火電廠水系統(tǒng)排水特點及水平衡優(yōu)化

火電廠水系統(tǒng)排水特點及水平衡優(yōu)化

隨著《國家節(jié)約能源法》、《環(huán)境保護法》和《gb.t18916.1-2002年采水率的第一部分：火力發(fā)電》以及相應的水和排水收費政策（水資源費、排水費、超標費）的頒布，火電站的使用、排水量和水質(zhì)應受到嚴格指標限制。從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮,要達到這些目標,必須進行有效的節(jié)水工作。本文從各主要用水系統(tǒng)的排水特點進行分析,闡述水平衡優(yōu)化的內(nèi)容及關(guān)鍵。1污水和回用用水火力發(fā)電廠的水系統(tǒng)一般由生產(chǎn)和生活兩部分組成。生產(chǎn)用水按用途和工藝流程主要分為除鹽水、循環(huán)冷卻水(循環(huán)水)、工業(yè)水、除灰渣和雜用水等系統(tǒng);非生產(chǎn)用水通常主要包括廠區(qū)生活用水、綠化和消防用水。各用水系統(tǒng)的工藝流程和產(chǎn)生廢水的水量、水質(zhì)特點如下。1.1蒸發(fā)、循環(huán)水量、廢水回收情況循環(huán)水系統(tǒng)是火電廠中用水量和排水量最大的系統(tǒng)。采用自然通風冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)因循環(huán)水在運行過程中不斷濃縮,含鹽量增加,為了維持系統(tǒng)鹽量平衡,需要根據(jù)適當?shù)臐饪s倍率值進行連續(xù)或間斷排污。循環(huán)水系統(tǒng)水損失途徑為蒸發(fā)、風吹、泄漏和排污。其中,蒸發(fā)損失的水量是無法回收的;風吹損失可以通過安裝捕水器減少,較好的可降至循環(huán)水量的0.5%;循環(huán)水排污量與濃縮倍率值有關(guān),濃縮倍率越高,相應的排污量就越小。過高的濃縮倍率會增大凝汽器管結(jié)垢和腐蝕的風險,且循環(huán)水的處理費用也隨之上升。所以,應根據(jù)原水水質(zhì)、凝汽器管材、運行成本等因素確定合適的濃縮倍率。采用干除灰方式的火電廠循環(huán)水排污水約占全廠廢水總量的70%左右,是全廠廢水的主要來源。該廢水屬于高含鹽量廢水,有機物、懸浮物等也比較高,尤其是致垢的無機離子已經(jīng)達到過飽和,水質(zhì)不穩(wěn)定,安定性差,具有強烈的結(jié)垢傾向。1.2工業(yè)排水回收至循環(huán)水系統(tǒng)工業(yè)水系統(tǒng)又稱輔機冷卻水系統(tǒng),其通常的回收方法是:如果工業(yè)水水源采用新鮮水,則工業(yè)排水全部回收至循環(huán)水系統(tǒng);如果工業(yè)水水源采用循環(huán)水,工業(yè)排水可回收至循環(huán)水系統(tǒng)或除灰渣系統(tǒng);不便直接回收的無壓冷卻排水,如水泵軸封冷卻水,排至工業(yè)排水系統(tǒng)。新建火電廠已將大部分工業(yè)水回收,工業(yè)水排水量較小,排水水質(zhì)與其水源有關(guān)。1.3沖灰水的水質(zhì)特點灰渣的處置方式有灰渣分除和灰渣混除兩種,新建火電廠一般都采用前者。大部分火電廠采用水力除渣。除灰方式有水力和干法兩種。如采用水力除灰,沖灰水的水質(zhì)特點是鹽分、懸浮物含量高,pH值可達11～12。除灰渣系統(tǒng)補充水主要由循環(huán)水排污水、撈渣機和碎渣機冷卻水以及渣系統(tǒng)水泵軸封冷卻水等組成。采用干法除灰方式的火電廠,由于消耗水量較少,除渣系統(tǒng)會產(chǎn)生一定的溢流水。溢流水水量受鍋爐燃燒狀況影響較大,其水質(zhì)特點是懸浮物、含鹽量都比較高。1.4堿再生廢水、預處理設備和凝結(jié)水精處理再生廢水除鹽水系統(tǒng)產(chǎn)生的主要廢水包括反滲透系統(tǒng)濃排水、酸堿再生廢水、預處理設備反洗排泥水、少量鍋爐排污水和凝結(jié)水精處理再生廢水。除鍋爐連續(xù)排污水外,其它排水特點是不連續(xù)、排水量較小、懸浮物和含鹽量較高。1.5生活污水量、水質(zhì)特點廠區(qū)生活用水主要來自廠區(qū)各建筑生活用水。生活污水量隨時間、季節(jié)變化較大,水質(zhì)特點是有機物、BOD、細菌的含量比較高,其它水質(zhì)指標與生水接近,屬低含鹽量廢水。1.6含煤廢水的排放和處理火電廠雜用水主要包括脫硫工藝用水、輸煤除塵用水、油庫噴淋用水等。濕法煙氣脫硫工藝用水包括制漿、反應、沖洗用水。由于煙氣中的氯化物會溶解于脫硫吸收液中,引起脫硫效率降低,因而需從脫硫系統(tǒng)中排出一定量的廢水。這部分廢水水量較小且比較穩(wěn)定,含鹽量、懸浮物、重金屬濃度都很高。為防止電廠輸煤系統(tǒng)產(chǎn)生揚塵,需定時對輸煤棧橋、轉(zhuǎn)運站、煤倉間等部位進行沖洗,因而產(chǎn)生含煤廢水。含煤廢水排至煤水沉淀池,經(jīng)簡單處理后,再回用于輸煤棧橋沖洗、煤場噴淋。含煤廢水的水量不穩(wěn)定,外觀呈黑色、含有大量的煤粉等雜質(zhì)。夏季油庫油罐噴淋冷卻水、燃油泵軸承冷卻水、油區(qū)地面沖洗水、含油雨水等構(gòu)成火電廠含油污水,這部分廢水特點是夏季水量較大,冬季水量較小,水中含有少量漂浮油、分散油和浮化油。2水平衡優(yōu)化技術(shù)水平衡優(yōu)化的主要內(nèi)容是對水資源和廢水資源進行合理的利用和調(diào)配,增加水的梯級使用級數(shù)。一些電廠新鮮水資源分配不合理,如將新鮮水用來除灰渣,廢水資源沒有合理利用;許多火電廠雖然設置了工業(yè)廢水、生活污水處理系統(tǒng),但往往是將廢水處理后排放而未使用。這些都是對新鮮水和廢水資源的一種浪費。水平衡優(yōu)化的主要內(nèi)容是在水平衡試驗的基礎上,依據(jù)火電廠用水、排水系統(tǒng)的水量和水質(zhì),編制水平衡圖,挖掘節(jié)水潛力,提出合理可行的節(jié)水方案。水平衡優(yōu)化主要目標是在保證機組安全運行的同時,不斷采用新技術(shù)、新工藝,通過技術(shù)改造來降低耗水量,提高廢水回收利用率,減少排放水量,以降低單位發(fā)電量取水量。3水平衡優(yōu)化的關(guān)鍵3.1除灰渣的補充水利用循環(huán)水系統(tǒng)和除灰渣系統(tǒng)是兩個最大的用水系統(tǒng),也是對全廠水平衡起決定性影響的系統(tǒng)。水平衡優(yōu)化應從以下方面入手。(1)提高循環(huán)水濃縮倍率,減少循環(huán)水排污水量。(2)盡量使用高含鹽量廢水作為除灰渣系統(tǒng)的補充水,省下低含鹽量廢水回用于其它水質(zhì)要求高的系統(tǒng),這樣廢水回用成本較低。(3)通過技術(shù)經(jīng)濟分析,盡量使用濃灰漿輸送系統(tǒng),在提高灰水比的情況下,使除灰渣系統(tǒng)的耗水量與循環(huán)水排污水等高含鹽量廢水的產(chǎn)生量相匹配。要實現(xiàn)這一點,需要結(jié)合每個電廠的實際情況,綜合考慮原水水質(zhì)、凝汽器管材、產(chǎn)灰量、灰漿泵型式等多個因素來確定循環(huán)水濃縮倍率和灰水比。3.2循環(huán)水系統(tǒng)曾對多家采用干除灰方式火電廠進行過水平衡試驗,結(jié)果表明外排水量較大的是循環(huán)水系統(tǒng)。由于除灰方式采用干除灰,灰渣系統(tǒng)的用水量相對很小,即使將循環(huán)水濃縮倍率控制在較高水平,循環(huán)水排放量仍然較大。此類電廠水平衡優(yōu)化的關(guān)鍵是合理利用循環(huán)水排污水,提高廢水回收利用率。3.3廢水處理回用方案比選為了減少廢水回用過程中的處理成本,應根據(jù)廢水水量和水質(zhì)綜合分析,確定合理經(jīng)濟的回用方案?；痣姀S廢水回用的難度在于廢水種類多,水量、水質(zhì)差異大,對不同回用目標的水質(zhì)要求也完全不同,因此,宜采用分類處理、分類回用的方式。根據(jù)火電廠各工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水水質(zhì)大體可分為高含鹽量和低含鹽量兩類。3.3.1生活污水安全回用低含鹽量廢水主要包括生活污水、含油污水、預處理設備反洗水、鍋爐排污水等。目前,許多電廠(尤其是近期在北方新建的許多火電廠)都已將深度處理后的生活污水用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)的補充水,但生活污水安全地回用于電廠循環(huán)水系統(tǒng)重點要解決NH3-N和生物粘泥對循環(huán)水系統(tǒng)的影響。對此,以曝氣生物濾池為代表的生物膜法生活污水處理工藝具有抗沖擊負荷能力強的特點,出水水質(zhì)能夠滿足電廠循環(huán)水補水水質(zhì)要求,已逐漸推廣開來。經(jīng)過簡單的混凝澄清處理后的預處理設備反洗水及鍋爐排污水可直接回用于循環(huán)水系統(tǒng)。3.3.2反滲透ro高含鹽量廢水主要包括循環(huán)冷卻排污水、渣系統(tǒng)溢流水、煤泥廢水、化學再生廢水、煙氣脫硫廢水等。在各種高含鹽量廢水中,循環(huán)水系統(tǒng)的排污水量最大,占全廠廢水總量的70%以上(具體根據(jù)循環(huán)水濃縮倍率)。要想回用這部分廢水(不包括作為除灰渣系統(tǒng)的補充水),必須對其進行旁流弱酸軟化處理或反滲透脫鹽處理。循環(huán)水經(jīng)旁流弱酸軟化處理后,大部分懸浮物、碳酸鹽硬度可被除去,產(chǎn)水可直接補入冷卻塔水池;過濾器和弱酸陽床的反洗或再生水經(jīng)過沉淀澄清處理后可作為煙氣脫硫工藝用水或輸煤除塵用水。反滲透產(chǎn)水含鹽量較低,可以作為循環(huán)水系統(tǒng)和化學鍋爐補給水處理系統(tǒng)的補充水;反滲透濃水可以用于對水質(zhì)要求很低的末端消耗水系統(tǒng),如煙氣脫硫工藝用水、渣系統(tǒng)爐底密封冷卻水、輸煤除塵等。循環(huán)水旁流弱酸軟化處理系統(tǒng)與反滲透脫鹽處理系統(tǒng)比較:前者的優(yōu)點是固定投資相對較低,缺點是只去除了循環(huán)水中的碳酸鹽硬度、再生消耗酸需設置復雜的酸再生設施、占地面積大、產(chǎn)生易析出硫酸鈣等難溶物質(zhì)的再生廢水;反滲透脫鹽處理系統(tǒng)的優(yōu)點是基本將循環(huán)水中的鹽量全部脫除,可較大改善循環(huán)水水質(zhì),占地面積較小,缺點是固定投資相對較高。渣系統(tǒng)溢流水、煤泥廢水經(jīng)過混凝澄清處理后可回用至原用水系統(tǒng),達到循環(huán)利用。末端廢水即經(jīng)過多級工藝梯級使用后產(chǎn)生的廢水,如煙氣脫硫廢水,很難再利用,其大多數(shù)指標已超過排放標準,直接排放對水體環(huán)境破壞極大,需要進一步處理,以實現(xiàn)廢水零排放。所謂零排放并不是絕對不向周圍環(huán)境排放任何形式的水,而是指電廠不向地面水域排放廢水,所有離開電廠的水都是以濕氣的形式蒸發(fā)到大氣,或少量包含在灰和渣中。采用干除灰的電廠,灰渣系統(tǒng)消耗廢水量少,因而較難實現(xiàn)真正意義的零排放。如果干除灰電廠要實現(xiàn)零排放,末端廢水的固化成本很高,需要設置鹽濃縮器(蒸發(fā)濃縮器)。鹽濃縮器能將95%的高含鹽廢水轉(zhuǎn)變?yōu)榧兯h(huán)利用,剩余的5%則成為濃縮鹽泥漿,輸送到鹽結(jié)晶器進行進一步脫水,生成的固態(tài)廢物供回收或處置。由于鹽濃縮器、鹽結(jié)晶器投資和運行費用很高,目前國內(nèi)火電廠尚未應用。4評估供電站的水流量的主要指標4.1設計階段的確定火力發(fā)電廠取水量定額指標分別見表1和表2。裝機取水量是按照火電廠總裝機容量所確定的最大取水量,其作為設計階段申請取水量的依據(jù)。單位發(fā)電量取水量是根據(jù)一段時間內(nèi)的發(fā)電量和發(fā)電取水量計算而來,其值受地域、季節(jié)、發(fā)電負荷等多個因素的影響。單位發(fā)電量取水量為生產(chǎn)工業(yè)用水量和廠區(qū)生活用水量之和,它是衡量火電廠生產(chǎn)過程中取水量多少的重要指標,較以往使用的發(fā)電水耗更為科學、直觀。4.2重復利用率指標在一定時間內(nèi),生產(chǎn)過程中所有重復利用的水量占全廠總用水量的百分數(shù)即重復利用率,該指標反應了火電廠生產(chǎn)過程用水的合理性。對于采用自然通風冷卻塔冷卻的火電廠,由于循環(huán)水量很大,各電廠重復利用率計算值差別較小,一般都大于95%,因而很難反應每個電廠實際的用水水平。4.3電廠可回用的廢水率排放水率是指火電廠在生產(chǎn)過程中向廠外排出水量占總?cè)∷康谋嚷?。排放水率越?說明電廠可回用的廢水潛力越大。對于采用水力除灰方式的火電廠,循環(huán)水排污水、工業(yè)廢水甚至廠區(qū)生活污水均可作為除灰渣系統(tǒng)的補充水,但沖灰水量不計入廠外排水,因而所得排放水率計算值很小。此種計算方法值得商榷。4.4回收廢水總量廢水回用是指火電廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、污水經(jīng)處理后,其水質(zhì)在滿足生產(chǎn)工藝流程要求的條件下被回收循環(huán)使用?；厥諒U水總量占電廠產(chǎn)生廢水總量的比率稱為廢水回用率?；痣姀S中廢水是指在生產(chǎn)過程中各用水系統(tǒng)排出的水,如鍋爐排污水、循環(huán)水排污水;采用生水冷卻的輔機設備排水則不應定義為廢水。4.5提高灰水比的方法灰水比即灰水中干灰與沖灰水的重量比。許多采用水力除灰方式的火電廠灰場灰水因蒸發(fā)、滲漏,回收率很低。因而作為火電廠梯級用水的最后一級,灰水比能否有效降低是降低單位發(fā)電量取水量的關(guān)鍵之一?；宜戎狄瞬捎盟繙y定與統(tǒng)計計算相結(jié)合的方法得出。先由生產(chǎn)報表統(tǒng)計的發(fā)電量、灰分、煤耗等指標計算出干灰量,然后減去綜合利用的干灰量,即得到灰漿中灰的總量,通過測量沖灰水量,即可得到灰水比。此方法可避免以往灰漿泵前池采樣受機組負荷、取樣位置等多個因素影響而產(chǎn)生的誤差。5水處理系統(tǒng)水質(zhì)指標需要注意的是,火力發(fā)電廠采