火電廠水系統(tǒng)排水特點(diǎn)及水平衡優(yōu)化

火電廠水系統(tǒng)排水特點(diǎn)及水平衡優(yōu)化

隨著《國(guó)家節(jié)約能源法》、《環(huán)境保護(hù)法》和《gb.t18916.1-2002年采水率的第一部分：火力發(fā)電》以及相應(yīng)的水和排水收費(fèi)政策（水資源費(fèi)、排水費(fèi)、超標(biāo)費(fèi)）的頒布，火電站的使用、排水量和水質(zhì)應(yīng)受到嚴(yán)格指標(biāo)限制。從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮,要達(dá)到這些目標(biāo),必須進(jìn)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)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(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)因循環(huán)水在運(yùn)行過(guò)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(dāng)?shù)臐饪s倍率值進(jìn)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(fēng)吹、泄漏和排污。其中,蒸發(fā)損失的水量是無(wú)法回收的;風(fēng)吹損失可以通過(guò)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(yīng)的排污量就越小。過(guò)高的濃縮倍率會(huì)增大凝汽器管結(jié)垢和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn),且循環(huán)水的處理費(fèi)用也隨之上升。所以,應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)、凝汽器管材、運(yùn)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(lái)源。該廢水屬于高含鹽量廢水,有機(jī)物、懸浮物等也比較高,尤其是致垢的無(wú)機(jī)離子已經(jīng)達(dá)到過(guò)飽和,水質(zhì)不穩(wěn)定,安定性差,具有強(qiáng)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(jī)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(wú)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(diǎn)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(diǎn)是鹽分、懸浮物含量高,pH值可達(dá)11～12。除灰渣系統(tǒng)補(bǔ)充水主要由循環(huán)水排污水、撈渣機(jī)和碎渣機(jī)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(huì)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(diǎn)是懸浮物、含鹽量都比較高。1.4堿再生廢水、預(yù)處理設(shè)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(yù)處理設(shè)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(diǎn)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(diǎn)廠區(qū)生活用水主要來(lái)自廠區(qū)各建筑生活用水。生活污水量隨時(shí)間、季節(jié)變化較大,水質(zhì)特點(diǎn)是有機(jī)物、BOD、細(xì)菌的含量比較高,其它水質(zhì)指標(biāo)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(kù)噴淋用水等。濕法煙氣脫硫工藝用水包括制漿、反應(yīng)、沖洗用水。由于煙氣中的氯化物會(huì)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(yáng)塵,需定時(shí)對(duì)輸煤棧橋、轉(zhuǎn)運(yùn)站、煤倉(cāng)間等部位進(jìn)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(jiǎn)單處理后,再回用于輸煤棧橋沖洗、煤場(chǎng)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(kù)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(diǎn)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(duì)水資源和廢水資源進(jìn)行合理的利用和調(diào)配,增加水的梯級(jí)使用級(jí)數(shù)。一些電廠新鮮水資源分配不合理,如將新鮮水用來(lái)除灰渣,廢水資源沒有合理利用;許多火電廠雖然設(shè)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(duì)新鮮水和廢水資源的一種浪費(fèi)。水平衡優(yōu)化的主要內(nèi)容是在水平衡試驗(yàn)的基礎(chǔ)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(biāo)是在保證機(jī)組安全運(yùn)行的同時(shí),不斷采用新技術(shù)、新工藝,通過(guò)技術(shù)改造來(lái)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(bǔ)充水利用循環(huán)水系統(tǒng)和除灰渣系統(tǒng)是兩個(gè)最大的用水系統(tǒng),也是對(duì)全廠水平衡起決定性影響的系統(tǒng)。水平衡優(yōu)化應(yīng)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(bǔ)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(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),需要結(jié)合每個(gè)電廠的實(shí)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(gè)因素來(lái)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(duì)多家采用干除灰方式火電廠進(jìn)行過(guò)水平衡試驗(yàn),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(duì)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?gòu)U水回用過(guò)程中的處理成本,應(yīng)根據(jù)廢水水量和水質(zhì)綜合分析,確定合理經(jīng)濟(jì)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(duì)不同回用目標(biāo)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?jī)深悺?.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(yù)處理設(shè)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(bǔ)充水,但生活污水安全地回用于電廠循環(huán)水系統(tǒng)重點(diǎn)要解決NH3-N和生物粘泥對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響。對(duì)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(fù)荷能力強(qiáng)的特點(diǎn),出水水質(zhì)能夠滿足電廠循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)要求,已逐漸推廣開來(lái)。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的混凝澄清處理后的預(yù)處理設(shè)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(xué)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(bǔ)充水),必須對(duì)其進(jìn)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(bǔ)入冷卻塔水池;過(guò)濾器和弱酸陽(yáng)床的反洗或再生水經(jīng)過(guò)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(xué)鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的補(bǔ)充水;反滲透濃水可以用于對(duì)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(diǎn)是固定投資相對(duì)較低,缺點(diǎn)是只去除了循環(huán)水中的碳酸鹽硬度、再生消耗酸需設(shè)置復(fù)雜的酸再生設(shè)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(diǎn)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(diǎn)是固定投資相對(duì)較高。渣系統(tǒng)溢流水、煤泥廢水經(jīng)過(guò)混凝澄清處理后可回用至原用水系統(tǒng),達(dá)到循環(huán)利用。末端廢水即經(jīng)過(guò)多級(jí)工藝梯級(jí)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(biāo)已超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn),直接排放對(duì)水體環(huán)境破壞極大,需要進(jìn)一步處理,以實(shí)現(xiàn)廢水零排放。所謂零排放并不是絕對(duì)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(shí)現(xiàn)真正意義的零排放。如果干除灰電廠要實(shí)現(xiàn)零排放,末端廢水的固化成本很高,需要設(shè)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(jìn)行進(jìn)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(yùn)行費(fèi)用很高,目前國(guó)內(nèi)火電廠尚未應(yīng)用。4評(píng)估供電站的水流量的主要指標(biāo)4.1設(shè)計(jì)階段的確定火力發(fā)電廠取水量定額指標(biāo)分別見表1和表2。裝機(jī)取水量是按照火電廠總裝機(jī)容量所確定的最大取水量,其作為設(shè)計(jì)階段申請(qǐng)取水量的依據(jù)。單位發(fā)電量取水量是根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量和發(fā)電取水量計(jì)算而來(lái),其值受地域、季節(jié)、發(fā)電負(fù)荷等多個(gè)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(guò)程中取水量多少的重要指標(biāo),較以往使用的發(fā)電水耗更為科學(xué)、直觀。4.2重復(fù)利用率指標(biāo)在一定時(shí)間內(nèi),生產(chǎn)過(guò)程中所有重復(fù)利用的水量占全廠總用水量的百分?jǐn)?shù)即重復(fù)利用率,該指標(biāo)反應(yīng)了火電廠生產(chǎn)過(guò)程用水的合理性。對(duì)于采用自然通風(fēng)冷卻塔冷卻的火電廠,由于循環(huán)水量很大,各電廠重復(fù)利用率計(jì)算值差別較小,一般都大于95%,因而很難反應(yīng)每個(gè)電廠實(shí)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(guò)程中向廠外排出水量占總?cè)∷康谋嚷省Ｅ欧潘试礁?說(shuō)明電廠可回用的廢水潛力越大。對(duì)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(bǔ)充水,但沖灰水量不計(jì)入廠外排水,因而所得排放水率計(jì)算值很小。此種計(jì)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(guò)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(guò)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(jī)設(shè)備排水則不應(yīng)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(chǎng)灰水因蒸發(fā)、滲漏,回收率很低。因而作為火電廠梯級(jí)用水的最后一級(jí),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。灰水比值宜采用水量測(cè)定與統(tǒng)計(jì)計(jì)算相結(jié)合的方法得出。先由生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)的發(fā)電量、灰分、煤耗等指標(biāo)計(jì)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(guò)測(cè)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(jī)組負(fù)荷、取樣位置等多個(gè)因素影響而產(chǎn)生的誤差。5水處理系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)需要注意的是,火力發(fā)電廠采