0 引言

锅炉补给水处理系统的主要功能为经过预处理、预脱盐以及脱盐工艺，得到满足火力发电机组安全、经济、稳定运行的除盐水^[1]。锅炉补给水处理系统的确定主要包括水量的确定、处理工艺的选择以及设备参数的选定。根据机组型式、装机容量、热力系统及有关辅机情况的不同，火力发电厂对锅炉补给水的各项水质控制指标提出了不同的要求。满足规程要求的除盐水在保证机组稳定运行的同时还能避免或减少锅炉内壁锈蚀、结垢以及爆管问题的发生^[2]。本文提出构建设备及其属性数据库，根据来水水质并参照GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》^[3]要求，确定满足机组稳定运行的锅炉补给水处理系统的工艺组合和设备参数。

1 传统的确定方法

目前，火力发电厂锅炉补给水处理系统工艺组合和设备参数通常采用人工计算辅以人工经验的方法来确定^[4]，具体步骤如下：

（1）接收建设单位提供的水质全分析资料并进行审核；

（2）资料审核后重点关注原水含盐量、电导率、碱度、硬度等指标，根据DL 5068—2014《发电厂化学设计规范》^[5]中各工艺使用范围，结合水质指标确定预处理、预脱盐及脱盐工艺；

（3）根据各专业提供的资料，确定电厂全部机组正常运行所需补充的水量，进而确定脱盐系统出力；

（4）设定各工艺环节设备的自用水率，根据系统出力及标准设备对各环节设备进行选型；

（5）根据已选定设备的参数，对水泵及水箱进行计算选型。

通过以上步骤可发现，目前的方法存在以下缺陷：计算量大、效率低，确定的工艺流程难以在技术先进性和经济合理性之间做出最优决策，选定的工艺流程带有个人偏好，调整不灵活。

2 新方法的实施过程

针对上述问题，对传统方法进行了改进。首先，构建锅炉补给水处理系统设备数据库，对每一种设备赋以通用属性及专有属性，其专有属性中必须包含设备的进水要求及对悬浮物、溶解固形物的去除率、产水率及概算定额。其次，输入水源来水水质指标及对应机组锅炉补给水质量标准后调取各数据，形成多种水处理方案及其投资概算。最后，根据机组出水质量标准和经济合理性作出最优方案，输出系统的工艺组合和设备参数。

2.1 建立设备及其属性数据库

根据火力发电厂锅炉补给水处理流程，将设备进行分类并建立设备数据库，如图 1所示。

对设备赋以可拓展性属性，该属性可根据设计需求进行完善和改进。根据属性的类型，可具体分为通用属性和专有属性。通用属性包括设计压力、设计温度、设备出力、设备净重、设备荷载以及回收率等；专有属性包括设备水流流速、设备尺寸、KKS编码、电功率、进水水质参数以及出水水质参数等。设备数据库的设备可以根据不同的水源来水及用水量以及不同的工艺进行搭配组合。例如，锅炉补给水处理系统脱盐工艺组合包括一级脱盐，一级脱盐+混床，一级反渗透+一级脱盐+一级混床等多种工艺组合。在多种组合均满足工艺要求的前提下，应从安全运行、技术先进、经济合理等多方面对技术方案进行评比。根据设备组合数据，构建设备组合属性，包括工艺适用原水水质、工艺初始投资额、工艺运行成本等^[6-8]。

设备数据库应包括火力发电厂化学系统所用常规设备库、设备通用属性及专有属性数据库、设备组合数据库、设备组合属性数据库。设备数据库可根据工程需求进行扩展，新建工程可直接选用数据库中数据，已建工程相关的工艺流程和设备参数选用数据可直接导入导出，报表数据能直接转换为Excel格式并可输出符合规程规范要求的标准表格、图形和报告，符合火力发电厂化学设计工作操作流程。

2.2 工艺组合判断

根据火力发电厂工程可研、初设、初设投标以及施工图阶段的不同要求，火力发电厂锅炉补给水处理系统的确定可分为如下3种情况。

（1）建设单位提供水源来水水质全分析报告，由设计单位根据水质及机组水汽要求确定水处理系统。

（2）若拟建工程机组形式及水源来水的水质与已建工程类似，可沿用已建工程的水处理系统。

（3）建设单位根据工程水源来水已确定锅炉补给水处理系统，设计单位需对建设单位推荐的系统进行校核、确定。

不同工程、不同阶段的锅炉补给水处理系统的确定可能有所不同，但本质上系统的确定主要是由水源来水水质及机组对锅炉补给水处理系统的出水水质要求决定的^[9]。因此，建立水质指标参数等外部设计数据输入端口，外部设计输入数据与设备进水水质参数、锅炉补给水处理系统出水参数及机组要求水质参数为同一类型数据，数据间具有可比性^[10]。程序自动根据进水水质及选定的工艺流程确定出水水质，出水水质进一步与GB/T 12145—2016 《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》标准中对应的水质指标进行对比，自动筛选适用设备组合。同时根据设备属性数据库中的技术经济数据，得出各工艺流程的投资概预算额。

从运行的稳定性、初始投资、运行投资、环保节能等方面构建设备组合指标评价体系，对指标评价体系下不同指标赋以初始化权重，该权重可根据工程具体情况进行自定义，根据各指标的评分及其权重，得到各方案的综合评分，确定满足工程各项条件的最优设计方案。

2.3 设备选型及参数设定

根据各设备间的关联，构建数学逻辑关系，主要由3部分组成：

（1）外部设计数据输入；

（2）数学逻辑规则，规则自动提取外部设计数据及设备属性数据；

（3）根据数学逻辑规则，程序自动提取数据进行计算，输出选定的设备。

锅炉补给水处理系统可在稳定运行范围内自定义运行参数后计算设备出力，也可根据设备出力反算运行参数，通过将计算获得的参数与稳定运行参数进行对比，对计算结果进行校核。以阴阳混床为例，主要约束条件为流速，可根据最终锅炉补给水处理系统的出力及流速反推设备直径，进而确定设备参数；同时，根据设备大小及设备的出力反推设备运行流速，进一步确定在设备稳定运行时流速的范围。

2.4 结果输出

按照规程规范要求，自动输出火力发电厂锅炉补给水处理系统设计与优化报告，主要包括多种投资方案对比表、锅炉补给水处理系统水平衡图、设备选型表及计算书等内容。

3 应用实例

某火力发电厂规划容量4×350 MW，目前已建成2×350 MW超临界机组。现有锅炉补给水处理系统无法满足当地工业蒸汽与城市采暖热负荷发展需求。因此，急需对现有炉补给水处理系统进行增容改造，在机组现有运行条件下，提高机组抽汽供热能力。根据建设单位要求，新建锅炉补给水处理系统供给量为120 t/h，水源来水采用某水库水，水质全分析报告如表 1所示。

从表 1中数据可以看出，水源来水电导率为655.5 μS/cm，溶解固体质量浓度为400 mg/L，根据GB/T 12145—2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中除盐水箱进水电导率≤0.10 μS/cm，依据DL 5068—2014《火力发电厂化学设计规范》中水处理除盐工艺的选择附录，二级反渗透+连续电除盐装置和一级除盐+混床两大类水处理系统的出水均可满足超临界机组锅炉补给水进水要求。但是，一级除盐+混床处理系统需要配套建设阴、阳以及混合离子交换器等再生设备，不能满足成本和进度控制要求，因此确定二级反渗透+连续电除盐装置为本工程的除盐水制水工艺，即预脱盐系统为二级反渗透装置，脱盐系统为连续电除盐装置。根据DL 5068—2014《火力发电厂化学设计规范》要求，反渗透进水浊度应小于1.0 NTU，压力式超滤进水浊度应小于5.0 NTU，而水源来水浊度为6.72 NTU，高于超滤进水浊度，需在超滤前加设自清洗过滤器。因此，确定预处理系统为自清洗过滤器+超滤装置，其出水浊度小于1.0 NTU，满足反渗透进水要求。

根据以上分析确定本项目的锅炉补给水处理系统的主要工艺为：原水→自清洗过滤器→超滤装置→一级反渗透装置→二级反渗透装置→连续电除盐装置→除盐水，出水水质满足超临界机组要求。计算机根据除盐水增容120 t/h，自动提取各工艺中设备产水率进行计算，最终确定超滤装置出力100 t/h，一级反渗透装置出力90 t/h，二级反渗透装置出力67 t/h，连续电除盐装置出力60 t/h。

4 结语

本文提出的火力发电厂锅炉补给水处理系统工艺组合及设备参数的确定方法，集成了大量设备数据、设计经验参数及设计规则，可供火力发电厂锅炉补给水处理系统直接参考使用^[11]。而且，该方法能自动进行优化设计，选择最优系统，并按照具体格式要求自动输出设计与优化报告，提高了设计水平及效率，可供其他电厂参考。