贵州省某生活垃圾焚烧发电项目用水合理性分析

魏文杰，洪明海

（贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州 贵阳 550002）

随着城市的发展与城市垃圾污染、治理之间的矛盾越来越尖锐突出，加上自然资源和能源的危机，城市生活垃圾资源化回收利用已经成为积极推进垃圾处理的重要目标之一，而对生活垃圾进行焚烧和余热利用则是人口密集的城市和地区的较好选择。生活垃圾焚烧发电项目的建设有利于促进当地垃圾减量化、资源化、无害化[1]，项目的建设还有利于提升城市形象，有利于实现城市生活垃圾处理设施的标准化、规范化，有利于节约土地资源，有利于当地经济的可持续发展，目前在我国已得到推广应用。按照新时期治水战略，工业用水应节水减污，努力提高用水效率[2]，因此做好该类项目的水资源论证并取得取水许可审批，对建设资源节约型、环境友好型社会,增强可持续发展能力具有较大意义。本文以贵州省某生活垃圾焚烧发电项目（装机12 MW）为例，重点对其进行用水合理性分析，为该类项目水资源论证工作提供参考。

1 项目概况

本项目日处理生活垃圾600 t，配置1 台600 t/d机械炉排焚烧炉及1台中温中压余热锅炉，配置1 台12 MW中温中压抽凝式汽轮机及1 台12 MW的发电机，工程全年可处理入厂垃圾21.9 万t，年取水总量41.34 万m3，可外供电约6427.57 万kW·h。项目用地总面积为8.21 hm2，不涉及基本农田，有少量林地，土地性质为建设用地，场地平缓。总投资32750 万元。

本项目整个工艺流程包括了垃圾接收、焚烧及余热利用、烟气净化处理、灰渣收集处理、渗沥液处理等系统。垃圾燃烧产生的高温烟气经余热锅炉冷却至约200 ℃后进入烟气净化系统。每套焚烧线配一套烟气净化系统，采用“SNCR炉内脱硝+半干式脱酸+干粉喷射+活性炭吸附+布袋除尘”的组合工艺。布袋除尘器出口符合排放标准的烟气通过引风机送至烟囱排放至大气。余热锅炉以水为工质吸收高温烟气中的热量，产生4.0 MPa、450 ℃的蒸汽，供汽轮发电机发电。

2 设计参数合理性识别

本项目建设1×12 MW发电机组，采用机械通风冷却塔的循环供水系统，生产用水以邻近河道水为取水水源，生活用水以自来水厂为取水水源。从水源地取用的新鲜水量，大部分由中央泵房供给凝汽器和辅机冷却水循环系统；其余部分经过滤和化学水处理后，供给锅炉补充水系统和其他工业用水。项目经过全厂用水的统一规划和水量平衡设计，根据其工艺系统对水质的要求，选用合理的工艺流程和用水设备，从而降低了耗水量。通过采用澄清、过滤、超滤、反渗透系统对循环水排污水进行再回收处理利用，使全厂污废水在厂内回用不外排，实现了近零排放。

本项目夏季、年平均、冬季循环水浓缩倍率分别为5.04、5.00、5.01，满足《循环冷却水节水技术规范》（GB/T 31329-2014）有关要求。此外，循环水系统夏季、年平均、冬季循环冷却倍率分别为70、65、60，电厂年利用小时数不低于8000 h，项目有关设计参数合理。

3 用水过程及水平衡分析

本项目用水系统分给水系统和循环冷却水系统两大部分，其中给水系统包含水净化处理系统、生活给水系统、生产清水泵给水系统、生产工业水泵给水系统；循环冷却水系统则由循环水泵、冷却塔、循环冷却水旁流水处理系统、循环冷却水处理加药系统等组成。

通过对项目的用水过程及水平衡图分析可知，该项目运行阶段包括循环冷却塔用水、飞灰固化用水、化验室用水等25 个用水环节。通过对水平衡图中的各用水环节进行水量分析，梳理各用水环节中新鲜水用水量、初期雨水和垃圾渗滤液、串联用水量、循环水量、串联排水量、耗水量、排水量等数据之间的关系，编制夏季、年平均、冬季3种工况下项目的水平衡表，具体数据见表1（由于篇幅所限仅列出年平均工况）。各工况下项目取水、用水、耗水、排水过程合理，总体水量平衡。

经核定，本工程夏季、年平均、冬季日生产生活总用水量（含重复水量）分别为80082 m3/d、75145 m3/d、70082 m3/d。其中，夏季、年平均、冬季最大日生产生活新鲜水用水量分别为 1185 m3/d、1141 m3/d、1093 m3/d。

结合输水管道的材质及布置情况，本次分析工作在生产生活用水量的基础上考虑从水源地至电厂的输水水量损失（按3%计），因此项目夏季、年平均、冬季日生产生活新鲜水取水量分别为1220 m3/d、1175 m3/d、1125 m3/d。

表1 项目水平衡表（年平均） 单位：m3/d

4 用水水平评价

4.1 用水指标计算

通过计算单位发电量取水量、单位装机容量取水量、重复利用率、冷却水循环率、新水利用率、冷却塔风吹损失率、冷却塔蒸发损失率等指标，进而评价项目用水合理性，具体计算结果如下：

①单位发电量取水量。项目设计年平均日取水量为1175 m3/d，小时用水量48.96 m3/h，机组装机12 MW，则年均单位发电量取水量Vui=48.96/12=4.08 m3/（MW·h）；

②单位装机容量取水量。项目设计夏季最大日用水量为1220 m3/d，机组装机0.012 GW，则单位装机容量取水量为：Vc=1220/（0.012×24×3600）=1.177 m3/（s·GW）；

③重复利用率。项目夏季、年平均、冬季重复利用水量分别为78742 m3、73881 m3、68898 m3，总用水量分别为80082 m3、75145 m3、70082 m3，则重复利用率分别为98.33%、98.32%、98.31%；

④冷却水循环利用率。项目夏季、年平均、冬季循环水量分别为77808 m3、72984 m3、68040 m3，总用水量分别为80082 m3、75145 m3、70082 m3，则冷却水循环利用率分别为97.16%、97.12%、97.09%；

⑤新水利用率。本项目无外排水量，因此新水用水率为100%；

⑥冷却塔蒸发损失率。项目夏季、年平均、冬季冷却塔蒸发损失量分别为929 m3/d、868 m3/d、806 m3/d，冷却塔用水量分别为74280 m3/d、69456 m3/d、64512 m3/d，则夏季、年平均、冬季本项目冷却塔蒸发损失率均为1.25%；

⑦冷却塔风吹损失率。项目夏季、年平均、冬季冷却塔风吹损失量分别74 m3/d、69 m3/d、65 m3/d，冷却塔用水量分别为74280 m3/d、69456 m3/d、64512 m3/d。则夏季、年平均、冬季本项目冷却塔风吹损失率均为0.1%。

4.2 用水指标分析

本项目参照《贵州省行业用水定额》（DB52 /T 725-2011）、《小型火力发电厂设计规范》（GB 50049 -2011）等相关标准，对各用水指标进行合理性分析，具体如下：

1）本项目单位发电量取水量4.08 m3/（MW·h），满足《贵州省行业用水定额》（DB 52 /T725 -2011）中规定的“单机容量＜150 MW级，单位发电取水量不超过4.2 m3/（MW·h）”的要求。

2）本项目单位装机容量取水量为1.177 m3/（s·GW），满足《小型火力发电厂设计规范》（GB 50049 -2011）中规定的“淡水循环冷却供水系统单位装机容量（＜50 MW级）取水量定额不应超过1.20 m3/（s·GW）”的要求。

3）本项目水资源重复利用率为98.3%，达到国内同行业先进水平[3]。

4）本项目冷却水循环利用率为97.1%，满足我国一类城市冷却水循环利用率2010 年达到95%～97%的指标要求[3]。

5）本项目新水利用率为100%，达到行业先进水平。

6）本项目冷却塔风吹损失率0.1%，符合有收水器的风吹损失率应低于0.1%的要求[4]。

7）本项目冷却塔蒸发损失率为1.25%，略高于1.2%的参考标准[5]。

经上述分析，本项目单位发电量取水量、单位装机容量取水量、重复水利用率、冷却水循环利用率、新水利用率以及冷却塔风吹损失率等指标均满足有关规定，而冷却塔蒸发损失率略高于推荐的指标上限。

4.3 同行业其他项目用水指标比较

选取其他地区同行业相同规模的项目设计机组耗水指标与本项目进行比较，进一步分析项目用水水平，相关指标见表2。

表2 其它地区垃圾发电机组耗水指标比较表

由表2可知，结合其他地区相同规模的垃圾焚烧发电项目有关用水指标，12 MW小机组单位装机容量取水量在1.1 m3/（s·GW）～2.0 m3/（s·GW）之间，单位发电量取水量在4.0 m3/（MW·h）～5.5 m3/（MW·h）之间。本项目用水水平指标在同规模机组的垃圾发电项目中相对较优。总体来说，本项目工业重复利用率较高，节水效果较好，具有较好的经济和社会效益，工程用水合理可行。

5 节水潜力分析

项目节水是一项涉及到各个专业和分部的工作，合理的设计、高效、低耗的节水技术和设备、电厂的运行管理，各方面都是相辅相成，缺一不可。要以经济合理和保护水环境为前提条件，凡是可以重复利用的水要多次利用，做到各种水质的水都能“水尽其用”，减少耗水量，从而减少新鲜水取水量，提高经济效益和社会效益。通过前述章节用水指标分析可知，本项目用水工艺技术先进，基本实现了近零排放，但冷却塔蒸发损失率略高于推荐指标。因此，从取用水主要环节上初步分析，节水潜力应采取的改进措施主要有以下几方面：

1）进一步降低管网输水损失。引进技术含量高、经久耐用的输水管网材料，科学布置场内场外管网路径，防治管网输水过程中的跑、冒、滴、漏等现象的发生，进一步降低管网损失率。

2）可采用高压电场荷电节水降低蒸发水水耗等技术[6]，降低冷却蒸发损失水量。

6 结论

本次工作以贵州省某生活垃圾焚烧发电项目为例，对其用水工艺及过程进行系统分析，在水量平衡的基础上通过计算相应的用水指标判断项目用水合理性，并结合其他地区同规模机组设计指标进行对比。结果表明：该项目用水合理，水重复利用率高，有关指标达到同行业先进水平，成果可为该类项目尤其是小机组电厂水资源论证工作提供参考。