火电厂循环水系统运行优化与节水技术研究

引言：

我国火电厂循环水系统普遍存在运行效率偏低的问题，部分机组因循环水量与负荷不匹配，导致凝汽器真空度偏离最佳值，机组热耗率升高；同时，冷却水跑冒滴漏、重复利用率低等问题加剧了水资源浪费。因此，开展循环水系统运行优化与节水技术研究，对火电厂降本增效、实现可持续发展具有重要意义。

1 火电厂循环水系统现存问题分析

1.1 运行参数不匹配

循环水系统的核心参数包括循环水量、进水温度、凝汽器端差等，这些参数与机组负荷、环境温度的匹配性直接影响系统效率。实际运行中，循环水量常与机组负荷脱节，低负荷时循环水泵仍满负荷运行，导致循环水流量过大，不仅增加电耗，还可能因凝汽器过冷度增大而降低机组效率；高负荷时若循环水量不足，则会使凝汽器端差升高，真空度下降，机组热耗率增加。环境温度变化对循环水系统影响显著，夏季水温升高会降低冷却效率，导致凝汽器真空度下降；冬季水温过低若未及时调整，可能造成凝汽器管束冻裂或过冷度超标，影响机组安全经济运行。

1.2 水资源利用率低

火电厂循环水系统的水资源浪费主要体现在三个方面：一是敞开式循环系统的蒸发、风吹和排污损失过大，部分电厂未对排污量进行精准控制，导致补充水量偏高；二是冷却水回收系统不完善，设备冷却水、冲洗水等未有效回收，直接排放；三是水质处理技术落后，循环水浓缩倍率偏低（部分电厂浓缩倍率仅2-3 倍），远低于设计值（5-6 倍），增加了新鲜水补充量。

1.3 设备能耗偏高

循环水泵是循环水系统的主要耗能设备，部分电厂仍采用定速泵运行，无法根据负荷和水温变化调节流量，造成“大马拉小车”现象。此外，凝汽器管束结垢、堵塞会增加水流阻力，导致循环水泵扬程升高、能耗增加；冷却塔填料老化、配水不均则会降低冷却效率，间接增加系统能耗。

2 火电厂循环水系统运行优化措施分析

2.1 循环水量动态调节

根据机组负荷和环境温度，建立循环水量优化模型，实现循环水泵的变负荷运行。采用变频调速技术，通过调节水泵转速改变循环水量，使循环水流量与机组排汽量相匹配。当机组负荷降低时，相应减少循环水量，避免流量过剩导致的能耗浪费；当环境温度升高时，适当增加循环水量，保证凝汽器冷却效果。对于多台循环水泵并联运行的系统，可通过优化运行台数和组合方式实现节能。例如，低负荷时采用“1 台变频泵 +1 台定速泵”组合，高负荷时启用全部水泵，确保在满足冷却需求的前提下，最大限度降低电耗。

2.2 凝汽器真空度优化

凝汽器真空度是影响机组效率的关键指标，需通过多参数协同调节实现最优控制。一方面，控制循环水进水温度，通过优化冷却塔运行（如调整风机转速、喷雾量）降低水温；另一方面，减少凝汽器端差，定期清理管束结垢和杂物，保持换热面清洁，使端差控制在设计值以内。建立真空度与循环水量的关联模型，找到不同工况下的最佳真空度。过度追求高真空度会导致循环水泵能耗激增，需在机组热效率提升与水泵能耗增加之间找到平衡点，实现系统整体能耗最低。

2.3 水质优化控制

提高循环水浓缩倍率是减少补充水量的有效手段，通过精准控制排污量和加药量，将浓缩倍率提升至设计值。采用先进的水质在线监测系统，实时监测循环水的pH值、硬度、浊度等指标，根据监测结果自动调整阻垢剂、缓蚀剂的投加量，防止管束结垢和腐蚀。加强凝汽器胶球清洗系统的运行管理，优化清洗频率和时间，确保管束清洁。对于结垢严重的凝汽器，采用高压水冲洗或化学清洗等方式去除垢层，恢复换热效率。

2.4 冷却塔运行优化

定期检查冷却塔填料、淋水装置和风机，及时更换老化填料，修复损坏的配水管道，确保配水均匀。根据环境温度和循环水进水温度，调节冷却塔风机运行状态，夏季高温时开启全部风机，冬季低温时停运部分风机或采用低速运行，减少风机能耗。优化冷却塔的通风设计，避免热风回流影响冷却效果。对于自然通风冷却塔，可通过调整挡风板位置改善气流分布；对于机械通风冷却塔，合理布置风机位置，确保气流顺畅。

3 火电厂循环水系统节水技术应用分析

3.1 循环水系统封闭化改造

将敞开式循环系统改造为闭式循环系统，通过增设空冷器或板式换热器，减少蒸发和风吹损失。闭式系统采用密闭式冷却，仅需少量补充水用于弥补排污和泄漏损失，可使新鲜水消耗量降低 60% 以上。对于水资源匮乏地区，优先采用空气冷却技术，如直接空冷系统或间接空冷系统，彻底摆脱对水资源的依赖。

3.2 废水回收利用技术

构建全厂水资源循环利用网络，将不同水质的废水分类回收处理。设备冷却水、冲洗水等水质较好的废水经简单处理后，回用于循环水补充水；生活污水、工业废水等经深度处理（如生化处理+超滤 + 反渗透）后，达到循环水补充水标准，实现水资源梯级利用。设置雨水收集系统，收集厂区雨水经沉淀、过滤后，用于绿化灌溉、道路冲洗和循环水补充，减少新鲜水使用量。

3.3 高浓缩倍率运行技术

采用新型水处理药剂（如高效阻垢剂、分散剂），提高循环水的抗结垢能力，使浓缩倍率提升至 5 倍以上。优化排污策略，根据循环水水质指标精准控制排污量，在保证系统安全运行的前提下，最大限度减少排污损失。采用旁流过滤技术，去除循环水中的悬浮物和胶体，降低水质恶化速度，为高浓缩倍率运行提供保障。旁流过滤水量一般为循环水流量的 2%-5% ，可有效控制循环水浊度。

3.4 智能节水监控系统

引入物联网和大数据技术，搭建循环水系统智能监控平台，实现水资源消耗的实时监测和优化调控。平台通过安装在补水管道、排污口、循环水泵等部位的传感器，采集水量、水质、能耗等数据，进行动态分析和预警。基于历史数据建立节水优化模型，预测不同工况下的最佳补水量和排污量，为运行人员提供操作指导。同时，平台可自动生成水资源消耗报表，评估节水措施的实施效果，持续优化节水方案。

结束语：

未来，随着智慧电厂建设的推进，循环水系统将向“智能化、精细化、低碳化”方向发展。建议进一步研究基于人工智能的自适应控制算法，实现循环水系统的全自动优化运行；开发新型节水材料和设备，如高效冷却塔填料、低阻凝汽器管束等；探索循环水与其他系统（如脱硫系统、灰渣系统）的协同节水模式，构建全厂一体化节水体系，为火电厂实现“节水增效、绿色发展”目标提供有力支撑。

参考文献：

[1]火力发电厂循环水系统节能改造分析[J].董冲烈.信息记录材料,2018(09)

[2]火电厂闭式循环水系统优化运行试验研究[J].徐钟宇.上海节能,2023(10)

[3]电厂循环水泵变频调控的优化与应用[J].杜艳秋;孙毅;刘学亭;高岩;王强.山东建筑大学学报,2021(01)