提高火电冷却水利用率，节水技术措施成果

火力发电是用水量较大的行业，据1995年统计，全国火力发电量8073.4 亿kW·h，取新水量达353.7 亿m3，大约每发1kW·h电需水0.044m3。其用水环节主要是循环水系统、除尘用水、锅炉补充水、轴承冷却、空调用水、煤场防尘喷水、生活用水等。亦可分为主要生产用水，如冷却水、冲灰水、软化水及其他用水，其中冷却水约占90%，冲灰水约占6%。

（一）行业生产及用水基本过程

火力发电基本生产过程是：给水通过锅炉（煤炭在锅炉内燃烧放出热量）加热蒸发成蒸汽，经过加热器进一步加热成为过热蒸汽，然后经管道送入汽轮机。

在汽轮机中蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽冲动汽轮机的转子，带动发电机发电。

发电机发出的电除厂用电外，经主变压器升压后送入电网。

在汽轮机膨胀过程中，蒸汽压力和温度不断降低，最后排入凝汽器。在凝汽器中，汽轮机的乏汽被冷却水冷凝结成水，凝结水经凝结泵升压，经低压加热器和除氧器提高水温并除去水中的氧（防止腐蚀炉管等），再由给水泵进一步升压，然后经高压加热器送入锅炉（见图7-2）。

图7-2　火力发电生产过程

（二）提高冷却水利用率

火力发电若采用直流式用水系统（一次通用型），用水量高达1500m3/万kW·h，而采用封闭式循环用水系统为100～150m3/万 kW·h，如结合采取其他节水技术措施，用水量可降至30～40m3/万kW·h，如若采用空气冷却系统，其用水量约为2m3/万kW·h左右。可见在火力发电行业节水潜力很大。

直流（开式）供水方式生产过程分以下几个循环：原水（通称循环水）经过循环泵送入汽轮机凝汽器，冷却汽轮机的排汽；送入发电机空冷机冷却发电机空（氢）气；送入冷油器冷却汽轮机、发电机油系统。上述系统回水排入原水源处。

另一部分，作为工业水水源，冷却附属设备运转轴承，回水也排入原水源处。一般该方式水量损失极少，水质变化不大，只是水温有所升高。

采用闭式循环供水系统的电厂，需建造冷却水塔。回水回到冷却塔，重复使用。此种方式由于冷却塔的蒸发、风损等原因，水量有所消耗，此外由于循环使用水中盐溶解需要排污。这些都需要补充一部分原水。

1.积极采用冷却水循环用水措施

利用冷却塔提高循环冷却水的降温效果，可起到节水节能的双重作用。如某电厂采用冷却湖冷却循环热水，一遇夏季循环水进口温度高达37～40℃，只有大量循环用新水，而且由于汽机做功后的蒸汽冷却工况恶化，发电能力下降，通常减少出力10%以上，每当夏季要少发数千万千瓦时电，同时使煤耗上升。经改用冷却塔冷却循环水后，水温降低3℃，每千瓦时取新水减少198m3，循环水泵耗电率由1.81%下降到1.69%，年节电127.8万kW·h，此外还增加了发电能力和安全可靠性。

2.冷却塔上安装收水器

该措施可大幅度降低风吹损失，一台20 万kW 机组可减少风吹损失100m3/h左右。

3.采用空气冷却系统

在火力发电行业中应用空气冷却系统，使其循环水的消耗量仅为常规水冷系统的5%～10%，即一台20 万kW机组循环水消耗量最多为50m3/h左右，而且对环境无污染。

空气冷却发电是指电厂汽轮机的冷却系统，采用封闭循环空气冷却系统。在这种系统内，蒸汽冷却水与环境空气的热交换是通过金属散热来进行对流换热的，无水的蒸发、风吹和排污，也就没有水的补充，所以，该系统能大量节约用水。

电站空气冷却系统分直接空冷和间接空冷两种。由空气直接冷却汽轮机的排汽称为直接空冷系统；由水来冷却凝结汽轮机的排汽，热水由空气进行冷却的称为间接空冷系统。例如在电站应用较多的海勒系统，汽轮机的排汽用冷却水来凝结，热水送到冷却塔用空气来进行再冷却，由于整个用水系统是封闭循环系统，所以没有水的蒸发现象，在冷却过程中也无水的损失，而且冷却水保持清洁水的质量，不至于结垢和生锈。其节水效果，若以2台20万kW机组为例，一般水冷系统火电厂纯消耗的新水量约864m3/h，全厂合计纯消耗新水量1440m3/h，而采用空冷系统后，循环冷却水纯消耗新水量仅4.0m3/h，若其他纯消耗新水量不变，则全厂消耗新水量为580m3/h。由此可见节水非常显著，节水量达60%。若单独评价冷却系统，采用空冷系统只有水冷系统取用新水量的0.5%。

总的来看，采用空冷系统具有节水、减污、取消排放源、简化外部设施等特点，适用于建设地下火力发电厂。也应注意到，该系统初期投资较高，据估算投资修建一套2台20万kW机组，国产空冷系统是水冷系统投资的1.4倍左右，而全厂性投资约增加4%。可见，空冷系统在水源紧缺、热能资源丰富的地方，对于火力发电是一项很有前途的技术。

4.查漏堵漏措施

指对管网及冷水池查漏堵漏，杜绝跑、冒、滴、漏、渗现象发生。一般应将管网漏失率控制在3%以下。

5.做好循环水水质稳定处理，节水减污

首先应结合工厂实际情况，确定一个恰当的循环冷却水浓缩倍数，以此为控制指标，根据实时用水工况，分析认定水质稳定处理方法和用药量，减少排污量，节约补充新水量。例如，某电厂循环水作加药处理，要求浓缩倍数控制在3.5左右，应用中结合排污量分析，循环水的浓缩倍数若比控制指标低0.5，排污率则增加0.25%左右，平均多排水200～250m3/h。

6.其他冷却水的回收利用

例如可建立回收水池，将诸如油站冷却水、空压机冷却水及其他空冷器的冷却水加以回收利用，亦可取得较大的节水成效。

7.改造冷却塔回收汽化冷凝水

如某发电厂在双曲冷却塔内增设隔板阻水器，促使循环水汽化部分结成冷凝水回收补给循环水，减少水汽蒸发吹散损失，年节约补充冷水35万m3。

（三）节约除尘用水(www.xing528.com)

锅炉用水中，除尘冲灰冲渣用水占有较大比例。粉煤灰是以煤为燃料的火力发电厂排出的废弃物，系从火力发电厂的烟道气经除尘器收集下来的，每一万千瓦电机组排灰渣量在0.9～1.0万t；燃煤锅炉排出的灰渣除粉煤灰外，还有一部分由炉底排出的废渣称煤渣，约占灰渣量的15%左右。

1.采用高浓度泵除灰渣

20世纪80年代以前的电厂多采用固态排渣，湿式除尘，稀浆水力冲灰方式，此种方式耗水量大。20世纪80年代以后的新建电厂采用固态排渣，干式除尘，浓浆水力冲灰（兼干除式）方式。无论采用哪种冲灰方式，灰浆泵的选型对节水影响很大。灰浆泵采用离心泵，灰水比较大，在1∶15～1∶30，若灰水比在1∶20，一台20万kW机组除灰用水达500m3/s以上。如果采用高浓度泵除灰渣，灰水比可达1∶2 左右，一台20 万kW机组的除灰水可以降至200m3/h以下。目前冲灰水回收比例不高，节水潜力较大。

2.干式除尘

干式除尘法如布袋除尘、静电除尘等。韩庄电厂原除灰采用高压水冲入灰沟，再用灰浆泵排入储灰场，需水量约为2000 m3/d。后改用干式除尘，日节水量1200m3，灰渣作为水泥厂的原料。

3.除灰水回收利用

某厂原四台除尘器除灰水用后一次作废水排掉，每台除尘器月取用新水量6700m3，高峰用水期除尘器月用水达26800m3，每生产1t 蒸汽就需用掉新水量5.56m3。这些除尘废水中带有大量的尘粒，经测定尘粒占排出水量的1/3 左右，再加上锅炉烟道气中三元素气体易溶解于水，致使水中酸度积累，pH值为2～3左右。所以，若将这些水作为废水排放，不但对环境造成污染，尘粒在排入中沉积堵塞下水道，影响生产正常进行。

现将除尘水排出后，流向一个4m3 的水池内，水中尘粒未沉淀时就被型号为3PW、流量为108m3/h 的离心泥浆泵抽到一个12m×4m×2m 的过滤池中，除尘水经过滤后，尘粒被过滤出来，水达到清洁程度，然后流向一个5m×3m×3m的储水池内。经取水化验分析后，通过修建在储水池旁的简易水处理加药装置，投放一定量的火碱，使储水池内的酸性水变为pH值达到7 左右的合格除尘水。最后用型号为80F、流量为54m3/h的耐腐蚀泵加压送到除尘器继续使用，其除尘水回收利用流程如图7-3所示。经上述处理的水，不但可继续回用作除尘水，亦可作锅炉引风机间接冷却水。

图7-3　除尘水回收利用系统示意图

四台除尘器的除尘水经处理循环复用后，每生产1t 蒸汽比原来少用水2.16m3，其节水效益见表7-6。从表中可以看出，除尘水回收利用后，年蒸汽总产量增长约23.4%，而年取新水量却下降25%，年节水11.9951万m3，节水价值34785 元（按当地水价计算），而该废水处理回用系统工程投资仅2.5 万元。

表7-6　除尘水回收利用效益比较表

实践证明，除尘水的回收利用，不仅节约用水，避免环境污染和输排下水道的堵塞，而且经济效益十分显著。

山东张店南定发电厂采取对除尘水回收利用措施，用作除尘和输灰，取得每小时节水100m3，占输灰水1/4的成效。

山东济宁发电厂在冲渣池中安装一过滤器，利用4PH泵回收锅炉冲渣水，再用于锅炉冲灰水，每小时节水达150m3。

4.采用低浓度除灰系统，回收灰水

永济电厂新除灰系统，设计为低浓度水力除灰，在灰场回收灰水。除灰水在灰场澄清后排出，经渠道引至回收水泵前沉淀池，回收水经3台回收水泵（其中1台备用）升压后，经一条钢管送回除灰系统重复利用。除灰水量为666m3/h，经灰场部分渗漏、蒸发，大部分可回收，回收水量为423m3/h，节约冲灰水10000m3/d，同时减轻了对环境的危害。

锅炉除尘用水因对水质无过多要求，应充分利用当地劣质水或经一定处理的污废水，如地表或地下的劣质水、锅炉排污水、冷却水系统排污水、部分工艺废水等。

（四）提高水处理效率，减少给水和水处理用水

锅炉给水由两部分水组成：一部分是回收由蒸汽冷却到的冷凝水，另一部分是补充水，一般用软化水。补充给锅炉用水产生蒸汽的水必须经水处理（制备软化水），以防止锅炉系统中产生沉积物、腐蚀以及汽水共沸和发沫等危害，所以锅炉给水都有一定的水质指标，给予严格要求。

由于新水水质、处理工艺、操作训练程度等不同，制备软化水与原水的比例相差较大，一般为1∶1.2～1∶1.5。所以，选择高效的水处理技术非常重要。

例如采用水软化处理离子交换器逆流再生工艺：将再生剂送入离子交换器底部，再生剂先与下部失效较小的树脂接触，后再与上层失效较大的树脂接触，充分利用再生剂。这种工艺比顺流再生工艺平均节省再生剂用量40%，耗水减少50%，出水水质优于顺流再生工艺措施。

某电厂对水处理用树脂的复苏及有机物污染采用超声波清洗技术，利用超声波定期对树脂进行震荡，能有效地复苏被污染的树脂和节约化学药品消耗，水处理效率亦得到提高，减少了制备软水的新水用量。

某厂对原钠离子水处理交换工艺改为氢钠串联水处理工艺，提高了制备软水效率，年节水达3.14万m3。

（五）其他措施

1.减少汽水损失

电厂有时会因电网峰谷做开停机处理，以满足电力系统联网运行需要。一套10万kW机组每次起停一般要损失30～40m3 水汽，多耗煤10t 左右。某电厂采取锅炉、汽机滑参数起动和余热快速起动，由于锅炉停炉时间短，尚有一定气压，锅炉起动时，利用余压快速滑参数起动机组，缩短起动时间近1h，基本不向外排汽，减少了汽水损失，每次起动可以节水20m3 左右。

2.回收利用锅炉排污水

锅炉在运行期间，为保证蒸汽质量，需排掉部分污水。例如大连电厂有4台燃油锅炉，每日需水2000m3，排污率18%，排水360m3/d。该厂每制备1m3 软化水需原水1.4m3，所以排水360m3/d，实际上是排水504m3/d。同时锅炉水是用燃料油加热的，每加热1m3 水需耗重油26kg，排水360m3/d 实际上又浪费了油9.36t/d，针对此情况，该厂采取了排污水的综合利用，不仅节约了水，还节约了能源，并减轻了环境热污染。