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王艳菊
(哈尔滨市水利规划设计研究院有限公司，哈尔滨 150000)
水资源是我国经济发展的重要战略资源，也是人类赖以生存和发展的基础，我国水资源总量丰富，但人均占有水资源量低，仅为世界人均水资源量的1/4，美国的1/5，是全球人均水资源最贫乏的国家之一[1]。近年来，水资源供需矛盾日益突出，为加强水资源合理开发、高效利用、优化配置和可持续利用，水利部、原国家计委2002年颁布施行了《建设项目水资源论证管理办法》，2006年国务院发布了《取水许可和水资源费征收管理条例》，均要求新建、改建、扩建的建设项目应编制水资源论证报告书，并办理取水许可。《建设项目水资源论证导则》(GB/T 35580-2017)要求，水资源论证应分析项目的取用水合理性，为水资源决策及合理开发利用提供依据。
项目用水合理性分析，应明确项目的用水系统组成及其用水工艺技术，在此基础上，对项目的用水量及水量平衡进行复核，计算用水指标，分析用水水平的合理性和节水情况，最后提出用水合理性分析结论。对已建项目来说，重点和难点在于确定项目实际用水量及水量平衡过程。热电联产项目是国家鼓励发展的节能技术，属于火电类高用水行业[2]，用水定额和用水指标有更加严格的规定，这也是已建热电联产项目面临的一个挑战。
本文以哈尔滨市某已建集中供热热电联产项目为例，介绍该项目的用水合理性分析原则及方法，通过深入项目区调查和研究项目的生产工艺流程、用水过程、污水产生和排放情况以及水表计量情况等，划分测试单元，采用逐级平衡法对用水过程进行测试，最终完成全厂水量平衡。在此基础上，对项目的用水指标及节水措施进行详细分析，进而得出该项目用水合理性分析结论及建议，对行业同类项目的用水合理性分析具有一定的参考价值，同时为水行政主管部门加强水资源论证及管理提供一定的参考依据。
该项目分为多期工程建设并运行，自2002年开始建设，对原电厂进行扩建及合并，并陆续新建循环流化床热水锅炉、蒸汽锅炉，环保更新改造及老系统除尘、脱硫脱硝等改造，至2017年共建成并运行20台锅炉及2台机组，包括17台循环流化床热水锅炉，3台循环流化床蒸汽锅炉和2台12 MW汽轮发电机组。机组设备年运行小时数为4 296 h，实现集中供热面积4 200×104m2以上，年发电量45 810×104kW·h，年供热量1 583×104GJ。
项目运行期生产用水取水量为286.88 m3/h，年总取用水量为123.24×104m3。考虑二次处理厂用水和管道输送损失，年总取水量为135.57×104m3，最大取水流量为0.09 m3/s，取水水源为松花江水地表水。
2.1 分析思路与方法
该项目为已建项目，共运行20台锅炉及2台机组。根据项目实际运行情况，17台热水锅炉的生产工艺和用水工艺技术均是相同的，3台蒸汽锅炉及发电机组联合运行，其用水技术工艺与热水锅炉不同，主要体现在热力系统和化水处理的除盐水上，其他循环冷却水系统、烟气脱硫脱硝系统和除灰渣系统等工艺技术均是相同的，用水系统也是合并运行的。因此，在用水合理性分析时，热力系统中热水锅炉和蒸汽锅炉分别分析，用水工艺化水处理系统中热水锅炉补给水和蒸汽锅炉补给水系统分别分析，其他系统均合并分析。
通过深入项目区调查，与主要用水部门负责人沟通和和研究，了解项目生产工艺流程、用水过程、污水产生和排放情况以及水表计量情况等，对项目区划分测试单元，采用逐级平衡法对整个用水过程进行测试，完成全厂水量平衡，计算用水指标并进行用水水平评价。
2.2 用水工艺及系统组成
本工程生产用水系统主要包括热网补充水和工业冷却水两部分。
2.2.1 热网补充水系统
1) 热水锅炉补给水系统。软化系统采用全自动逆流再生钠离子交换器，设备为机电一体化设计。交换树脂为001×7型强酸阳离子交换树脂，数值失效后用NaCl再生。
软化水系统流程为：经预处理后(生水)→逆流再生钠离子交换器→软化水箱→软化水泵→软化水除氧器→热网补水泵→热网。热水锅炉除氧采用组合式解吸除氧装置，由喷射器、解吸器、气水分离器、除氧反应器、水封器、换热器及控制仪表组成。
2) 蒸汽锅炉补给水系统。蒸汽锅炉为汽轮发电机组提供汽源，其补给水水质要求较高，需经过软化、除盐、除氧等处理。
原水经软化后，需在反渗透装置内，通过压力作用透过RO膜脱除水中盐份得到除盐水。为保护RO膜，反渗透装置前应设保安过滤器截留水中悬浮物、颗粒等微小物质。除盐后的水储存于无盐水箱，再经除氧后作为蒸汽锅炉补给水。
2.2.2 工业冷却水系统
工业冷却水系统主要包括风机及取样冷却用水、冷渣机冷却用水、热网循环泵冷却水、给水泵冷却器冷却用水等。分为高温和常温循环冷却水系统。
高温循环冷却水系统：高温循环水池—→高温循环水泵—→供水总管—→需要冷却的设备—→回水总管—→高温冷却塔—→高温循环水池。
常温循环冷却水系统：常温循环水池—→常温循环水泵—→供水总管—→需要冷却的设备—→回水总管—→常温冷却塔—→常温循环水池。
2.3 用水量及水量平衡
2.3.1 用水过程
本项目生产用水量为3 154.88 m3/h，取用新水量286.88 m3/h，其余水量2 868 m3/h来自厂区内部回用和循环水，见表1。
表1 生产生活用水量表 /m3·h-1
2.3.2 水量平衡分析
本工程本着节约用水、一水多用、循环使用和废水回收利用的原则，尽可能提高水的重复利用率，水量平衡表见表2。本项目用水总量为3 157.38 m3/h，其中循环水量2 750 m3/h，回用水量118 m3/h，耗水量269 m3/h，排水量20.38 m3/h。
表2 水量平衡表 /m3·h-1
2.4 用水指标及用水水平评价
用水指标计算应根据建设项目的具体情况(类型、行业)选择计算指标， 所选计算指标要具有可比性，通过比较能从不同角度分别说明项目的用水水平及发现用水不合理环节，指标计算宜采用已颁布的规范、标准及技术性文件所规定的方法[3]。
根据国家水利行业指导性技术文件和标准，选取该电厂节约用水的考核指标，主要为间接冷却水利用率、单位发电取水量、单位发电量耗水量、单位装机取水量、单位装机耗水量、重复利用率、循环水冷却倍率、循环水浓缩倍率、全厂废水回用率等。依据水量平衡表和水量平衡图为基础，分析计算各项用水量考核指标，成果见表3。
项目用水指标满足《火电建设项目水资源论证导则》(SL 763-2018)、《火力发电厂节水导则》(DL/T 783-2018)条款和《取水定额第一部分：火力发电》(GB/T 18916.1-2012)、《节水型企业火力发电行业》(GB/T 26925-2011)、《发电节水设计规范》(DL/T 5513-2016)、《黑龙江省地方标准用水定额》(DB23/T 727-2021)等规程、规范、标准等相关节水指标要求，节水水平较高。与省内同类项目相比，本项目处于较为先进水平。
表3 用水指标计算成果表
用水合理性分析是项目水资源论证工作中的一个重要环节。本文以已建热电联产项目为例，根据项目实际运行的生产工艺和用水过程，有针对性地提出了用水合理性分析方法和重点难点，选取并计算用水指标，经过纵向多指标及横向同类项目比较后，较全面和客观地给出了项目的用水水平评价结果，对已建同类项目具有一定的参考价值，同时对于控制项目的合理用水需求和提高水资源利用效率具有重要意义。
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