劉云婷 李克勛 孫 琦

（ 南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）

0前言

火力發(fā)電屬于高耗水行業(yè)，就全國(guó)電力工業(yè)而言，火電取水量占全國(guó)工業(yè)取水量的 40%。根據(jù)《取水定額 第1部分：火力發(fā)電》（GB/T 18916.1-2012）的要求，單位發(fā)電量取水量定額為2.4~3.2m³/（MW·h）。2010年，天津市火力發(fā)電裝機(jī)容量為11933.5MW，2011年發(fā)電量是619.08億kW·h，比2010年增長(zhǎng)11.1%。根據(jù)天津市第一次全國(guó)水利普查統(tǒng)計(jì)，2011年電力行業(yè)的總用水量為18785m³，占天津市工業(yè)總用水量的22%。

根據(jù)《天津市工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2015年，新增本地裝機(jī)8000MW到10000MW。隨著裝機(jī)容量的增大，電廠耗水量也隨之增加。近年來(lái)，針對(duì)火電廠的用水結(jié)構(gòu)、節(jié)水潛力及對(duì)策展開(kāi)了大量的研究，推動(dòng)了火電廠節(jié)水工作的進(jìn)展。

2003年天津市頒布了相應(yīng)的定額，《工業(yè)產(chǎn)品取水定額（DBl2／T101—2003）》，但2003版火電定額距現(xiàn)在已有十多年，近年來(lái)由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，各企業(yè)單位節(jié)水水平的提高，急切需要一個(gè)符合當(dāng)下水平的合理的定額值作為指示和標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)天津市各個(gè)類(lèi)型的火電廠用水情況進(jìn)行抽樣調(diào)查，就天津市火力發(fā)電行業(yè)綜合取水定額編制進(jìn)行研究。

天津市火電廠的用水定額編制屬于綜合用水定額編制，與單項(xiàng)用水定額相比較，它主要是針對(duì)某個(gè)行業(yè)而非某類(lèi)產(chǎn)品，用水構(gòu)成也包括生活、生產(chǎn)、消防用水等多個(gè)方面，這有利于用水管理部門(mén)的日常管理。

1 天津市火電廠用水現(xiàn)狀分析

1.1 用水構(gòu)成

火電廠的用水結(jié)構(gòu)主要分為生產(chǎn)用水、生活用水和消防用水三大部分。生產(chǎn)用水主要包括熱力系統(tǒng)用水（鍋爐補(bǔ)給水）、冷卻系統(tǒng)用水、供熱系統(tǒng)用水、除灰系統(tǒng)用水和煙氣凈化系統(tǒng)用水；生活用水包括生活系統(tǒng)用水、化驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)室用水、綠化施工系統(tǒng)用水和廠區(qū)雜用水。由于消防用水的不確定性，其用水量不計(jì)入用水定額之內(nèi)。

本次調(diào)查研究的火電廠用水主要是生產(chǎn)用水（包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、化學(xué)水處理四類(lèi)設(shè)備的用水）、輔助生產(chǎn)用水（包括機(jī)修、運(yùn)輸、空壓站等）和附屬生產(chǎn)用水（辦公樓、食堂、浴室、綠化、企業(yè)職工生活用水等）。用水構(gòu)成見(jiàn)下表1和圖1。

從表1和圖1可以看出，天津市大多數(shù)電廠用水量大的子系統(tǒng)為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、化學(xué)除鹽單元和煙氣脫硫單元，分別約占總用水量的70.92%、17.48%和7.91%，而其它用水單元（包括除渣、除灰、輸煤系統(tǒng)，檢修，生活用水）的用水量則相對(duì)較少，只占總用水量的3.69%。

由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的功能是將冷卻水送至凝氣器去冷卻汽輪機(jī)低壓缸排汽，以維持凝氣器的真空，使汽水循環(huán)得以繼續(xù)。天津市火電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)大都屬于敞開(kāi)式冷卻，因冷卻塔蒸發(fā)，排污，風(fēng)吹（飛濺）而從循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中損失的水量，需要進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充，因此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水耗水量大�；瘜W(xué)除鹽系統(tǒng)主要是給鍋爐補(bǔ)水，火力發(fā)電機(jī)組主要是利用鍋爐將水加熱成蒸汽，然后進(jìn)入汽輪機(jī)，蒸汽膨脹沖動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。取自水源的原水，經(jīng)混凝澄清及離子交換除鹽處理后，制成高純度的除鹽水，作為鍋爐補(bǔ)給水。因此，化學(xué)除鹽系統(tǒng)耗水量大。脫硫系統(tǒng)耗水和發(fā)電量成正比，當(dāng)電廠發(fā)電量越大，燃煤越多，含硫量逐漸升高，脫硫系統(tǒng)耗水量也逐漸增大。由于大多數(shù)電廠都采用的是干式除塵和輸灰系統(tǒng)，因此除塵和輸灰系統(tǒng)的用水量較小，不作為火電廠用水定額編制的重點(diǎn)用水系統(tǒng)考慮。

1.2用水量影響因素分析

本研究調(diào)查了天津市17家火電廠2011年的用水情況及相關(guān)因素，并運(yùn)用SPSS軟件，對(duì)裝機(jī)容量、發(fā)電量以及在職人數(shù)（包括正式工、合同工和臨時(shí)工）與取水量進(jìn)行相關(guān)性分析，見(jiàn)表2。得到結(jié)論：發(fā)電量與用水量的相關(guān)系數(shù)為0.846，在0.01水平上顯著相關(guān)。裝機(jī)容量與耗水量的相關(guān)系數(shù)為0.711，在0.01水平上顯著相關(guān)。職工人數(shù)與取水量的相關(guān)系數(shù)為0.204，沒(méi)有相關(guān)性。把發(fā)電量和裝機(jī)容量作相關(guān)性分析，可以看出，發(fā)電量的變化與裝機(jī)容量大小基本呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。機(jī)組容量越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)電越多。經(jīng)分析，可以考慮火電取水綜合用水定額的核算單元為單位發(fā)電量，而裝機(jī)容量也是影響取水的重要因素，所以制定定額時(shí)需要按照裝機(jī)容量分類(lèi)考慮。

2 火力發(fā)電綜合用水定額的制定

2.1 基礎(chǔ)用水定額

采用科學(xué)合理的用水定額的編制方法，是保證用水定額的先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可行性的關(guān)鍵手段。制定用水定額常采用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)法（三點(diǎn)法）、統(tǒng)計(jì)分析法、類(lèi)比法（影響因素分析法和同類(lèi)定額校驗(yàn)法）、時(shí)間序列法、理論測(cè)定法等。統(tǒng)計(jì)分析法方法簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，便于組織實(shí)施，結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，但需要大量的統(tǒng)計(jì)資料，而且要求定額制定人員有一定的數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí)。由于調(diào)查資料反映的是火電廠過(guò)去己經(jīng)達(dá)到的生產(chǎn)用水水平，此方法沒(méi)有也不可能消除其中不合理的因素，所以需要配合類(lèi)比法和經(jīng)驗(yàn)法綜合考慮。本次定額編制主要采用統(tǒng)計(jì)分析法與影響因素分析法、同類(lèi)定額校驗(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)法相結(jié)合的方法。進(jìn)行奇異值分析后，選取數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中的簡(jiǎn)單平均法、加權(quán)平均法、二次平均法和概率測(cè)算法，得到不同滿足率下的基礎(chǔ)用水定額值，見(jiàn)表3。

綜合上述四種計(jì)算方法，根據(jù)火電廠的用水現(xiàn)狀和節(jié)水潛力，進(jìn)行專(zhuān)家咨詢(xún)，確定基礎(chǔ)用水定額為2.30 kg/（kW·h），單位滿足率為75%。

2.2 調(diào)節(jié)系數(shù)

由于不同類(lèi)型火電廠的設(shè)備和工藝不同，用水量存在差異，為保證用水定額的公正性與公平性，針對(duì)不同類(lèi)型的火電廠還需要引入調(diào)節(jié)系數(shù)對(duì)基礎(chǔ)用水定額進(jìn)行修正。根據(jù)用水量的影響因素分析，可以得出裝機(jī)容量是影響取水的重要因素，所以，按照單機(jī)容量對(duì)各電廠進(jìn)行具體分析。

（1）單機(jī)容量≥500MW時(shí)

對(duì)所選樣本用四種統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得出的定額值見(jiàn)表4。通過(guò)專(zhuān)家咨詢(xún)，最終確定單機(jī)容量≥500MW火力發(fā)電綜合用水定額為2.14kg/（kW·h）。

（2）單機(jī)容量200~500MW時(shí)

對(duì)所選樣本用四種統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得出的定額值見(jiàn)表5。綜合考慮，進(jìn)行專(zhuān)家咨詢(xún)，將200-500MW級(jí)的火電綜合用水定額確定為2.4kg/（kW·h）。

（3）單機(jī)容量＜200MW時(shí)

此類(lèi)單機(jī)容量的電廠具體分為一般電廠和垃圾焚燒電廠兩類(lèi)，經(jīng)過(guò)與企業(yè)溝通，進(jìn)行專(zhuān)家咨詢(xún)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)法，確定一般電廠的定額值為2.7 kg/（kW·h），垃圾焚燒電廠的定額值為5.6kg/（kW·h）。根據(jù)不同單機(jī)容量的初始定額和基礎(chǔ)用水定額，兩者相除計(jì)算得到實(shí)測(cè)的調(diào)節(jié)系數(shù)，見(jiàn)表6。

2.3 定額的最終確定

按照單機(jī)容量具體分析得：?jiǎn)螜C(jī)容量≥500MW，火力發(fā)電取水定額初始值為2.14kg/（kW·h）。單機(jī)容量200~500MW，火力發(fā)電取水定額初始值為2.4kg/（kW·h）。單機(jī)容量＜200MW，火力發(fā)電取水定額初始值為2.7kg/（kW·h）。最后召開(kāi)專(zhuān)家咨詢(xún)會(huì)，對(duì)初步制定的綜合用水定額值進(jìn)行分析論證。鑒于天津市火電廠用水水源分析，存在電廠使用再生水的情況，并且某些火電廠再生水水量約占到新取水量的80%，再生水的使用將是天津市電廠用水的發(fā)展趨勢(shì)，所以最終定額如表7。

3 定額的合理性分析

3.1 定額值與實(shí)際用水量的比較

對(duì)用水定額進(jìn)行先進(jìn)性判別，針對(duì)已經(jīng)確定的用水定額，首先與各企業(yè)實(shí)際的單位發(fā)電取水量進(jìn)行比較，即定額回算：定額初始值*發(fā)電量與實(shí)際用水量進(jìn)行比較。對(duì)定額值與實(shí)際值差值比例作圖，見(jiàn)圖2。

如圖2所示，正數(shù)代表定額值大于實(shí)際值，負(fù)數(shù)代表定額值小于實(shí)際值。企業(yè)用水差值比例處于-20%~20%之間，定額值符合企業(yè)用水要求。做定額值與實(shí)際值的差值的正太分布圖和P-P圖進(jìn)行分析，見(jiàn)下圖3和圖4。

用SPSS做出定額值與實(shí)際值的正態(tài)分布圖和P-P圖。可以看出定額值整體上符合正態(tài)分布，滿足合理性要求。

3.2 與2003版定額比較

2003年頒布的天津市《工業(yè)產(chǎn)品取水定額（DBl2／T101—2003）》中，火力發(fā)電的用水定額為1.381-1.77m³/MW·h，熱力發(fā)電的用水定額為2.115~2.75 m³/ MW·h。此次定額修訂，未采取舊版定額分類(lèi)方式，是因?yàn)樵絹?lái)越多的電廠均為熱電聯(lián)產(chǎn)，所調(diào)查的電廠中只有兩家為純凝機(jī)組電廠。而機(jī)組對(duì)耗水量的影響也比較大，所以此次定額修訂按單機(jī)容量大小進(jìn)行分類(lèi)制定。

與2003年天津市的工業(yè)用水定額相比，由于生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，設(shè)備的更新，以及節(jié)水措施的實(shí)施使得用水量下降，單位產(chǎn)品耗水量下降。與之前相比，用水定額的減小關(guān)鍵是由于各電廠冷卻水的濃縮倍率的提高，75%的電廠濃縮倍率在3以上；以及冷卻水重復(fù)利用率的提高，90%的電廠冷卻水復(fù)用率均在97%以上，并且70%以上的電廠脫硫系統(tǒng)的取水來(lái)自于冷卻循環(huán)水的排污水，這一節(jié)水措施大大降低了新鮮水的取水量，達(dá)到了節(jié)能減排的雙重效果。盡管如此，由于近年脫硫裝置的使用，使得電廠取水量比原先增大，即使選取污水回用，由于水質(zhì)的下降，使得取水量還是有所增大，另外大多數(shù)電廠高效利用再生水，也會(huì)相比新鮮水有較大的取水量。所以此次定額只比舊版定額略微減小。

3.3 與國(guó)標(biāo)定額比較

2012年頒布的國(guó)標(biāo)火力發(fā)電取水定額GB/T18916.1-2012見(jiàn)表8和表9。根據(jù)天津市火電廠單機(jī)容量的特點(diǎn)，同一電廠中大部分的單機(jī)容量是大于200MW和小于200MW的，而單機(jī)容量為200MW~300MW之間的較少，所以將天津市火電廠按照單機(jī)容量分為以下三種：?jiǎn)螜C(jī)容量＜200MW， 200MW級(jí) （200MW≤單機(jī)容量＜500M的機(jī)組），600MW級(jí)及以上（單機(jī)容量≥500MW）。

國(guó)標(biāo)中火力發(fā)電取水定額大于天津市火力發(fā)電的取水定額，天津市火電行業(yè)用水水平相對(duì)較高，天津市的火電定額處于全國(guó)領(lǐng)先水平。

4 結(jié)論

本次用水定額編制過(guò)程分析了火電廠的用水構(gòu)成和現(xiàn)有的節(jié)水情況，綜合考慮了不同火電廠的技術(shù)工藝以及影響火電廠用水的各項(xiàng)因素，主要包括裝機(jī)容量、發(fā)電量和在職人數(shù)等，并引入調(diào)節(jié)系數(shù)對(duì)基礎(chǔ)定額進(jìn)行修正，力求使定額具有科學(xué)性、可操作性、公平性以及繼承性。本次火電用水定額為2.30kg/（kW·h），相比舊版熱力發(fā)電定額減小，關(guān)鍵是由于各電廠冷卻水的濃縮倍率的提高和水的重復(fù)利用率的提高。同時(shí)，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，設(shè)備的更新，以及節(jié)水措施的實(shí)施等也是定額減小的原因之一。