ISOTS 211522024 火电厂循环冷却水节水技术指南标准立项发展报告

火电厂循环冷却水节水技术指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Guidanceonwaterconservationtechniquesofcirculatingcoolingwaterinthermalpowerplants摘要本报告围绕国际标准化组织（ISO）发布的《火电厂循环冷却水节水技术指南》（ISO/TS21152:2024）展开，系统阐述了该标准的立项背景、研制过程、核心内容及其对全球电力行业节水工作的深远影响。报告深入分析了全球水资源短缺与火电厂高耗水之间的突出矛盾，明确了循环冷却水系统作为火电厂水耗“大户”的技术优化空间。详细解读了标准中规定的节水技术指标体系、循环冷却水水质稳定处理技术、浓缩倍率提升方法及排污水资源化利用等关键技术内容。报告指出，该标准填补了火电厂循环冷却水系统节水技术的国际标准空白，为各国火电厂在设计、运行、改造及维护阶段实施系统性节水提供了统一的技术规范和权威指导。通过对标准主要参与单位——西安热工研究院有限公司的详细介绍，展示了中国在该领域的技术积累与国际贡献。最后，报告展望了该标准在未来火电行业绿色低碳转型、智慧水管理体系建设以及脱硫废水零排放等前沿领域中的应用前景，认为其作为一项具有里程碑意义的技术规范，将持续推动全球火电行业水资源利用效率的提升和可持续发展目标的实现。关键词：火电厂；循环冷却水；节水技术；国际标准；ISO/TS21152；水资源管理；浓缩倍率Keywords：ThermalPowerPlant;CirculatingCoolingWater;WaterConservationTechnology;InternationalStandard;ISO/TS21152;WaterResourceManagement;CycleofConcentration1.引言水是生命之源，也是工业生产的基础要素。在全球范围内，电力生产是工业用水的最大部门之一。特别是在以火力发电为主的国家和地区，其庞大的取水量和耗水量给当地水资源系统带来了巨大压力。随着全球气候变化加剧、水资源短缺问题日益严峻，以及各国对碳达峰、碳中和目标的承诺，推动工业领域，尤其是高耗水的火电行业实现节水增效，已成为保障能源安全和水安全、促进经济社会可持续发展的必然选择。火电厂的水系统庞大而复杂，其中循环冷却水系统是用水和耗水的核心环节。据统计，在采用湿式冷却方式的火电厂中，循环冷却水系统的补水量约占全厂总用水量的60%至80%，其排污水量也占据工业废水排放的很大比例。因此，提升循环冷却水系统的节水技术水平，是火电厂实现全厂节水目标的关键突破口。尽管各国在循环冷却水处理领域积累了丰富的实践经验，但长期以来缺乏一套全球统一、系统全面的技术标准来规范相关技术的研发、应用与评价。这不仅导致了技术应用的参差不齐，也阻碍了先进节水技术和成功经验在全球范围内的推广与共享。在此背景下，国际标准化组织（ISO）适时启动了《火电厂循环冷却水节水技术指南》的制定工作。该标准旨在为全球火电厂提供一套科学、系统、可操作的循环冷却水节水技术体系，以应对日益严峻的水资源挑战。2024年12月10日，ISO正式发布了编号为ISO/TS21152:2024的技术规范，标志着火电厂循环冷却水节水领域国际标准化工作取得了重大突破。本报告将对这一重要标准的立项背景、核心内容、主要参与单位及未来展望进行深入剖析。2.标准立项背景与研制过程2.1全球水资源形势与火电行业挑战当前，全球约有四分之一的人口面临“极度缺水”的严峻挑战。水资源短缺已成为制约经济发展、影响社会稳定和生态系统健康的关键因素。电力行业作为工业用水的“大户”，其发展高度依赖于稳定可靠的水资源供应。根据国际能源署（IEA）的预测，到2040年，全球电力需求将增长约70%，这意味着对电力生产用水的需求将持续上升。对于火电厂而言，其在运行时不仅需要大量的冷却水，还需要为锅炉补给水、脱硫系统、除灰系统等提供水源。其中，湿式冷却塔系统大量水的蒸发和排污，成为水耗的主要来源。传统火电厂的循环冷却水系统普遍存在浓缩倍率偏低、排污量大、水处理药剂配方单一、自动化控制水平不高等问题。这些技术的局限性不仅造成了水资源的巨大浪费，还带来了水处理化学品的过量使用，增加了环境风险。例如，提高浓缩倍率可以显著降低补水量和排污水量，但伴随着结垢、腐蚀和微生物滋生风险的加剧。如何在确保系统安全稳定运行的前提下，最大限度地提高水的循环利用率，成为火电行业亟待解决的核心技术难题。这一技术难题的解决，需要突破传统认知，从系统集成的角度出发，综合运用多种技术手段。2.2中国在该领域的技术积累与国际角色中国是全球最大的火电生产国，拥有数量庞大、技术水平各异的燃煤、燃气电厂。多年来，中国在火电厂节水技术方面进行了大量的探索与实践，积累了丰富的设计和运行经验。尤其是在单个电厂及区域水资源承载力日益紧张的现实压力下，中国火电行业在提高循环冷却水浓缩倍率、推广城市中水回用、空冷技术优化、以及废水零排放等方面取得了显著成就。例如，中国东部沿海和北方缺水地区的许多电厂已成功将循环水浓缩倍率提升至5倍甚至更高，并大规模应用中水作为循环冷却水补充水。这些实践经验为制定国际标准提供了宝贵的“中国方案”和“中国智慧”。2.3标准的立项与研制历程ISO/TS21152的研制工作遵循了ISO严格的“六步走”流程。从项目提案（NP）阶段开始，中国专家团队联合来自美国、德国、英国、日本、印度等国家的水处理及电力行业专家，共同组成了工作组（WG）。在长达数年的研讨中，工作组系统地收集、分析了全球不同气候条件、不同水源（如淡水、海水、中水）下循环冷却水系统的运行数据，比较了各国现有的国家标准和行业规范。通过多次的国际会议、实验室间比对验证以及广泛的意见征集，最终于2024年达成共识并发布。该标准的顺利完成，充分体现了国际科技合作在解决全球性问题中的关键作用。3.标准核心内容解读ISO/TS21152:2024《火电厂循环冷却水节水技术指南》并非简单的技术罗列，而是构建了一个系统性的节水技术框架。该标准覆盖了设计、运行、监测和维护的全生命周期，其核心内容包括以下几个方面：3.1节水技术指标体系标准首先明确了循环冷却水系统的节水目标，并建立了定量和定性的技术指标体系。这包括：循环水浓缩倍率是衡量节水效果的最核心指标。标准根据不同水源水质（如地表水、地下水、城市再生水等）和处理水平，推荐了可实现的浓缩倍率基准值及提升路径。例如，对于采用石灰软化-过滤工艺处理的中水，其浓缩倍率可控制在4-6倍；而对于采用膜处理技术处理后的优质水源，浓缩倍率可进一步提升。此外，标准还规定了排污率、蒸发损失率、风吹损失率等关键参数的核算方法，为电厂进行水平衡测试和节水潜力评估提供了统一的技术导则。3.2水质稳定处理技术防止换热器、循环水管道及冷却塔填料结垢、腐蚀是维持高浓缩倍率运行的前提。标准详细阐述了优化水质稳定处理的技术方案，其中包括：-阻垢分散技术：推荐使用高效、环保的绿色阻垢分散剂，如聚环氧琥珀酸（PESA）、聚天冬氨酸（PASP）等，替代传统的含磷、含锌配方。同时，标准提供了基于水质分析（如朗格利尔饱和指数LSI、雷兹纳稳定指数RSI）的药剂投加量计算方法。-缓蚀控制技术：针对不同材质（如碳钢、铜合金、不锈钢）的换热器，提出了相应的缓蚀方案，如锌盐、钼酸盐、有机膦酸及新型唑类缓蚀剂的应用。-微生物控制技术：强调“预防为主、综合控制”的理念。除了传统的氧化性杀菌剂（如次氯酸钠、二氧化氯）和非氧化性杀菌剂（如异噻唑啉酮）的冲击式投加外，标准还推荐了紫外消毒、电子水处理等物理方法的组合应用，以减少对水生态系统的潜在影响。3.3节水潜力评估与系统优化设计标准不仅关注运行阶段的控制，还涵盖了设计阶段的优化。它指导设计工程师如何从源头上实现节水，例如：-换热网络优化：通过提高换热器端差（即接近温度）和降低冷却水回水温度，可以提高传热效率，降低循环水量需求。-冷却塔性能评估：规范了冷却塔的热力性能测试方法，指导电厂定期检查填料结垢、堵塞情况，优化风机运行策略（如变频调速），以提高冷却效率和降低蒸发损失。-旁流处理与深度回用：标准重点介绍了“高浓缩倍率+旁流软化处理”技术路线。即通过将部分循环水引至旁流处理系统（如石灰软化、离子交换、纳滤、反渗透等），去除水中的硬度、碱度和盐分，使处理后的清水重新回到循环水系统，从而实现排污量的最小化，甚至达到“零排放（近零排放）”。3.4运行管理与监测监控无规矩不成方圆。标准强调了管理和监测的重要性，要求电厂建立完善的循环水水质台账，配置在线水质监测仪表（如pH计、电导率仪、浊度计、余氯分析仪、腐蚀速率监测探头等）。标准还提供了腐蚀挂片和动态模拟试验的标准操作规程，以便电厂能实时监控系统的实际运行状态，及时调整药剂投加方案，并根据浓缩倍率、水质指标和气象条件的变化，科学地制定排污和补水计划，实现智能化、精细化运行。4.主要参与单位介绍：西安热工研究院有限公司在ISO/TS21152:2024的研制过程中，西安热工研究院有限公司（以下简称“西安热工院”）作为核心起草单位之一，发挥了不可替代的关键作用。西安热工院成立于1951年，是中国电力行业国家级的技术研发、技术服务和成果转化中心，隶属于中国华能集团有限公司。深厚的技术积淀：早在20世纪80年代，西安热工院就开始了火电厂水处理技术的研究，建立了国内一流的工业水处理实验室。经过七十余年的发展，该院已在循环冷却水处理、锅炉补给水处理、废水处理与回用、超纯水制备等领域积累了海量的技术数据和工程实践经验。西安热工院主持编写了多项中国国家及行业标准，如DL/T5331《火力发电厂循环冷却水处理设计规范》、GB/T50050《工业循环冷却水处理设计规范》等，是中国在该领域当之无愧的“黄埔军校”。国际视野与主导作用：基于在中国火电节水领域的技术权威地位，西安热工院敏锐地洞察到国际标准的缺失。在本标准的立项阶段，西安热工院的专家团队积极收集全球范围内火电节水的迫切需求，撰写了详细的项目提案报告，并在国际会议上与各国专家进行了充分的沟通与游说，成功推动了该项目的立项。在长达数年的标准研制过程中，西安热工院派出了包括技术委员会委员、高级工程师在内的多位资深专家，担任工作组的关键角色。他们不仅要撰写标准的核心章节，还要组织、协调世界各地的技术验证工作，例如，在中国不同水源条件的电厂（如使用海水、中水、高含盐水）开展现场验证，提供高价值的反馈数据，证明相关技术的可行性和合理性。技术转化与服务：西安热工院不仅是标准的制定者，更是先进技术的推广者。该院将标准中的前沿技术，如节能减排型缓蚀阻垢剂、高浓缩倍率循环水运行技术、旁流软化零排放技术等，成功应用于国内上百家电厂的节水改造项目中，取得了显著的经济效益和环保效益。例如，利用其开发的“循环水高浓缩倍率运行及排污水深度处理回用”技术，为某大型燃煤电厂实现了年节水量超过300万吨的突破。西安热工院通过将标准条款转化为具体工程解决方案，真正做到了“从标准中来，到实践中去”，有力地推动了整个火电行业水效的提升。正是这种基于长期研究和实践的技术自信，使得西安热工院能够在ISO平台提出被多方认可的技术方案，彰显了中国火电技术在国际上的影响力。5.结论与展望ISO/TS21152:2024《火电厂循环冷却水节水技术指南》的正式发布，是全球火电行业标准化发展史上的一个重要里程碑。它首次在国际层面为占火电厂水耗绝大比重的循环冷却水系统提供了系统性、科学性的节水技术规范。标准的重大意义体现在以下几个方面：1.填补国际空白：结束了该领域无统一国际标准可依的局面，为各国标准制定提供了基准，促进了全球范围内的技术互认。2.提升节水效能：通过设定科学的技术指标（如浓缩倍率）和推荐先进的水质稳定技术，帮助电厂挖掘节水潜力，有效降低水资源消耗，缓解区域水短缺压力。3.推动技术创新：标准中提及的旁流处理、膜技术应用、智能化监测等先进技术，将引导全球科研机构和设备厂商加大研发投入，催生更高效、更绿色的节水技术和产品。4.助力绿色发展：降低取水量、减少化学药剂消耗和废水排放，直接有助于火电厂实现清洁生产，降低环境影响，支持国家层面的碳达峰、碳中和战略。展望未来，该标准的应用与发展将呈现以下趋势：-智慧水管理系统的集成：未来的火电厂水系统将不再是孤立的子系统。标准中的运行监测、数据分析和自动控制等内容，将推动电厂开发集成了大数据、人工智能和物联网技术的智慧水管理平台，实现从“被动补水-排污”到“主动预测-精准调控”的模式转变。-与脱硫废水零排放技术协同：循环冷却水的排污水是火电厂除脱硫废水外最大的废水来源。未来，循环冷却水的旁流处理技术（特别是膜浓缩工艺）将更紧密地与脱硫废水的高效浓缩和蒸发结晶技术相结合，形成完整的全厂水系统“近零排放”或“零排放”技术路径。-精细化与差异化设计：随着标准在全球范围内的实施，将积累更多不同地区（如干旱区、高寒区、近海区）、不同水源条件下的应用数据。这将促使标准在后续修订中进一步细化，建立起基于气候类型、水质特征和机组特性（超超临界、循环流