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关键词:水质性节水管理;水循环;统筹管理
水质性缺水与水量性缺水已经成为我国日益突显并亟待解决的社会用水问题,系统而有效的节水管理体系是解决问题的关键。住房和城乡建设部于2012年《中国城镇供水状况公报》(2006-2010),指出2010年全国城镇供水总量为713.9亿立方米,设市城市和县城(市县)合计的管网漏损率为14.6%,高于原建设部2002年的《城市供水管网漏损控制和评定标准》规定的12%。该年用水总量达635.2亿立方米,41.9%为生产用水,53.2%为生活用水且有增长趋势,其他用水占4.9%。粗放的传统用水方式,未能实现分质供水取水,导致自来水资源的严重浪费。2011年全国城市污水的排放量近212亿立方米,而污水处理率仅13.7%,大部分城市污水未经处理即排入水体,地级乡镇情况更加恶劣,地面水亦受到严重污染[2]。
1 水社会循环过程中的问题、原因及解决方法
自然水体在社会循环中作为水源水,会被随初期雨水进入水体大气中污染物,沿岸污染企业偷排严重,农业面源污染下渗。2011年全国设市城市公共供水厂出厂水样达标率为83%,管网末梢水样达标率为79.6%[2],说明在输水过程中水质变差。另外水量减少在输水过程中也较为明显,我国规定供水漏损率应不超过12%,而多个城市供水漏损率均超过这一标准,表1提供2000-2010年我国城市平均供水管网漏损率[3]。我国2010年全国城镇供水管道长度为102.88公里,单位管长供水损失率为1.85m3/km*h,超过欧洲发达国家3倍之多[1,2,3]。
生活用水中消火栓水被消防,绿化以及道路浇洒取用。城区污水收集率及处理率相对乡镇较高。老城区会出现雨污合流的管道,污水处理厂承受更大不必要的压力。
对此应健全法律法规,依法取缔水源地沿岸重污染低产值的企业;提高排放标准,提高排污许可准入门槛;发挥市场功效,加快推行排污权交易进程。评价初期雨水径流污染,完善雨水处理技术,将雨水径流污染控制纳入总量控制。加大科技研发力度,利用高校研究所等研究团队联合控制,加大节水管理过程中信息化程度,完善漏损控制理论与方法等[5]。
为改善状况,可适当限制企业年度用水计划,调整工业用水定额,强制企业进行水平衡测试,并利用相关技术手段进行节水优化。对市政供水系统进行调整,开辟杂用水管道系统进行分质供水。此外确立科学的水价体系,是优化节水管理的重要保证。充分发挥市场的调节作用,建立科学的水价体系和管理体制[6]。
未来污水管网的维修与改造,应改合流制管网为分流制,改进检漏手段。对污水处理厂进行提标改造,进一步改善出水水质,同时完善检测制度,加大惩罚力度。对乡镇排水的管理则主要是基础建设,主要是修建运营污水处理厂及配套污水收集管网。加强监督,重罚违法排污企业。
2 水自然循环过程中的问题、原因及解决方法
水的自然循环主要环节有地表自然水体,地下水及雨水,其中,由于自然水体还是水的社会循环重要组成部分。目前多数城市对雨水的处理方式都是通过雨水收集系统直接就近排入自然水体,对水量来说是一种浪费。我国城市雨水利用处于初步阶段,没有系统的雨水利用系统,政策法规不配套,市场机制不健全,主管部门不明确,相关技术标准缺乏而且不成体系[7,8]。现阶段应先以发展雨水回用技术为主,逐步实现规范系统标准化,逐步明确管理权责,健全市场机制,循序渐进,推动雨水利用系统试点工作。
地下水因深埋地下,难以被人们所关注。地下水水量减少主要是因为过度开采,用于生活或灌溉,水质恶化主要是由于城市垃圾填埋场渗滤液及加油站地下储油罐、输油管泄露[9]。地下水处于相对封闭的空间且具有流通性,一旦受到污染,治理手段相当有限,基本上不可能治理,故对地下水的管理以防止污染为主。
对于居民区,应尽快提供自来水,加大滥用地下水资源行为的惩罚力度。对于灌区,提高地下水资源价格,确保地表水资源合理利用,保护地下水资源。整改已建垃圾填埋场和加油站,巩固防渗防泄漏措施,并在高地下水位地区限制使用农药及一切污染品。
【关健词】:循泵电机;排水母管;经济性;
中图分类号:F407.61 文献标识码:A 文章编号:
循泵是各火力发电厂中的重要辅助设备,主要用来向凝汽器供给冷却水,将汽轮机排出的乏汽冷却凝结,由此来保持凝汽器内的真空度。某些电厂循泵电机冷却器冷却水采用开式循环方式,为从循泵入口水室取水,再排入江河中,为了考虑循泵房的防洪功能通常其排水口均设置较高,大多布置在控制室平台位置。经过对湖南、湖北等南方几家依江河所建电厂情况的了解,循泵电机冷却水均采用深井水泵或管道泵抽水供循泵电机冷却方式,排水口处于循泵房控制室平台层位置,位置较高,检查发现其具有改造的可能性。
概述
某火力发电厂两台600MW机组配备有四台循泵,循泵型号为80LKXA-31,额定流量32760t/h,电机型号为YKSL3500-12/2150-1,电机功率3500kw,冷却方式为水—空冷方式。循泵电机冷却水采用冲洗水泵供水,冲洗水泵为长轴深井泵,型号为200LC3-69,配套电机型号为Y2 315S-4,电机额定功率为110Kw,额定电压力为380V,额定电流为197A,冲洗水泵轴总长度达19米深。
存在的问题:
2.1某火力发电厂循泵电机冷却器冷却水利用冲洗水泵供水,循泵层平台位置标高为36米,电机冷油器冷却水管位置标高为40米,排水集污沟布置在控制室运行层平台位置,运行层平台标高为45米。循泵电机冷却器冷却水通过冷却器后排至运行层集污沟内,因而冷却水排水口与电机冷却器冷却水进水管处存在5米高差水头需要克服,故冷却水排水存在高差损失。这样基本上需投入冲洗水泵长期运行,因此增加了部分厂用电率。
2.2为了确保循泵电机线圈、电机轴承的冷却需要利用冲洗水泵提高排水压头并保持冷却水流量和一定的流速。据相关利用长轴深井泵运行的火力发电厂运行及点检人员反应,运行状况均不理想,体现在长轴深井泵电机振动较大问题上,原因主要是深井水泵轴细长,均达10多米深,同时泵外接管无支撑,因而存在下部摆动较大的问题。同时循泵进水河道在循泵抽吸作用下形成一定的水流流速,此水流会对长轴深井泵外壳体产生一定的冲击作用,均会导致深井泵动静部件的相互磨损,出现动静部件间隙的增大,会在深井泵检修投入运行不久即出现水泵振动逐步增大的问题,导致深井泵运行寿命短的问题。某厂循泵房冲洗水泵检修频繁也就是这个原因,每年均需安排1~2次解体大修,检修人工成本和备品费用均较高。
改造情况:
经过对某火力发电厂循泵房现场运行情况的了解,现场布置的四台冷却水泵基本上末投入使用,投入后运行状况也不理想。因而取消当中两台冷却水泵,对循泵电机冷却器冷却水排水母管进行改造,在排水母管上增加两路管道直接排入两台冷却水泵基座入口位置。也就是让循泵电机冷却器冷却水直接排入循泵室入口,这样就降低了循泵电机冷却器冷却水排水压头,减少约5米高差的水压损失,加快循泵冷却器冷却水流速,极大的提高冷却器换热效果。同时把循泵电机冷却器冷却水改为自供水后基本上能停止冲洗水泵的运行。因而可延长冲洗水泵的检修时间间隔,停止使用冲洗水泵也能降低了全厂厂用电率。
通过对2010年湘江全年水位情况的统计来看,湘江水位超过34米以上2010年全年就仅约22天,分布在4、5、6月份。
因循泵层平台标高为36米,为了确保循泵房防汛的安全可靠,通过对湘江水位的观察,在保留一定裕量的情况下,决定在湘江水位达34米以上时关闭此两路管道,让循泵冷却器冷却水排水仍走排集污沟上游端出水。因此可在湘江水位低于34米以下时,完全可采用自供水方式对循泵冷却器进行供水冷却,也就可基本停止冲洗水泵运行。
经济性及效果分析:
对火力发电厂循泵电机冷却器出水母管改造,在母管上新加装两路排水管道进行排水,此改造项目节能效果非常明显。改造所需费用包括检修费用不到一万元,但所创造效益非常可观,改造后每年均可节省费用达63万元之多,达到永久受益的目的。
4.1节约厂用电费用:
冲洗水泵额定电流197A,而正常运行时电流为140A,线电压为380V, 电机功率因数cosφ:0.89。全年可减少冲洗水泵时间估计一年至少可减少300天左右,一天至少可按减少冲洗水泵使用时间23h计算。
得出减少使用一台冲洗水泵一年时间内节约的能耗为
P=1.732×UI×cosφ×h
=1.732×140A×380V×0.89×300×23h=5.66×108Wh =5.66×105KWh
按每度电成本约0.44元计算,因而一台冲洗水泵全年可节约费用=5.66×105KWh×0.44=2.49×105元。因原每天均需投入两台冲洗水泵运行,因而全年按两台冲洗水泵运行计算可节约费用约50万元。
4.2从管理成本上分析:
通过改造,可延长冲洗水泵的检修周期,提高冲洗水泵运行的可靠性。从人工成本方面考虑每年可减少冲洗水泵三台次的检修成本费用,因此即可节约检修费用1万元左右。而从备品备件的费用考虑,参考以前冲洗水泵检修所需备品费用情况,每台冲洗水泵检修备品费用需4万元左右,因而一年可减少备品费用约12万元。每年对于冲洗水泵的管理成本方面就可至少节约成本约13万元。
4.3 改造效果试验及分析:
4.3.1降温效果明显:
从切换后循泵运行情况看,在环境温度及湘江水温升高的情况下,循泵推力瓦及导瓦温度均降低约0.9至1度,而电机线圈温度降低较多,达6.4度。同时从现场测量的循泵冷却水进出水温度来看,改造后出水温度比原出水温度约低0.5度,因此降温效果明显。因而对于循泵运行特别是在夏季高温季节运行有较大好处。
4.3.2对机组真空影响基本没有:
一台循泵电机冷却水设计流量为43t/h,而一台循泵运行流量达32760t/h,因而排水量相对循泵流量非常小,仅约0.13%,因而对机组循环水影响非常小。经过对循泵进行切换后,从循泵运行的试验结果看,冷却水排水切换前后,循泵电机冷却水排水对机组运行真空方面基本没有变化。
通过对循泵电机冷却水排水改造后试验情况看,循泵电机冷却水排水具有较大的改造性,提高经济性方面效果明显。可作为其他类似火力发电厂设备管理和电力设计院在循泵房系统设计方面借鉴作用。
结语
经过对循泵电机冷却水排水母管的改造,投运后检查效果如下:
5.1通过减少冲洗水泵使用时间,提高冲洗水泵运行可靠性,延长冲洗水泵使用寿命和检修周期,达到降低冲洗水泵厂用电,节约厂用电费用,在节能效果非常明显。
5.2改造后对于增加循泵冷却水流量明显,同时降低循泵推力瓦、导瓦运行温度、电机线圈温度。对循泵夏季安全运行有很大好处。
5.3可保持循泵房的安全文明卫生整洁
从改造后试验结果来看对于循泵电机冷却器排水母管的改造效果和经济性非常明显,也验证了改造的可行性。而为了确保循泵房汛期的安全稳定运行,在河水水位达到34米以上时应关闭此路管道,使循泵电机冷却器排水仍通过控制室平台集污沟上游端进行排水。
参考文献:
区域水循环经济体系的内涵及意义我国是一个缺水国家,北方尤甚。
北方地区不仅存在资源禀赋意义上的水资源短缺,而且水环境生态功能退化而导致的“水质性”缺水问题也日益严峻。以海河流域为例,2012年海河区水质为劣,Ⅰ~Ⅲ类水河长比例为34.6%,劣Ⅴ类水河长比例为46.1%。“水质性”缺水威胁人类身体健康,增加了处理费用并带来了新的水质安全威胁。
为破解经济发展和水资源短缺、水环境污染三者之间的矛盾,同时平衡工业、市政和生态环境用水三者需求,我们需要构建新型的区域水循环经济体系。所谓区域水循环经济体系是建立在循环经济发展理念下的一种水资源利用模式,按照“减量化、再利用、再循环”3R原则开展生产与消费环节的节水减排、污水再生处理以及再生水生态利用,构建区域经济尺度上水社会循环与自然循环的有机衔接和耦合体系,促进水资源的节约利用、高效利用和循环利用以及水生态系统的健康安全。
区域水循环经济体系区别于传统体系的重要之处在于强化了水的生态再生利用。传统水循环体系中,再生水的不同用途相互独立,利用效率不高,其社会循环利用和生态利用难以兼顾,同时忽视了再生水的自然属性,导致水质安全难以保障且公众难以接受。区域水循环经济体系强化了水生态再生环节,主要措施包括建设人工湿地、河道工程等,将工程处理后的再生水通过这些生态工程进一步实现区域生态再生,从而促进再生水的河流、湖泊、湿地等生态利用与水质净化和水质安全保障。
区域再生水的利用体系的构建可以充分结合该流域污水处理厂、人工湿地以及结合湿地形成的近自然生态系统,发挥它们在水质净化过程中的作用和生态储存的功能。再生水在近自然生态系统的进一步处理与储存可以提高再生水的生态安全性能,形成提升城市景观生态形象的生态景观带,增加再生水在自然界中停留时间,实现了再生水的生态安全回用以及与城市景观的有机结合。以此理念构建的区域再生水循环利用体系,可以实现多目标多层次再生水的回用,缓解流域水资源短缺以及开采率过高问题,减少了入河污染物的排放量,实现了水生态、水污染治理与水资源的协调统一及有机融合。
山东徒骇河、马颊河流域水循环经济体系实践
山东省自“十一五”期间就倡导推行“治、用、保”治污体系来进行水循环经济体系的建设,如图1所示。
徒骇河、马颊河流域主要城市聊城市、德州市“十二五”期间积极完善“治用保”流域治污体系,把污染源治理、废水集中深度处理、再生水区域循环利用体系构建和人工湿地等生态工程建设相结合,以污水处理工程的保障废水收集和再生,以再生水区域循环体系的构建保障水资源的节约和污染物的减排,以湿地等生态工程的建设作为生态环境改善、景观效果提高的有效途径,实现流域水环境质量的持续改善。2013年、2014年聊城市和德州市分别代表山东省参加了国务院组织的《重点流域水污染防治专项规划年度实施情况考核》,取得了海河流域第一名,也是全国9大流域第一名的好成绩。
2012年徒骇河、马颊河流域直接或间接排入的城市污水处理厂共17座,该年度污水处理厂处理量约为70.5万m3/天,再生水回用量约为13.6%,其中4.7%为工业回用,8.9%为景观回用。流域内再生水利用模式单一,流域内污水处理厂再生水利用主要集中在景观环境、工业用水的再生利用,没有形成区域层面上再生水利用的模式。2012年流域内再生水管线较少,仅少数的工业再生水大用户铺设了再生水管线。基础设施的滞后更加制约了再生水的进一步利用。除此以外,流域内再生水的使用缺少政策激励以及政府引导。
徒骇河、马颊河流域实现再生水的区域循环利用具有得天独厚的条件。首先,流域内的城市污水处理厂目前均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准,具备了再生水回用的条件;其次,每个城市污水处理厂均建有人工湿地进行进一步净化处理,这既可以进一步提升水质,又可以和当地景观建设相结合,起到保障水质安全的屏障作用。针对徒骇河、马颊河流域再生水现状及存在的问题,结合流域发展现状,构建高效、安全、经济的区域再生水利用体系是流域再生水利用发展的方向。
茌平县城区再生水循环利用构建案例
茌平县位于聊城,位居百强县第75位,工业经济发达(2014年数据)。2011年,茌平县污水再生利用率很低,其次工业用水地下水取用比例较高(达75%),工业废水排放量占总排放量的74%。;城区主要河流生态受损,水体自净能力较弱,城区内部分支流河道断流,河道连通性较差,部分河道之间缺乏有效的连通和互动;城区规划中的环城水系还未联通,城区生态用水缺乏,水生态环境状况整体需要改善,水循环利用系统尚未形成。
针对茌平县存在的水环境问题,结合茌平规划中环城水系的建设、规划中金牛湖(茌平县城区工农业用水水源地)的建设,以及茌平县供水现状、用水现状、排水现状,提出以城市污水处理厂稳定达标排放为基础,以人工湿地、环城水系等为水质安全保障措施,以保护茌平县域地表水环境、构建城区宜居生态环境为核心目标,以再生水梯级利用、多元化利用为节约水资源手段,构建茌平再生水循环体系(如图2所示)该方案涵盖了茌平县城区“十二五”期间主要的环保及城建基础设施建设项目:茌平第一污水处理厂、第二污水处理厂升级改造项目、茌中河人工湿地工程、环城水系建设项目、金牛湖工程、工业再生水利用工程等。茌平第一污水处理厂、第二污水处理厂出水汇集后进入深度处理工程稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准。污水处理厂深度处理的出水进入城市污水处理厂后潜流湿地和茌中河河道走廊人工湿地,经湿地进一步处理后的水回用于规划建设的环城水系,改变环城水系单纯以黄河水作为补充水源的规划。将环城水系建设为环城水生态功能景观带,通过生态系统增加水体在自然生态系统中的循环,最后流入金牛湖,作为茌平县工农业补充水源。该方案实施后城区水量平衡见图3(以2011年数据为基础进行预测)。
该方案主要特点如下:
(1)再生水的安全生态利用
该方案的显著特点是再生水的安全生态利用,即污水处理厂再生水经过湿地系统处理、环城水系处理与存储再进入金牛湖。近自然生态系统的进一步处理与储存可以提高再生水的安全生态性能。
(2)再生水梯级、多元化回用
再生水的梯级、多元化回用是该方案的另一大特点。茌平污水处理厂部分再生水直接回用于电厂作为循环冷却水,其余再生水进入茌中河人工湿地工程及环城水系,进一步得到处理的同时也作为城市景观生态用水,增加了再生水在自然水体中停留时间及生态安全性,同时环城水系作为县城区工业用水水源、农业用水水源、市政浇洒及绿化用水,实现区域内再生水的梯级利用和多元化回用。
(3)水生态、水污染治理与水资源的协调统一
说到这些,就不得不先说一下水利网络教育培训的现状。
水利网络教育培训平台一般面向行业开展网络教育培训,它是我国水利教育培训工作信息化的重要成果,也是惠及各区域、流域、层级水利干部职工的重要网络学习平台。
近年来得益于各项有效措施的不断实施,水利网络教育培训取得了不错的成绩。比如,在培训覆盖范围方面,从水利部机关和七个流域机构到地方各级水利部门,目前已初步建立了较为健全的网络教育培训体系;在培训精准度方面,水利网络教育培训各类课程已达643门,具体课程内容多种多样,比如:以理论教育、党性教育为重点,开展党政干部培训;以服务水利中心工作为出发点,为广大水利管理和技术人员提供水资源管理、水生态文明建设、水法律法规、水库运行管理等各类“短、平、快”的水利业务网络培训。
但是,这并不意味着完美无缺。目前,水利网络教育培训至少在两个方面仍旧面临瓶颈。一是平台技术和功能有待进一步提升和拓展。比如学员、管理员登录时容易出现卡顿、白屏、闪退等问题;在下载一些辅助软件时用户常常会遇到诸如因为360软件拦截等原因造成的无法下载问题,而平台有时并未做进一步图文说明等。二是互动模式和运行机制还需深入研究和探索。比如平台在学员、管理方之间意见建议等方面的交流渠道不够通畅。尚不能很好地适应当前社会“移动化、碎片化、信息化”特点,缺少移动客户端(微信公众号、APP)培训学习平台,这就容易给时间愈发碎片化的学员学习培训带来一定的难度。
世间万物,不进则退。所以,要保持水利网络教育培训的可持续发展我们必须做到与时俱进。那么,路在何方?
笔者认为,针对水利网络教育培训的现状,要顺应“互联网+”时代要求与学员需求,应重点实施两步走战略。一是近期发展战略,二是远期发展战略。
应该先贯彻实施近期发展战略,这一周期为2~5年。具体来说,就是要在培训形式、培训内容等方面实施整体性改造。在“移动化、碎片化、本地化、社交化”的社会趋势下,加大力度创新培训形式,比如可以重点开发微课、微信公众号、在线直播三种培训形式,发挥它们的移动“轻骑兵”功能,进而促进学员更充分地利用碎片化时间开展学习。此外,在创新培训内容方面,在坚持“注重分类、内容为王”的基础上,以水利干部职工网络培训需求为导向,以水利特色精品课程开发为重点,编制和水利专业课程目录、水利远程网络培训课程资源建设规范。这也意味着建设覆盖政治理论、水利业务、公共管理、工商管理、职业技能、综合管理等内容模块并遵循国际通行标准的水利远程网络教育培训课程,从而构建集党政干部培训、专业技术人员继续教育、基层水利职工培训、经营管理人员培训、高技能人才培训为一体的,具有鲜明行业特色的水利远程网络培训课程体系。
在近期发展战略成功实施后,就可以有条不紊地实施远期发展战略(AR战略)了。笔者认为,这才是未来水利网络教育培训的制高点。因为,在未来的5~10年内,AR技术(增强现实技术)将极有可能颠覆性地重塑水利网络教育培训生态。
AR技术是利用计算机生成的传感数据输入声音、视频、图片、GPS、GIS等基础信息,进而营造一种富于视、听、力、触、动等逼真感觉的沉浸式虚拟环境,最终实现用户和环境、用户与用户之间直接进行零距离式交流的技术。
那么,这一设想到底是否具有科学性与可操作性呢?笔者认为,它是具有极大的现实可能性的。一是随着时展,第一批“数字原住民”开始逐渐走向社会各行各业,大大提高了AR技术普及的接受度和适应性;二是AR技术的不断进步以及手机等移动网络平台的成熟促使两者走向融合的速度大大加快;三是近期的水利网络教育培训无论在理念还是行动上都在开始注重微信公众号、微课、慕课等移动化教育培训方式,这就为AR技术的颠覆性融入奠定了理念与技术基础。
目前,谷歌、三星、HTC、华为、联想等移动巨头都在进行移动AR产业上下游生态链的布局谋划。近期,联想公司了全球首个搭载谷歌Tango技术的AR大屏智能手机PHAB2 Pro。它能将手机镜头扫描到的现实场景叠加到虚拟环境中,并具有实现与其他处于同一虚拟场景中的人员拥有共同感知的潜在开发功能。这意味着在不久的将来,借助于普及化低成本的传感设备,水利网络教育培训平台的移动端学员将实现自主选择课堂场景并与同时在线的学员、教员“现场互动交流”。从本质上来说,届时,这将是水利教育培训的终极形态――线上线下教育培训无差别式融合。