威信煤電一體化一期電廠“三條紅線”指標(biāo)分析

任繼周

(云南省水文水資源局昭通分局,云南 昭通657000)

摘要：對(duì)云南威信煤電一體化一期電廠進(jìn)行最嚴(yán)格水資源管理制度的三條紅線控制指標(biāo)定量分析和計(jì)算,選取項(xiàng)目用水總量和流域水資源利用率分析用水總量控制指標(biāo)；取設(shè)計(jì)耗水率、新水利用率、取水指標(biāo)、全廠復(fù)用水率、循環(huán)水利用率、廠區(qū)生活用水等來分析用水效率控制指標(biāo),選取水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率分析水功能區(qū)限制納污指標(biāo)。結(jié)果表明:項(xiàng)目建成后流域水資源開發(fā)利用率為7.4%;設(shè)計(jì)耗水率0.51～0.61m`3/(s·GW)、新水利用率100%、取水指標(biāo)0. 58m`3/(s·GW)、全廠復(fù)用水率98.3%、循環(huán)水利用率98.7%;項(xiàng)目要求電廠所有退水必須全部回收利用,污水零排放,所在區(qū)域水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類。

關(guān)鍵詞：威信電廠;三條紅線;水資源管理;指標(biāo)分析

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.020 10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.021

作者簡(jiǎn)介:任繼周(1966—),男,高級(jí)工程師,主要從事水資源評(píng)價(jià)和水資源保護(hù)工作和研究。E-mail:rjz2229409@163.com

中圖分類號(hào)：TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004-6933(2015)05-0106-04

Abstract：Quantitative analysis of the control index “Three Red Lines”in the strictest water resources management system in Weixin coal electricity integration power plant in Yunnan Province were made,selecting the total water consumption of project and utilization rate of river basin water resources to analyze the water consumption control index,selecting the designed water consumption rate,new water utilization rate,water intaking indicators,whole plant water reuse rate,water cycle utilization rate,domestic water of plant,etc. to analyze the water consumption quota index,selecting the water quality compliance rate of water function area to analyze the pollutant carrying capacity index. The results show that the water resource exploitation and utilization rate of the basin is 7.4% after the completion of the project; as for the water use efficiency index,the designed water consumption rate is 0.51 ～0.61m`3/(s.GW),new water utilization rate is 100%,water intaking indicator is 0. 58m`3/(s.GW),whole plant water reuse rate is 98.3%,water cycle utilization rate is 98.7%; the project requires all the returning water in the power plant be recycled,with sewage zero discharged and regional water quality reaching class II.

收稿日期：(2014-12-01編輯：彭桃英)

Analysis of “Three Red Lines” index of a coal and electricity integration

power plant in Weixin County

REN Jizhou

(ZhaotongBranchofHydrologyandWaterResourcesBureauofYunnanProvince,Zhaotong657000,China)

Key words： Weixin Power Plant;Three Red Lines;water resources management;index analysis

黃昌碩等[1]對(duì)國(guó)內(nèi)外水資源管理模式進(jìn)行比較分析,認(rèn)為水資源管理模式變遷的主線是圍繞如何提高水資源利用效率和配置而進(jìn)行的,發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)水資源的綜合管理。我國(guó)提出的最嚴(yán)格水資源管理制度,核心內(nèi)容是建立三條紅線,即建立用水總量控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污控制。不少學(xué)者[2-6]對(duì)水資源管理制度等理論進(jìn)行了研究。作為最嚴(yán)格水資源管理制度的技術(shù)支撐,三條紅線各項(xiàng)控制指標(biāo)的定量分解計(jì)算是基礎(chǔ),并將這些指標(biāo)作為水資源管理考核評(píng)價(jià)的依據(jù)?；痣姀S耗水量巨大,一個(gè)2×600MW的火電廠(亞臨界機(jī)組),其用水量相當(dāng)于一個(gè)中等城市的用水量。當(dāng)前,水資源短缺,各用水戶之間的用水矛盾突出,水污染日趨嚴(yán)重,因此,選擇工業(yè)用水大戶——火電廠,分析其三條紅線控制指標(biāo),合理核定其用水總量、用水效率和水功能區(qū)限制納污等,這對(duì)水資源的保護(hù)具有重要意義。筆者以云南威信煤電一體化一期2×600MW火電廠為例,對(duì)其用水總量控制指標(biāo)、用水效益指標(biāo)、水功能區(qū)限制納污指標(biāo)進(jìn)行分析,供同行參考。

1研究項(xiàng)目概況

云南威信煤電一體化工程是廣東省、云南省人民政府與中國(guó)南方電網(wǎng)簽訂的“云電送粵框架協(xié)議”項(xiàng)目,項(xiàng)目工程區(qū)位于滇東北的云、貴、川三省結(jié)合部,西北與四川近鄰,東南與貴州接壤。廠址位于云南省威信縣麟風(fēng)鄉(xiāng)金竹村打鐵壩,距威信縣城34km,距昭通市政府所在地200km。

項(xiàng)目建設(shè)的總規(guī)模為4×600MW,分兩期實(shí)施。一期工程建設(shè)2×600MW燃煤發(fā)電機(jī)組,同步建設(shè)煙氣脫硫裝置和規(guī)模為240萬t/a的礦井,電站年發(fā)電量60億kW·h,2010年一期兩臺(tái)機(jī)組已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行。建設(shè)項(xiàng)目取水河段為白水河上游黃水河。白水河是白水江右岸的一級(jí)支流,流域面積為296km2。白水江是金沙江一級(jí)支流橫江的右岸支流,屬金沙江下段水系。白水河流域位于滇東北大暴雨中心,是昭通市降雨高值區(qū),多年平均降雨量為1000～2300mm,流域多年平均徑流深1064.2mm,白水河流域水資源量達(dá)3.15億m3。

取水水源為地表徑流,擬新建黃水河水庫,將其作為項(xiàng)目專供水庫。水庫以上流域面積為16.8km2。建設(shè)項(xiàng)目一期工程供水保證率為97%,設(shè)計(jì)取水流量為0.80m3/s,年取水量為1441萬m3。

2三條紅線控制指標(biāo)分析

用水總量控制指標(biāo)選取項(xiàng)目用水總量和流域水資源利用率來進(jìn)行分析;用水效率控制指標(biāo)主要基于用水定額指標(biāo),選取設(shè)計(jì)耗水率、新水利用率、取水指標(biāo)、全廠復(fù)用水率、循環(huán)水利用率、廠區(qū)生活用水、循環(huán)用水量等指標(biāo)進(jìn)行分析;水功能區(qū)限制納污指標(biāo)選取水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率進(jìn)行分析。

2.1用水總量控制指標(biāo)

用水總量控制指標(biāo)是水資源管理的宏觀控制指標(biāo)。首先進(jìn)行白水河流域總體規(guī)劃,并通過核算區(qū)域水資源利用率來控制取水量和取水規(guī)模,并確保留下河道河流生態(tài)需水量,合理對(duì)區(qū)域水資源量進(jìn)行分配。目前,流域的取用水戶為區(qū)域農(nóng)業(yè)用水戶、生產(chǎn)用水戶、生活用水戶,涉及威信縣的麟鳳、長(zhǎng)安與廟溝3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。威信一期2×600MW火電廠新建工程一期取水口位置在黃水河,年取水量1441萬m3;現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)、人畜飲水、生態(tài)環(huán)境等其他用水戶用水量為886萬m3。

a. 農(nóng)業(yè)灌溉用水。取水口下游的長(zhǎng)安、麟鳳、廟溝3個(gè)鄉(xiāng),現(xiàn)有灌溉面積233.3hm2,現(xiàn)狀灌區(qū)內(nèi)供水量為300萬m3,由壩址下游河道和區(qū)間的水量解決。

b. 人畜飲用水。黃水河流域控制區(qū)內(nèi)有人口8.91萬人,牲畜6.24萬頭。長(zhǎng)安、麟鳳鄉(xiāng)現(xiàn)狀通過小水池、小水窖解決飲水困難的有1.55萬人、 1.13萬頭牲畜。人飲用水定額采用每人45L/d,牲畜用水定額采用每頭25L/d,則年需水203萬m3,需供水271萬m3,主要由壩址以下的區(qū)間水源供給,黃水河水庫壩址以上的水源不是供給水源。

c. 生態(tài)環(huán)境用水。取水口下游3.8km有小河溝加入,5.4km有龍洞泉水加入,區(qū)間農(nóng)戶在河道內(nèi)無取水要求,生態(tài)環(huán)境用水主要考慮河段內(nèi)生態(tài)最小需水量。根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》,參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)生態(tài)需水量的計(jì)算方法,考慮以壩址處多年平均流量的10%作為生態(tài)環(huán)境需水量,下泄流量為0.10m3/s,則黃水河取水口考慮的生態(tài)年需水量為315萬m3。

d. 項(xiàng)目一期用水。根據(jù)火電廠各用水項(xiàng)目,繪制2×600MW一期火電工程水量平衡圖(圖略),本項(xiàng)目用水主要包括循環(huán)冷卻水、工業(yè)用水、鍋爐補(bǔ)給水和生活用水。在多年平均供水條件下,由黃水河水庫補(bǔ)給新水2199m3/h,經(jīng)過凈水站處理后輸出水量為2184m3/h,其中1376m3/h供給循環(huán)水泵房,595m3/h入工業(yè)水池作為工業(yè)用水,78m3/h經(jīng)化學(xué)水池作鍋爐補(bǔ)給水處理,75m3/h 入生活水池供給生活用水(包括煤礦廠區(qū)和礦區(qū)生活用水、廠區(qū)噴灑道路和綠化等的用水,廠區(qū)生活用水經(jīng)生活污水處理系統(tǒng)處理回收15m3/h),預(yù)留60m3/h作為未預(yù)見水量。直接供給工業(yè)水池、循環(huán)水泵房等生產(chǎn)用水的水量為1971m3/h,供給廠區(qū)生活用水等用途的水量為135m3/h;其中鍋爐水又補(bǔ)給循環(huán)用水,沖灰水可利用復(fù)用水池的水。一期2×600MW火電廠補(bǔ)給水量為2199m3/h,年利用小時(shí)數(shù)為5000h,年用水量為1100萬m3,用水流量為0.61m3/s。

作為夏季氣溫10%供水工況,由黃水河水庫補(bǔ)給新水2618m3/h,經(jīng)過凈水站處理后的輸出水量為2598m3/h,其中1790m3/h的水量供給循環(huán)水泵房,595m3/h的水量入工業(yè)水池作為工業(yè)用水,78m3/h的水量經(jīng)化學(xué)水池作鍋爐補(bǔ)給水處理,75m3/h 的水量入生活水池供給生活用水(包括煤礦廠區(qū)和礦區(qū)生活用水、廠區(qū)噴灑道路和綠化等用水,廠區(qū)生活用水經(jīng)生活污水處理系統(tǒng)處理回收15m3/h),預(yù)留60m3/h作為未預(yù)見水量。直接供給工業(yè)水池、循環(huán)水泵房等生產(chǎn)用水的水量為2385m3/h,供給廠區(qū)生活用水等用途的水量為135m3/h;其中鍋爐水又補(bǔ)給循環(huán)用水,沖灰水利用復(fù)用水池的水。一期2×600MW火電廠補(bǔ)給水量為2618m3/h,年利用小時(shí)數(shù)為5000h,年用水量為1309萬m3,用水流量為0.73m3/s。根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程條文說明》第14.1.4款,申請(qǐng)用水指標(biāo)時(shí)留有10%的裕度,年取水量指標(biāo)1441萬m3,單位發(fā)電耗水量2.4kg/(kW·h)。

e. 流域水資源利用率。云南威信煤電一體化工程項(xiàng)目一期取水量1441萬m3,為黃水河取水口多年平均年徑流量(3090萬m3)的47%,是黃水河小河溝匯口處多年平均年徑流量的32%,為麟鳳河三桃河匯口處多年平均年徑流量的14.3%,為瓦石河匯口處多年平均年徑流量6.9%,為白水河多年平均年徑流量(3.15億m3)的4.6 %。項(xiàng)目取水口上游無用水戶,取水口下游的水量完全能滿足886萬m3的現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲水和生態(tài)環(huán)境用水需求。項(xiàng)目一期建成后,白水河流域工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人畜飲水的總用水量為2021萬m3,流域水資源的利用率為7.4%,因此,項(xiàng)目用水總量控制指標(biāo)設(shè)定為1441萬m3,是合適的,也符合黃水河流域規(guī)劃。

2.2用水效益指標(biāo)

用水效率主要基于用水定額和用水指標(biāo),其相關(guān)指標(biāo)分析計(jì)算如下:

a. 設(shè)計(jì)耗水率

本期工程2×600MW機(jī)組設(shè)計(jì)使用的新水量與外排水量之差同機(jī)組設(shè)計(jì)額定發(fā)電裝機(jī)容量之比就是設(shè)計(jì)耗水率:

(1)

式中:K為設(shè)計(jì)耗水率;Vf為新水量;Vd外排水量。

本期工程夏季取用水量和多年平均取用水量分別為2618m3/h與2199m3/h,廢水經(jīng)過處理利用后,無外排放量,則設(shè)計(jì)耗水率為0.51～0.61m3/(s·GW),低于火力發(fā)電行業(yè)耗水率的標(biāo)準(zhǔn)0.8m3/(s·GW),滿足其規(guī)定的指標(biāo)水平0.60～0.80m3/(s·GW)。

b. 新水利用率。在一定的計(jì)量時(shí)間(年)內(nèi),生產(chǎn)過程中使用的新水量與外排水量之差同新水量之比就是新水利用率,其計(jì)算公式為

(2)

式中,Kf為新水利用率。

本期工程夏季取用水量和年平均取用水量分別為2618m3/h與2199m3/h,廢水經(jīng)過處理利用后全部復(fù)用,無外排放量,機(jī)組新水的利用率為100%。

c. 單位產(chǎn)品取水量指標(biāo)。威信一期2×600MW火電廠新建工程的年利用小時(shí)數(shù)為5000h,夏季年用水量為1309萬m3,根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程條文說明》第14.1.4款,申請(qǐng)用水指標(biāo)時(shí)留有10%的裕度,年取水量指標(biāo)為1441萬m3,單位產(chǎn)品取水量指標(biāo)為0.67m3/(s·GW);多年平均用水量1100萬m3,用水指標(biāo)留有10%的裕度,年取水量指標(biāo)1238萬m3,單位產(chǎn)品取水量指標(biāo)為0. 58m3/(s·GW)。

上述指標(biāo)低于GB/T18916.1—2002《火力發(fā)電廠取水定額》標(biāo)準(zhǔn)的要求,即2005年后,火力發(fā)電廠單位發(fā)電量的耗水量低于3.8m3/(MW·h),低于《中國(guó)城市節(jié)水2010年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》0.92m3/(s·GW)的指標(biāo),可見用水定額合理。

d. 全廠復(fù)用水率。在一定的計(jì)量時(shí)間(年)內(nèi),生產(chǎn)過程中使用的全廠重復(fù)利用水量與總用水量之比為全廠復(fù)用水率,計(jì)算公式為

(3)

式中:R為全廠復(fù)用水率;Vr為全廠復(fù)用水量;Vt為全廠總用水量。

夏季工程2×600MW機(jī)組設(shè)計(jì)全廠復(fù)用水量12.0533萬m3/h,設(shè)計(jì)全廠總用水量12.3320萬m3/h,則機(jī)組設(shè)計(jì)全廠復(fù)用水率為97.7%;年平均工程2×600MW機(jī)組設(shè)計(jì)全廠復(fù)用水量12.0695萬m3/h,設(shè)計(jì)全廠總用水量12.2732萬m3/h,則機(jī)組設(shè)計(jì)全廠復(fù)用水率為98.3%。兩者均高于95%的標(biāo)準(zhǔn)。

e. 循環(huán)水利用率。在一定的計(jì)量時(shí)間(年)內(nèi),冷卻水循環(huán)量與冷卻水總量之比為循環(huán)水利用率,計(jì)算公式為

(4)

式中:rc為循環(huán)水利用率;Vcr為冷卻水循環(huán)量;Vci為冷卻水總量。

夏季工程2×600MW機(jī)組設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)循環(huán)水量為119818m3/h,冷卻循環(huán)系統(tǒng)總用水量為12.1774萬m3/h,循環(huán)水量重復(fù)利用率為98.3%;年平均工程2×600MW機(jī)組設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)循環(huán)水量11.9818萬m3/h,冷卻循環(huán)系統(tǒng)總用水量為12.1443萬m3/h,則循環(huán)水量重復(fù)利用率為98.7%。兩者均高于我國(guó)一類城市冷卻水循環(huán)利用率2010年達(dá)到95%～97%的指標(biāo)要求。

選用單片機(jī)STC12C5A60S2作為系統(tǒng)核心控制器；光電傳感器ST188用于探測(cè)路面黑白線并通過反射紅外線的變化判斷是黑線還是白線；L298N控制電動(dòng)機(jī)左右輪的轉(zhuǎn)向；測(cè)距傳感器E18-D80NK-N用于判斷兩車的相對(duì)位置，從而決定是否需要超車及交替領(lǐng)跑。

f. 廠區(qū)生活用水。火電廠廠區(qū)定員462人,生活用水定額取200L/d,日用水量約為92.4m3。但還要考慮供給廠區(qū)綠化和道路沖洗用水,以及煤礦生活用水。

g. 循環(huán)用水量的計(jì)算。循環(huán)水系統(tǒng)排污損失水量由循環(huán)濃縮倍率確定,提高循環(huán)濃縮倍率后,可減少循環(huán)水系統(tǒng)的排污損失,從而達(dá)到節(jié)約水量的目的。但提高循環(huán)濃縮倍率將導(dǎo)致循環(huán)水處理費(fèi)用的提高,本項(xiàng)目一期工程設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻倍率為50.0,循環(huán)用水量見表1。通過多年平均補(bǔ)給水分類計(jì)算,2×600MW工程的用水量為3204m3/h,回收水量為1005m3/h,實(shí)耗水量為2199m3/h,耗水量占用水量的68.6%,回收水量占31.4%,用于循環(huán)用水。

表1　一期循環(huán)用水量計(jì)算成果

對(duì)上述設(shè)計(jì)耗水率、新水利用率、取水指標(biāo)、全廠復(fù)用水率、循環(huán)水利用率等指標(biāo)和定額進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果顯示,項(xiàng)目的設(shè)計(jì)耗水率為0.51～0.61m3/(s·GW),低于火力發(fā)電行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)0.8m3/(s·GW);新水利用率為100%;單位產(chǎn)品取水量指標(biāo)0. 58m3/(s·GW),低于《中國(guó)城市節(jié)水2010年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》0.92m3/(s·GW)的指標(biāo);全廠復(fù)用水率為98.3%,高于95%的標(biāo)準(zhǔn);循環(huán)水量重復(fù)利用率為98.7%,高于我國(guó)一類城市冷卻水循環(huán)利用率2010年達(dá)到95%～97%的指標(biāo)要求?？梢?項(xiàng)目的用水指標(biāo)和定額均達(dá)到或超過了有關(guān)規(guī)范規(guī)定的要求,項(xiàng)目的用水效率和節(jié)水效果都是好的。

2.3水功能區(qū)限制納污指標(biāo)分析

根據(jù)《云南省水功能區(qū)劃》,把本建設(shè)項(xiàng)目取水河道黃水河下游的白水江劃為白水江鎮(zhèn)雄-鹽津保護(hù)區(qū),水功能區(qū)河道為白水江全河,起止范圍為白水江源頭至白水江入橫江口,河長(zhǎng)118.2km,現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅱ類,水質(zhì)目標(biāo)也為Ⅱ類,項(xiàng)目不允許設(shè)置排污口,更不允許工業(yè)廢污水排放,要求項(xiàng)目達(dá)到污水零排放的目標(biāo),電廠所有退水必須全部回收利用。電廠嚴(yán)格按照這一水質(zhì)目標(biāo)執(zhí)行。

3結(jié)語

對(duì)云南威信煤電一體化一期2×600MW火電廠三條紅線指標(biāo)進(jìn)行分析,項(xiàng)目用水總量采用項(xiàng)目所在流域水資源利用率來控制,項(xiàng)目建成后流域水資源的開發(fā)利用率為7.4%,水資源的開發(fā)利用程度是低的;而項(xiàng)目用水效率指標(biāo)計(jì)算成果為,設(shè)計(jì)耗水率0.51～0.61m3/(s·GW)、新水利用率100%、單位產(chǎn)品取水量指標(biāo)0. 58m3/(s·GW)、全廠復(fù)用水率98.3%、循環(huán)水利用率98.7%等,這些用水指標(biāo)和定額均達(dá)到或超過了有關(guān)規(guī)范規(guī)定的要求,表明項(xiàng)目的節(jié)水效果和用水效率較好;對(duì)項(xiàng)目水功能區(qū)限制納污指標(biāo)的分析,主要要求項(xiàng)目所在區(qū)域白水江鎮(zhèn)雄-鹽津保護(hù)區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類,項(xiàng)目達(dá)到污水零排放的目標(biāo)。

水資源開發(fā)利率、用水效益、納污能力等技術(shù)指標(biāo)可作為水資源管理的技術(shù)依據(jù)。建議在一期火電廠運(yùn)行期,地方水行政主管部門還要對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)和監(jiān)督:取水口的取水流量、生態(tài)流量、電廠下游河流水質(zhì)。

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