風(fēng)吹泄漏損失量：38000×（1.5%＋0.3%） ＝684 t/h。

此時(shí)，在不同濃縮倍率和排污率的工況下，對應(yīng)的循環(huán)水排污水量和補(bǔ)充水量如表1所示。

表1 第一種工況下的循環(huán)水的排污水量和補(bǔ)充水量

3.4.2 第二種工況

Pz＝1.5%，Pf＝0.1%

蒸發(fā)損失量加風(fēng)吹泄漏損失量：38000×（1.5%＋0.1%） ＝608 t/h。

此時(shí)，在不同濃縮倍率和排污率的工況下，對應(yīng)的循環(huán)水排污水量和補(bǔ)充水量如表2所示。

表2 第二種工況下的循環(huán)水的排污水量和補(bǔ)充水量

3.4.3 第三種工況

Pz＝1.0%，Pf＝0.3%

蒸發(fā)損失量加風(fēng)吹泄漏損失量：38000×（1.0%＋0.3%） ＝494 t/h

此時(shí)，在不同濃縮倍率和排污率的工況下，對應(yīng)的循環(huán)水排污水量和補(bǔ)充水量如表3所示。

表3 第二種工況下的循環(huán)水的排污水量和補(bǔ)充水量

3.4.4 第四種工況

Pz＝1.0%，Pf＝0.1%

蒸發(fā)損失量加風(fēng)吹泄漏損失量：38000×（1.0%＋0.1%） ＝418 t/h

此時(shí)，在不同濃縮倍率和排污率的工況下，對應(yīng)的循環(huán)水排污水量和補(bǔ)充水量如表4所示。

表4 第二種工況下的循環(huán)水的排污水量和補(bǔ)充水量

根據(jù)上述計(jì)算可知，在蒸發(fā)損失率為1.5%的條件下，濃縮倍率從3倍提高到5倍，單臺機(jī)組補(bǔ)水量從855 t/h降到712.5 t/h，每小時(shí)可節(jié)水142.5 t，2臺機(jī)組每天可節(jié)水6840 t。

在蒸發(fā)損失率為1.0%的條件下，濃縮倍率從3倍提高到5倍，單臺機(jī)組補(bǔ)水量從570 t/h降到475 t/h，每小時(shí)可節(jié)水95 t，2臺機(jī)組每天可節(jié)水4560 t。

計(jì)算可知，若將循環(huán)水濃縮倍率從目前的3倍提高到5倍，2臺機(jī)組每天節(jié)水量以5700 t計(jì)，每年以300 d計(jì)，年發(fā)電量以36億kW·h計(jì)，水耗可降低約0.475 kg/（kW·h）。節(jié)水效果十分可觀。

4 弱酸床的出力

將凝汽器HSn70-1A黃銅管更換為316L不銹鋼管，可以提高循環(huán)水的濃縮倍率。需要考慮的問題是，以往循環(huán)水補(bǔ)水配比了30%左右的生水，若只補(bǔ)充弱酸床出水，弱酸床的出力是否滿足要求，是否需要增加弱酸床。

弱酸床共設(shè)置有7臺。濃縮倍率提高至5倍時(shí)，2臺機(jī)組日補(bǔ)水量為21000～22000 t，弱酸床的出力為230 t/h左右，4臺弱酸床運(yùn)行即可滿足補(bǔ)充水量需求?？紤]到夏季補(bǔ)水量大，最大日補(bǔ)水量以32000 t計(jì)，6臺弱酸床可滿足循環(huán)水補(bǔ)水要求。

一般情況下日補(bǔ)水量大于30000 t的時(shí)候很少，因此提高濃縮倍率到5倍時(shí)，即使在夏季蒸發(fā)量很大時(shí)，一般5臺弱酸床即可滿足補(bǔ)水量需求。

5 降低水消耗的改造措施

經(jīng)過上述論證，認(rèn)為將凝汽器銅管更換為不銹鋼管，可以提高循環(huán)水濃縮倍率至5倍，而且不需要增加弱酸床，隨后進(jìn)行了以下幾項(xiàng)工作。

a） 一期2臺機(jī)組于2016年12月—2017年3月，將凝汽器銅管更換為316L不銹鋼管。

b）對雙流弱酸床進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，確定了雙流弱酸床合理的運(yùn)行方式及終點(diǎn)控制指標(biāo)。弱酸床的運(yùn)行時(shí)間由原來的34 h延長至58 h左右，終點(diǎn)堿體積濃度由原1.0 mol/L左右提高至2.0 mmol/L左右。

c） 采取調(diào)整后的弱酸床出水水樣進(jìn)行了循環(huán)水的緩蝕阻垢試驗(yàn)，確定了循環(huán)水的各項(xiàng)控制指標(biāo)。

2017年3月份，一期2臺機(jī)組改造后重新投產(chǎn)。2017年3月，補(bǔ)充水中氯離子質(zhì)量濃度為180 mg/L左右，循環(huán)水的濃縮倍率控制在5倍左右；2018年，補(bǔ)充水中氯離子質(zhì)量濃度達(dá)200mg/L，循環(huán)水的濃縮倍率控制在4.5倍左右。

6 改造前后的發(fā)電水耗

改造前，2014年—2016年，一期2臺機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量為24700 t/d左右，發(fā)電水耗約為2.55 kg/（kW·h）。

2017年—2018年，一期2臺機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量為20200 t/d左右，與改造前相比，每天減少用水量約4500 t；發(fā)電水耗約為2.15 kg/（kW·h）。若不進(jìn)行改造的話，目前循環(huán)水濃縮倍率只能維持在小于1.9倍。改造后，節(jié)水效果明顯，達(dá)到了預(yù)期目的。