火力發(fā)電廠綜合節(jié)水技術研究與應用.pdf

火力發(fā)電廠 綜合節(jié)水技術研究及應用 北京國電華北電力工程有限公司 2006年1月 火力發(fā)電廠綜合節(jié)水技術研究及應用 1）前言 2）火力發(fā)電廠節(jié)水措施及主要節(jié)水技術 3）綜合節(jié)水技術研究及在工程中的應用 4）電力節(jié)水技術的推廣 5）結束語 1 前言 概述 在環(huán)境與資源中，倍受關注的是水環(huán)境的惡化和 水資源的短缺。 “保護和合理利用水資源”已被列為我國的基本國策 ，并作為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略被放在更突出的位置。作為 用水大戶的火力發(fā)電廠就更需采取有效的節(jié)水措施， 提高節(jié)水意識，以達到節(jié)約用水的目的。 火力發(fā)電廠的節(jié)水途徑 節(jié)約用水可采取開源和節(jié)流兩種方式。對火力發(fā) 電廠而言，“節(jié)流”可從兩個方面著手，即減少新鮮水的 用量和減少廢水外排量，“開源”就是采用另外的水源來 取代常規(guī)的水源?！伴_源”的方法之一是利用水量大而穩(wěn) 定的市政污水（再生水），二是對電廠內部的廢水處 理后回用，三是在濱海地區(qū)利用海水。 2 火力發(fā)電廠節(jié)水措施及主要節(jié)水技術 2.1 加強水務管理，搞好統(tǒng)籌規(guī)劃 2.2 最大限度地減少用水量和排水量 2.3 廢水的資源化 2.3.1 電廠工業(yè)廢水和生活污水的回收利用 2.3.2 市政污水的利用和處理 2.3.3 煤礦疏干水的處理和利用 2.4 海水利用和海水淡化 2.5 采用先進的發(fā)電技術，最大限度地節(jié)約用水 2.1 加強水務管理，搞好統(tǒng)籌規(guī)劃 1）在工程設計之初即考慮全廠廢水“零排放”的設計， 做到統(tǒng)籌規(guī)劃，以保證整個系統(tǒng)設計的合理性。 2）在工程設計中貫徹以下節(jié)水原則： 循環(huán)冷卻水進行綜合利用 梯級用水，一水多用 提高循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率，減少排污水 所有能收集的污（廢）水收集處理后回用 國外從20世紀70年代就開始火電廠水務管理的研究和 實踐，我國在20世紀90年代開始研究和實踐，并積累了 很多寶貴的經驗。在神頭發(fā)電廠二期工程設計中，我公 司通過強化水務管理，落實節(jié)約用水、廢水資源化等措 施，二期工程僅利用神頭一廠、二廠的節(jié)水成果，無需 使用黃河引水即可滿足擴建工程的用水需求。在國華定 洲發(fā)電廠一期2600mw機組工程節(jié)水方案的優(yōu)化設計中 ，采取了一系列的節(jié)水措施，使得全廠總的用水指標僅 為0.6m3/sgw左右，達到了當時國內領先的水平。 2.2 最大限度地減少用水量和排水量 火力發(fā)電機組的取水量在高用水行業(yè)中排第一位， 2002年火電總取水量557.28億m3,其中直流供水系統(tǒng) 取水量為509.4億m3，循環(huán)供水系統(tǒng)取水量為47.88億 m3?；痣姀S用水主要是冷卻水系統(tǒng)，對于濕冷機組， 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水占整個電廠取水量的70以上； 空氣冷卻發(fā)電機組取水主要是用于鍋爐補充水、輔機 冷卻水等其他工業(yè)用水，其取水量僅為濕冷發(fā)電機組 的2030%。因此，最大限度地減少濕冷機組的用水 量，對節(jié)約用水和減少排水有十分顯著的效果。 2.2 最大限度地減少用水量和排水量 提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍率。 從右圖可以看 出，濃縮倍率從2提 高到34倍時，節(jié) 水效果最為明顯， 而要達到這樣的濃 縮倍率，對于大多 數的水源，只需采 用簡單的加酸和穩(wěn) 定處理即可實現， 資金投入也較少。 某2600mw機組循環(huán)水不同濃縮倍率下的 補充水量和排污水量 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 12345 排污水量（m3/h） 補充水量（m3/h） 如要求更高的濃縮倍率，就需設置深度處理系統(tǒng)，可選 的處理工藝方案有對循環(huán)水的補充水進行弱酸軟化處理、 石灰軟化處理，對循環(huán)水進行旁流處理和循環(huán)水排污水回 收利用處理等。 2.2 最大限度地減少用水量和排水量 采用鹽水濃縮器技術。 常見的反滲透系統(tǒng)的回 收率為75%左右，即約有 1/4的濃水需排放，再加 上系統(tǒng)本身的自用水， 排水將近30%，而采用鹽 水濃縮器，排水量僅為 5%左右，水量大大減少， 非常有利于電廠實現廢 水“零排放”。由于直接 采用鹽水濃縮器時，處 理水量大，設備投資高， 為降低工程造價，可以 采用反滲透與鹽水濃縮 器的組合方案。 2.3 廢水的資源化 電廠工業(yè)廢水和生活污水的回收利用 為節(jié)省用水，廠內的各種處理工藝產生的廢 水，均可進行處理后回用，或進行直接再利用。 如循環(huán)水排污水作為鍋爐補給水系統(tǒng)的水源，反 滲透的濃水可以直接作為其預處理過濾器的反洗 用水，各種未消耗完的工業(yè)廢水經處理后作為循 環(huán)水的補充水等。 2.3 廢水的資源化 市政污水的利用和處理 市政污水水量大而穩(wěn)定，就地可取，不需長 距離引水，是一種比較可靠的水資源。國外在市 政污水再利用方面起步較早，并已廣泛應用于電 力、化工、機械、冶金等行業(yè)，我國在這方面也 已取得了成功的經驗。 對電廠而言，市政污水的再利用主要是用作 循環(huán)冷卻水和鍋爐補給水及其它工業(yè)用水的水源 。 市政污水作為工業(yè)用水需進行深度處理。深 度處理的方法應根據污水水質和用途選擇。 2.3 廢水的資源化 煤礦疏干水的處理和利用 煤礦的疏干水水量大，已成為電廠的一個新 水源。經適當處理后可作為循環(huán)水補充水和鍋爐 補給水的水源。 2.4 海水利用和海水淡化 目前海水利用的主流技術是直流冷卻技術，海 水循環(huán)冷卻技術海水取用量小、系統(tǒng)容易控制， 對于海水濁度高、岸邊坡度緩的沿海地區(qū)，推廣 應用前景巨大。 對于缺水地區(qū)，海水淡化是解決淡水緊缺的有 效措施之一，也是解決海濱電廠淡水需求的切實 可行的途徑。 我國海水淡化技術研究雖起步較早，因種種 原因，發(fā)展緩慢。近幾年來，由于淡水資源的匱 乏和國力的增強，我國的海水淡化事業(yè)得到了長 足的發(fā)展。 2.4 海水利用和海水淡化 2.5 采用先進的發(fā)電技術，最大限度地節(jié)約用水 采用空冷發(fā)電技術，循環(huán)冷卻水的水耗將會 大大減少，可節(jié)約四分之三的用水量。 采用燃氣、蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電技術，可比常 規(guī)電站節(jié)約3050%的水資源。 3 綜合節(jié)水技術研究及在工程中的應用 我公司地處淡水資源尤為匱乏和負有首都水 資源保護重任的華北地區(qū)，所承擔的工程設計項 目極大部分都受水源制約，在工程規(guī)劃設計中， 供水水源成為工程可行性的關鍵因素之一。因此， 節(jié)約用水，減少工程用水量，是工程建設的當務 之急，也是我們在規(guī)劃設計火力發(fā)電廠工程項目 重要課題。早在1997年我公司就著手開展電廠綜 合節(jié)水技術研究，并一直將電廠綜合節(jié)水技術的 研究和應用作為工作重點之一，有計劃、有步驟 開展各項節(jié)水技術的研究和工程應用。 下面簡單介紹我公司在綜合節(jié)水技術研究及 工程應用情況。 3.1 水務管理設計研究 我公司在盤山電廠、托克托電廠等較早一批 600mw濕冷機組中就進行了水務管理系統(tǒng)的設計 和研究。 水量平衡設計 在電廠設計的各個階段都進行水量平衡設計 ，根據季節(jié)變化和機組負荷的變化情況，適當調 整循環(huán)冷卻水量和工業(yè)用水量，是節(jié)水的一項重 要措施。 電廠水務管理的考核點 在電廠運行時，對總用水量、總排水量和各 車間或各系統(tǒng)的用水量進行連續(xù)和階段性統(tǒng)計， 并按設計值、運行值、考核值制表來考核各用戶 的用水量，以供電廠對用、排水進行管理和監(jiān)測 ，發(fā)現問題及時處理。 3.1 水務管理設計研究 水務管理監(jiān)控裝置 根據考核點要求，合理設置水務管理計量監(jiān)控 設施，對各類不同水質的供排水系統(tǒng)進行水量監(jiān)測 和控制，以便于電廠在運行過程中隨時掌握系統(tǒng)取 、耗水數據，定期對各用水系統(tǒng)進行數據統(tǒng)計分析 和水平衡測試工作，從而有針對性的進行水量控制 ，加強監(jiān)督和管理，及時發(fā)現和處理缺陷，杜絕跑 、冒、滴、漏現象。 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術研究及應用 主要研究課題 循環(huán)冷卻水處理的目的是提高濃縮倍率，結 合工程設計，對高濃縮倍率循環(huán)水處理及相關技 術進行研究。 提高濃縮倍率的主要措施有循環(huán)水補充水處 理、循環(huán)水旁流處理技術。鑒于循環(huán)水補充水處 理國內研究和應用較多，技術較為成熟；并對濃 縮倍率要求較高或對有些水質，即使對補充水進 行了深度處理，其效果也不佳。因此，根據工程 實際情況，循環(huán)水旁流處理、循環(huán)水排污水處理 作為我們的研究重點。 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術研究及應用 循環(huán)水旁流處理工藝及應用 1997年9月至2000年，結合盤山電廠二期工程， 為提高處理效果，較少處理水量，提出循環(huán)水旁流 弱酸樹脂處理工藝，并根據循環(huán)水工況特點，開展 了水質穩(wěn)定劑對弱酸離子交換樹脂的影響及阻垢劑 性能的試驗研究、循環(huán)水氯化處理對弱酸樹脂性能 影響的試驗研究、循環(huán)水旁流處理弱酸處理的模擬 試驗。 試驗研究表明，循環(huán)水排污水旁流弱酸樹脂處 理是可行的，也可達到較高的濃縮倍率。在工程設 計時，為便于電廠靈活運行，循環(huán)水處理按處理補 充水和處理循環(huán)水都能運行的方式進行設計。循環(huán) 水系統(tǒng)按6倍濃縮倍率設計。該系統(tǒng)已運行多年。 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術研究及應用 盤山電廠節(jié)水車間圖片 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術及應用 循環(huán)水旁流處理工藝及應用 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術研究及應用 循環(huán)水排污水處理工藝及應用 高井熱電廠和托克托電廠二、三期等工程利用循環(huán)水 排污水作為鍋爐補給水水源。由于循環(huán)排污水中的含鹽量 很高，還有一定量的懸浮物，它的回收再利用必須經過過 濾及脫鹽處理。由于當時無工程運行實踐，我們開展了循 環(huán)水排污水處理工藝的試驗研究工作，根據試驗研究的結 果，選擇了以下處理工藝系統(tǒng)： 高井熱電廠：循環(huán)水排污水?雙濾料過濾器?碟片過 濾器?超濾裝置?鍋爐補給水處理系統(tǒng)（全膜法工藝） 托克托電廠：循環(huán)水排污水?生水池?澄清池?雙濾 料過濾器?超濾裝置?反滲透裝置?產品水?至鍋爐補給 水處理系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng) 上述兩個系統(tǒng)已分別于2004年和2005年投產制水，運 行良好。 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術研究及應用 托克托電廠節(jié)水車間圖片 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術及應用 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術研究及應用 高井電廠節(jié)水車間圖片 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術及應用 3.2 循環(huán)冷卻水處理技術及應用 3.4 城市污水回用技術研究及應用 3.4.1 電廠循環(huán)水水采用城市污水的研究和應 用 3.4.2 電廠全部工業(yè)用水采用城市二級污水的 研究和應用 3.4.3 城市污水回用技術在其它工程的應用 3.4.1電廠循環(huán)水采用城市污水的研究和應用 1995年，承擔首都重要供熱任務的華能北京 熱電廠工程面臨水源選擇的問題，當時電廠有潮 白河水和高碑店污水處理廠二級污水2個水源。但 因河水水量不能滿足電廠用水量的要求，北京市 政府和電廠希望循環(huán)水補充水能利用一墻之隔的 高碑店污水處理廠二級污水。當時，國內城市污 水回用僅處于起步階段，用于電廠循環(huán)水補充水 沒有先例，缺乏設計、運行和管理經驗，而且國 內尚無污水回用的技術標準，很多問題急待研究 解決。為此，我們結合依托工程，進行了城市污 水回用技術的研究。 3.4.1電廠循環(huán)水采用城市污水的研究和應用 主要研究成果 1）確定了合理可靠的污水深度處理系統(tǒng) 鑒于高碑店污水組成中工業(yè)廢水比例高，原水堿度 較高及處理水量大等特點，最終確定石灰凝聚澄清過濾 處理作為華能北京熱電廠的污水深度處理主體工藝。 通過多年的運行實踐表明，上述處理系統(tǒng)的出水可 以滿足循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水技術要求，并安全可靠。 2）提出了二級污水水質和循環(huán)水補充水水質的建 議標準 3）提出了使用深度處理后的城市污水時，控制的 濃縮倍率和凝汽器管材的選擇意見，以及控制粘泥的方 法，對以后污水回用工程具有指導作用。 3.4.1電廠循環(huán)水采用城市污水的研究和應用 社會、環(huán)境和經濟效益 城市污水作為華能北京熱電廠循環(huán)冷卻水的補充水 ，是我國污水資源化和城市污水回用的突破，為火力發(fā) 電廠城市污水回用開辟了一條新路，對于提高我國污水 回用和污水資源化技術水平起到了積極的作用。 3.4.1電廠循環(huán)水采用城市污水的研究和應用 華能北京熱電廠污水回用系統(tǒng)圖片 3.4.2 電廠全部工業(yè)水采用城市污水的研究和應用 研究課題的確定 國電電力大同第二發(fā)電廠二期工程擴建2600mw 國產亞臨界燃煤直接空冷機組，在水資源非常缺乏的 大同地區(qū)，嚴禁開采地下水和限制使用地表水，用于 鍋爐補給水和輔機冷卻水等工業(yè)用水水源需開辟新的 水源。經經濟技術比較后，二期工程工業(yè)用水全部采 用西郊污水處理廠的二級污水，過渡和緊急備用水源 為水庫水。 當時國內尚沒有使用城市污水作為鍋爐補給水水 源的先例。為保證機組能夠安全、穩(wěn)定、經濟地運行 ，我公司開展了 “火力發(fā)電廠鍋爐補給水及輔機冷卻 水采用城市二級污水技術研究”工作，并以大同第二發(fā) 電廠二期為依托工程。 3.4.2 電廠全部工業(yè)水采用城市污水的研究和應用 主要研究成果 （1）在我國，首次采用城市二級污水作為亞臨界參 數火力發(fā)電廠鍋爐補給水的水源，實際運行情況證明 在技術上是可行的。 （2）課題研究和依托工程實際運行證明，城市二級 污水采用超濾或微濾+反滲透雙膜處理工藝做為預處理 系統(tǒng)，處理效果可以滿足鍋爐補給水及輔機冷卻水的 水質要求。 （3）提出了城市污水經膜法處理后作為輔機冷卻水 時，輔機冷卻水系統(tǒng)材質的選擇要求及循環(huán)冷卻水的 運行操作要點。 （4）提出了雙膜處理工藝系統(tǒng)運行推薦的水質控制 標準、運行參數及膜通量設計的影響因素等。 3.4.2 電廠全部工業(yè)水采用城市污水的研究和應用 主要研究成果 大同二廠二期7#機組于2005年4月21日順利通過機 組連續(xù)滿負荷運行168小時試驗，作為我國首臺600mw 直接空冷機組投產發(fā)電。隨后8 #機組也于2005年7月 順利通過168小時試運行。 以本工程為依托工程的“火力發(fā)電廠鍋爐補給水及 輔機冷卻水采用城市二級污水技術研究”于2005年11月 19日通過了中國電力工程顧問集團公司組織的驗收、 評審。專家組一致認為該課題研究首次將城市污水作 為亞臨界參數機組鍋爐補給水水源，開拓了我國在這 方面的研究及應用，推動了我國城市污水回用產業(yè)的 發(fā)展，其研究成果具有顯著的經濟效益、環(huán)境效益和 社會效益，研究成果達到國內同行業(yè)領先水平。 3.4.2 電廠全部工業(yè)水采用城市污水的研究和應用 社會經濟效益 大同第二發(fā)電廠二期擴建工程工業(yè)用水全部采用 處理后的城市污水，不僅節(jié)省了大量的水庫水，而且 減少了外排的城市污水，達到節(jié)約用水和環(huán)境保護的 雙重目的，對節(jié)省寶貴的水資源和首都水資源保護具 有重要的意義。 課題研究成果用于依托工程，2600mw機組年運行 按 6 8 0 0 小 時 計 算 ， 每 年 可 節(jié) 省 冊 田 水 庫 水 約 6.052106m3，節(jié)省費用約605.2萬元（中水與水庫水 的差價按1.0元/噸計算） 3.4.2 全部工業(yè)水采用城市污水的研究和應用 大同第二發(fā)電廠二期工程污水回用系統(tǒng)圖片 3.4.3 污水回用技術在其它工程的應用 工程名稱機組容量污水水源深度處理 系統(tǒng) 用途 秦皇島熱電廠三 期工程 2300mw城市污水微濾反滲 透 鍋爐補給水處理 系統(tǒng)及熱網補充 水水源 灤河五期工程2300mw城市污水膜法循環(huán)水補充水及 鍋爐補給水水源 北京市草橋燃氣 聯合循環(huán)熱電廠 工程 2350mw級 聯合循環(huán)機 組 城市污水循環(huán)水補充水及 鍋爐補給水水源 北京市太陽宮燃 氣熱電冷聯供工 程 2350mw級 聯合循環(huán)機 組 城市污水循環(huán)水補充水及 鍋爐補給水水源 北京第三熱電廠350mw級聯 合循環(huán)機組 市政污水和 循環(huán)水排污 水 超濾反滲 透 循環(huán)水補充水及 鍋爐補給水水源 國華北京熱電廠 節(jié)水工程 城市污水再 生水 循環(huán)水補充水 豐鎮(zhèn)電廠三期工 程 2600mw直 接空冷機組 城市污水和 循環(huán)水排污 水 石 灰 凝 聚 澄 清 、 過 濾 循環(huán)水補充水及 鍋爐補給水水源 霍州電廠二期工 程 2600mw直 接空冷機組 煤礦疏干水石 灰 凝 聚 澄 清 、 過 濾 鍋爐補給水及輔 機冷卻水水源 3.5 海水利用和海水淡化 3.5.1海水利用 我國環(huán)渤海地區(qū)海水濁度高、岸邊坡度緩，因 而采用海水循環(huán)冷卻技術有十分重要的意義。我公 司海水冷卻塔的研究已進行了多年，天津北疆發(fā)電 廠和天津津能發(fā)電廠工程的海水冷卻擬采用二次循 環(huán)系統(tǒng)。 3.5 海水利用和海水淡化 3.5.2 海水淡化 我公司設計的海水淡化項目及淡化工藝見下表。 工程名稱淡化裝置容量（t/d）淡化工藝備 注 本 期規(guī) 劃 大港電廠二期23000多級閃蒸1989年投運 河北國華黃驊 發(fā)電廠 210000200000 t/d 低溫多效調試中 大唐王灘發(fā)電 廠 3360027360海水反滲透在調試中 天津北疆發(fā)電 廠 40000200000設計中 天津國華津能 發(fā)電廠 20000200000設計中 4 電力節(jié)水技術的推廣 4.1 參與編制國家發(fā)展改革委中國節(jié)水技術政 策大綱 為指導節(jié)水技術開發(fā)和推廣應用，推動節(jié)水 技術進步，提高用水效率和效益，促進水資源的 可持續(xù)利用，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委 員會、科技部、會同水利部、建設部和農業(yè)部組 織制訂了中國節(jié)水技術政策大綱，其中工業(yè) 節(jié)水部分的火力發(fā)電部分是由我公司參與編寫完 成的。該大綱于2005年4月21日由中華人民共和國 國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布。 4 電力節(jié)水技術的推廣 4.2 參與編制中華人民共和國科學技術部水資源安 全保障技術發(fā)展戰(zhàn)略研究報告工業(yè)節(jié)水分報告 本報告是中國水安全保障技術發(fā)展戰(zhàn)略研究 的子課題，內容包括電力、鋼鐵、石化、化工、造紙、 紡織、食品與發(fā)酵、有色8個高耗水行業(yè)，我公司負 責電力部分的編制工作。 項目研究的要點是在我國水資源短缺的背景下， 摸清工業(yè)行業(yè)用水現狀和用水效率及“十一五”期間發(fā) 展用水需求，找出存在的問題和差距，提出水資源安 全保障技術的研究方向和提高水資源的利用率的關鍵 技術，為工業(yè)行業(yè)在“十一五”期間的持續(xù)發(fā)展提供水 資源保障。 4 電力節(jié)水技術的推廣 4.3 同北京市工業(yè)促進局共同編制完成北京電力行 業(yè)節(jié)水方案 北京屬于嚴重缺水城市，電力行業(yè)的耗水指標占 規(guī)模以上工業(yè)取水量近一半，雖然能夠滿足國家標準 的基本要求，但與節(jié)水型企業(yè)還有一定的差距，因此 節(jié)