魏文杰，洪明海

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院,貴州 貴陽 550002）

隨著城市的發(fā)展與城市垃圾污染、治理之間的矛盾越來越尖銳突出，加上自然資源和能源的危機，城市生活垃圾資源化回收利用已經(jīng)成為積極推進垃圾處理的重要目標(biāo)之一，而對生活垃圾進行焚燒和余熱利用則是人口密集的城市和地區(qū)的較好選擇。生活垃圾焚燒發(fā)電項目的建設(shè)有利于促進當(dāng)?shù)乩鴾p量化、資源化、無害化[1]，項目的建設(shè)還有利于提升城市形象，有利于實現(xiàn)城市生活垃圾處理設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，有利于節(jié)約土地資源，有利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，目前在我國已得到推廣應(yīng)用。按照新時期治水戰(zhàn)略，工業(yè)用水應(yīng)節(jié)水減污，努力提高用水效率[2]，因此做好該類項目的水資源論證并取得取水許可審批，對建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會,增強可持續(xù)發(fā)展能力具有較大意義。本文以貴州省某生活垃圾焚燒發(fā)電項目（裝機12 MW）為例，重點對其進行用水合理性分析，為該類項目水資源論證工作提供參考。

1 項目概況

本項目日處理生活垃圾600 t，配置1 臺600 t/d機械爐排焚燒爐及1臺中溫中壓余熱鍋爐，配置1 臺12 MW中溫中壓抽凝式汽輪機及1 臺12 MW的發(fā)電機，工程全年可處理入廠垃圾21.9 萬t，年取水總量41.34 萬m3，可外供電約6427.57 萬kW·h。項目用地總面積為8.21 hm2，不涉及基本農(nóng)田，有少量林地，土地性質(zhì)為建設(shè)用地，場地平緩?？偼顿Y32750 萬元。

本項目整個工藝流程包括了垃圾接收、焚燒及余熱利用、煙氣凈化處理、灰渣收集處理、滲瀝液處理等系統(tǒng)。垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐冷卻至約200 ℃后進入煙氣凈化系統(tǒng)。每套焚燒線配一套煙氣凈化系統(tǒng)，采用“SNCR爐內(nèi)脫硝+半干式脫酸+干粉噴射+活性炭吸附+布袋除塵”的組合工藝。布袋除塵器出口符合排放標(biāo)準(zhǔn)的煙氣通過引風(fēng)機送至煙囪排放至大氣。余熱鍋爐以水為工質(zhì)吸收高溫?zé)煔庵械臒崃?，產(chǎn)生4.0 MPa、450 ℃的蒸汽，供汽輪發(fā)電機發(fā)電。

2 設(shè)計參數(shù)合理性識別

本項目建設(shè)1×12 MW發(fā)電機組，采用機械通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)，生產(chǎn)用水以鄰近河道水為取水水源，生活用水以自來水廠為取水水源。從水源地取用的新鮮水量，大部分由中央泵房供給凝汽器和輔機冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；其余部分經(jīng)過濾和化學(xué)水處理后，供給鍋爐補充水系統(tǒng)和其他工業(yè)用水。項目經(jīng)過全廠用水的統(tǒng)一規(guī)劃和水量平衡設(shè)計，根據(jù)其工藝系統(tǒng)對水質(zhì)的要求，選用合理的工藝流程和用水設(shè)備，從而降低了耗水量。通過采用澄清、過濾、超濾、反滲透系統(tǒng)對循環(huán)水排污水進行再回收處理利用，使全廠污廢水在廠內(nèi)回用不外排，實現(xiàn)了近零排放。

本項目夏季、年平均、冬季循環(huán)水濃縮倍率分別為5.04、5.00、5.01，滿足《循環(huán)冷卻水節(jié)水技術(shù)規(guī)范》（GB/T 31329-2014）有關(guān)要求。此外，循環(huán)水系統(tǒng)夏季、年平均、冬季循環(huán)冷卻倍率分別為70、65、60，電廠年利用小時數(shù)不低于8000 h，項目有關(guān)設(shè)計參數(shù)合理。

3 用水過程及水平衡分析

本項目用水系統(tǒng)分給水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)兩大部分，其中給水系統(tǒng)包含水凈化處理系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)、生產(chǎn)清水泵給水系統(tǒng)、生產(chǎn)工業(yè)水泵給水系統(tǒng)；循環(huán)冷卻水系統(tǒng)則由循環(huán)水泵、冷卻塔、循環(huán)冷卻水旁流水處理系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水處理加藥系統(tǒng)等組成。

通過對項目的用水過程及水平衡圖分析可知，該項目運行階段包括循環(huán)冷卻塔用水、飛灰固化用水、化驗室用水等25 個用水環(huán)節(jié)。通過對水平衡圖中的各用水環(huán)節(jié)進行水量分析，梳理各用水環(huán)節(jié)中新鮮水用水量、初期雨水和垃圾滲濾液、串聯(lián)用水量、循環(huán)水量、串聯(lián)排水量、耗水量、排水量等數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，編制夏季、年平均、冬季3種工況下項目的水平衡表，具體數(shù)據(jù)見表1（由于篇幅所限僅列出年平均工況）。各工況下項目取水、用水、耗水、排水過程合理，總體水量平衡。

經(jīng)核定，本工程夏季、年平均、冬季日生產(chǎn)生活總用水量（含重復(fù)水量）分別為80082 m3/d、75145 m3/d、70082 m3/d。其中，夏季、年平均、冬季最大日生產(chǎn)生活新鮮水用水量分別為 1185 m3/d、1141 m3/d、1093 m3/d。

結(jié)合輸水管道的材質(zhì)及布置情況，本次分析工作在生產(chǎn)生活用水量的基礎(chǔ)上考慮從水源地至電廠的輸水水量損失（按3%計），因此項目夏季、年平均、冬季日生產(chǎn)生活新鮮水取水量分別為1220 m3/d、1175 m3/d、1125 m3/d。

表1 項目水平衡表（年平均） 單位：m3/d

4 用水水平評價

4.1 用水指標(biāo)計算

通過計算單位發(fā)電量取水量、單位裝機容量取水量、重復(fù)利用率、冷卻水循環(huán)率、新水利用率、冷卻塔風(fēng)吹損失率、冷卻塔蒸發(fā)損失率等指標(biāo)，進而評價項目用水合理性，具體計算結(jié)果如下：

①單位發(fā)電量取水量。項目設(shè)計年平均日取水量為1175 m3/d，小時用水量48.96 m3/h，機組裝機12 MW，則年均單位發(fā)電量取水量Vui=48.96/12=4.08 m3/（MW·h）；

②單位裝機容量取水量。項目設(shè)計夏季最大日用水量為1220 m3/d，機組裝機0.012 GW，則單位裝機容量取水量為：Vc=1220/（0.012×24×3600）=1.177 m3/（s·GW）；

③重復(fù)利用率。項目夏季、年平均、冬季重復(fù)利用水量分別為78742 m3、73881 m3、68898 m3，總用水量分別為80082 m3、75145 m3、70082 m3，則重復(fù)利用率分別為98.33%、98.32%、98.31%；

④冷卻水循環(huán)利用率。項目夏季、年平均、冬季循環(huán)水量分別為77808 m3、72984 m3、68040 m3，總用水量分別為80082 m3、75145 m3、70082 m3，則冷卻水循環(huán)利用率分別為97.16%、97.12%、97.09%；

⑤新水利用率。本項目無外排水量，因此新水用水率為100%；

⑥冷卻塔蒸發(fā)損失率。項目夏季、年平均、冬季冷卻塔蒸發(fā)損失量分別為929 m3/d、868 m3/d、806 m3/d，冷卻塔用水量分別為74280 m3/d、69456 m3/d、64512 m3/d，則夏季、年平均、冬季本項目冷卻塔蒸發(fā)損失率均為1.25%；

⑦冷卻塔風(fēng)吹損失率。項目夏季、年平均、冬季冷卻塔風(fēng)吹損失量分別74 m3/d、69 m3/d、65 m3/d，冷卻塔用水量分別為74280 m3/d、69456 m3/d、64512 m3/d。則夏季、年平均、冬季本項目冷卻塔風(fēng)吹損失率均為0.1%。

4.2 用水指標(biāo)分析

本項目參照《貴州省行業(yè)用水定額》（DB52 /T 725-2011）、《小型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》（GB 50049 -2011）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對各用水指標(biāo)進行合理性分析，具體如下：

1）本項目單位發(fā)電量取水量4.08 m3/（MW·h），滿足《貴州省行業(yè)用水定額》（DB 52 /T725 -2011）中規(guī)定的“單機容量＜150 MW級，單位發(fā)電取水量不超過4.2 m3/（MW·h）”的要求。

2）本項目單位裝機容量取水量為1.177 m3/（s·GW），滿足《小型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》（GB 50049 -2011）中規(guī)定的“淡水循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)單位裝機容量（＜50 MW級）取水量定額不應(yīng)超過1.20 m3/（s·GW）”的要求。

3）本項目水資源重復(fù)利用率為98.3%，達到國內(nèi)同行業(yè)先進水平[3]。

4）本項目冷卻水循環(huán)利用率為97.1%，滿足我國一類城市冷卻水循環(huán)利用率2010 年達到95%～97%的指標(biāo)要求[3]。

5）本項目新水利用率為100%，達到行業(yè)先進水平。

6）本項目冷卻塔風(fēng)吹損失率0.1%，符合有收水器的風(fēng)吹損失率應(yīng)低于0.1%的要求[4]。

7）本項目冷卻塔蒸發(fā)損失率為1.25%，略高于1.2%的參考標(biāo)準(zhǔn)[5]。

經(jīng)上述分析，本項目單位發(fā)電量取水量、單位裝機容量取水量、重復(fù)水利用率、冷卻水循環(huán)利用率、新水利用率以及冷卻塔風(fēng)吹損失率等指標(biāo)均滿足有關(guān)規(guī)定，而冷卻塔蒸發(fā)損失率略高于推薦的指標(biāo)上限。

4.3 同行業(yè)其他項目用水指標(biāo)比較

選取其他地區(qū)同行業(yè)相同規(guī)模的項目設(shè)計機組耗水指標(biāo)與本項目進行比較，進一步分析項目用水水平，相關(guān)指標(biāo)見表2。

表2 其它地區(qū)垃圾發(fā)電機組耗水指標(biāo)比較表

由表2可知，結(jié)合其他地區(qū)相同規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電項目有關(guān)用水指標(biāo)，12 MW小機組單位裝機容量取水量在1.1 m3/（s·GW）～2.0 m3/（s·GW）之間，單位發(fā)電量取水量在4.0 m3/（MW·h）～5.5 m3/（MW·h）之間。本項目用水水平指標(biāo)在同規(guī)模機組的垃圾發(fā)電項目中相對較優(yōu)?？傮w來說，本項目工業(yè)重復(fù)利用率較高，節(jié)水效果較好，具有較好的經(jīng)濟和社會效益，工程用水合理可行。

5 節(jié)水潛力分析

項目節(jié)水是一項涉及到各個專業(yè)和分部的工作，合理的設(shè)計、高效、低耗的節(jié)水技術(shù)和設(shè)備、電廠的運行管理，各方面都是相輔相成，缺一不可。要以經(jīng)濟合理和保護水環(huán)境為前提條件，凡是可以重復(fù)利用的水要多次利用，做到各種水質(zhì)的水都能“水盡其用”，減少耗水量，從而減少新鮮水取水量，提高經(jīng)濟效益和社會效益。通過前述章節(jié)用水指標(biāo)分析可知，本項目用水工藝技術(shù)先進，基本實現(xiàn)了近零排放，但冷卻塔蒸發(fā)損失率略高于推薦指標(biāo)。因此，從取用水主要環(huán)節(jié)上初步分析，節(jié)水潛力應(yīng)采取的改進措施主要有以下幾方面：

1）進一步降低管網(wǎng)輸水損失。引進技術(shù)含量高、經(jīng)久耐用的輸水管網(wǎng)材料，科學(xué)布置場內(nèi)場外管網(wǎng)路徑，防治管網(wǎng)輸水過程中的跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象的發(fā)生，進一步降低管網(wǎng)損失率。

2）可采用高壓電場荷電節(jié)水降低蒸發(fā)水水耗等技術(shù)[6]，降低冷卻蒸發(fā)損失水量。

6 結(jié)論

本次工作以貴州省某生活垃圾焚燒發(fā)電項目為例，對其用水工藝及過程進行系統(tǒng)分析，在水量平衡的基礎(chǔ)上通過計算相應(yīng)的用水指標(biāo)判斷項目用水合理性，并結(jié)合其他地區(qū)同規(guī)模機組設(shè)計指標(biāo)進行對比。結(jié)果表明：該項目用水合理，水重復(fù)利用率高，有關(guān)指標(biāo)達到同行業(yè)先進水平，成果可為該類項目尤其是小機組電廠水資源論證工作提供參考。