火力發(fā)電廠循環(huán)水排污水處理工藝的實施

1、火力發(fā)電廠循環(huán)水排污水處理工藝的實施 天津華能楊柳青電廠 鄭衛(wèi)東摘 要：華北地區(qū)缺水形勢日趨嚴重，處理循環(huán)水排水并重復利用是電廠節(jié)水工作的重要內容。本文結合本廠水質及設備實際情況，如何合理的確定循環(huán)水排污水處理工藝進行了探討。關鍵詞：火力發(fā)電廠；循環(huán)水排污水；處理工藝天津華能楊柳青熱電有限責任公司地處嚴重缺水的京津地區(qū)，電廠總裝機容量為2×300MW，二臺機組分別于1998年12月及1999年9月投運，鍋爐為德國產液態(tài)排渣爐，凝汽器銅管為HAL77-2A及B30（空抽區(qū)），其它冷卻器材質為B10。冷卻水系統(tǒng)為開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)補充水為子牙河水。通過動態(tài)模擬試驗，目前循環(huán)水系

2、統(tǒng)的濃縮倍率控制在2.5倍左右運行。2000年楊柳青電廠委托西安熱工院，著手進行循環(huán)水排污水處理可行性研究工作。從經濟運行和保護環(huán)境出發(fā)，初步設想循環(huán)水排污水處理目標為：結合本廠水質及運行設備情況，從減少河水的取水量及減少循環(huán)水排水量著手，確定了一種科學合理的處理工藝，達到節(jié)水的目的。1 全廠用水、排水現狀分析1.1全廠補水總量2000年全廠取子牙河水總量統(tǒng)計見表1，根據表中數據統(tǒng)計結果，2000年全廠平均取水量為1392.5m3/h。表1 2000年循環(huán)水補充水量統(tǒng)計結果1.2循環(huán)水系統(tǒng)表2為2000年循環(huán)水量、補充水量及冷卻系統(tǒng)的濃縮倍率的統(tǒng)計數據，根據表中數據統(tǒng)計結果2000年平均循環(huán)水

3、量為38197.7m3/h，平均循環(huán)水補充水量為1343.6m3/h，循環(huán)水系統(tǒng)平均濃縮倍率為1.93；冷卻塔的風吹損失按循環(huán)水量統(tǒng)計值的0.1%即38.2m3/h計，則可以推算出循環(huán)水系統(tǒng)的年平均排水量為658.0 m3/h，蒸發(fā)損失為647.4 m3/h。對于楊柳青電廠，由于無水沖灰系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)補充水量要占到全廠總耗水量的90%以上。表2 2000年循環(huán)水量、補充水量及冷卻系統(tǒng)的濃縮倍率統(tǒng)計結果1.3化學制水系統(tǒng)化學制水車間用水為子牙河水，2000年化水車間的除鹽水供水量通過全年統(tǒng)計，平均除鹽水供水量為25.8m3/h；化學制水車間的自用水率按30%計，則年平均用水量為25.8 m3/

4、h /(1-30%)=36.8 m3/h。1.4 其它系統(tǒng)1.4.1、澆花草及沖廁用水取自循環(huán)水，澆花水量估計值為6.3 m3/h 。沖廁所水量估計值為6.5 m3/h。1.4.2、熱網系統(tǒng) 2000年熱網系統(tǒng)供水水量為2.8 m3/h。1.4.3、制氫站冷卻水制氫站冷卻水為河水，水量約8.1m3/h，冷卻后水排至水塔。1.4.4、至煤場噴淋補水取自循環(huán)水，水量約100m3/d，即4.2m3/h。1.4.5、至?；a水取自循環(huán)水，水量約50m3/d，即2.1m3/h。1.5水平衡現狀根據上述數據繪制的2000年全廠實際水量平衡簡圖見圖1。由此可見，全廠2000年平均補水量為1384.4m3/

5、h，不包括熱網供水的年平均耗水量為1380.4 m3/h。根據統(tǒng)計的2000年平均負荷為398MW。由此可以計算出2000年的平均耗水率為0.96m3/GW.s，這與國外先進水平的耗水率0.50m3/GW.s有較大的差距，可見節(jié)水潛力很大。2循環(huán)水處理方案分析楊柳青電廠循環(huán)水處理選擇了兩個技術方案進行分析，二個初步方案為： 1）  對全部循環(huán)冷卻系統(tǒng)的補充水進行過濾弱酸離子交換處理，將循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍率提高至4。 2）循環(huán)水系統(tǒng)維持目前水質不變，對循環(huán)水排水進行RO處理后，RO產水回至循環(huán)水系統(tǒng)。下面就上述2個方案進行技術分析  2.1 循環(huán)水補充水過

6、濾-弱酸處理方案2.1.1、方案概要子牙河水經過濾除去懸浮物并經弱酸離子交換降低具有結垢性的離子成分的含量后，作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水，由于補充水中的結垢性離子成分的降低，可以使冷卻水在較高濃縮倍率下運行，從而達到降低循環(huán)水系統(tǒng)補充水量及減少排污水量的目的。由于弱酸氫離子交換處理只能除去水中的暫硬，因此，為了保證處理效果，通常要求進水中的全堿度/全硬度0.60。統(tǒng)計1999年2001年河水、循環(huán)水的水分析記錄，循環(huán)水系統(tǒng)補充水全硬度范圍為3.8mmol/L12.0mmol/L，全堿度為2.4mmol/L8.0mmol/L，水質變化較大，但其全堿度/全硬度均在0.65左右，因此，在技術上是可行

7、的。 2.1.2、方案技術特點及應考慮的問題      處理工藝簡單。      需用酸進行再生，再生廢水較難處理；考慮到無水沖灰系統(tǒng)，處理費用高。      子牙河水氯離子含量一般在100PPm以上，特殊時期氯離子含量超過500PPm，弱酸處理后循環(huán)水中含鹽量及腐蝕性離子將成倍的增加，對冷卻設備的腐蝕加劇，如果控制不力，將對冷卻設備產生極大的腐蝕隱患。 澆花草及沖廁水源需更改，循環(huán)水水質已不符合要求?；谝陨峡紤]，不考慮該技術方案。附

8、表3為楊柳青電廠接近2000年平均水質的全分析報告表3 子牙河水水質全分析2. 2循環(huán)水排污水RO處理方案2.2.1、方案概要采用反滲透技術對循環(huán)水排水進行處理，循環(huán)水排水中的絕大部分鹽分隨RO系統(tǒng)濃水排出循環(huán)水系統(tǒng)，RO產水大部分回至循環(huán)水系統(tǒng)，使循環(huán)水維持在較低的含鹽量水平；RO產水一部分至化學鍋爐補給水處理系統(tǒng)經離子交換處理后作為鍋爐補給水，一部分作為熱網系統(tǒng)補充水，在熱網不需要供水時，則返回至冷卻塔。RO濃水排水作為煤場噴淋補水及?；a充水，多余部分水量排至原排水系統(tǒng)。2.2.2、方案的技術特點及應考慮的問題      可以利用原化學

9、水處理車間及化學熱網軟化水系統(tǒng)的現有預處理設備。      循環(huán)水水質較好，對冷卻設備的腐蝕減緩，系統(tǒng)運行較安全。循環(huán)水處理方案可以維持現有的方案不變。      在維持目前循環(huán)水水質的情況下，系統(tǒng)的實際濃縮倍率可以得到提高。      處理工藝較為復雜，對運行工況的要求高?；谝陨峡紤]，重點考慮該技術方案。3循環(huán)水排水RO處理系統(tǒng)計算及工藝3.1、系統(tǒng)出力計算3.1.1、計算依據1）循環(huán)水水質維持在目前濃縮倍率2.0倍左右時的水質，以表3水質為

10、計算水質，則循環(huán)水補充水的TDS為737 mg/L，循環(huán)水的TDS為1474mg/L。2）RO系統(tǒng)脫鹽率為97%，回收率為80%。3) 由于計算的為夏季工況，因此，熱網供水量未考慮。3.1.2 出力計算RO處理循環(huán)水排水時，循環(huán)冷卻系統(tǒng)的水量、鹽量平衡關系見圖2。 圖2 循環(huán)冷卻系統(tǒng)水量、鹽量平衡關系根據圖2冷卻塔的水量平衡關系為：Qm+QRO=QV+QW+QB+Qqt （3）QB=QRO+QRO1+QROB（4）將式（4）代入式（3）得Qm=QV+QW+QRO1+QROB +Qqt（5）循環(huán)水系統(tǒng)達到動態(tài)平衡時的鹽量平衡關系為：Qm·TDSm+QRO·TDSRO

11、=（Qqt +QW+QB）·TDSC（6）式（5）中：QV=647.4 m3/h；QW=38.2m3/h；根據表3，沖廁平均水量6.5m3/h，澆花草平均水量6.3m3/h，因此Qqt =6.5m3/h+6.3m3/h=12.8 m3/h；根據統(tǒng)計化學除鹽水2000年平均供水量為25.76m3/h，推算至滿負荷供水量38.9m3/h，RO后繼除鹽系統(tǒng)自用水量按1.5 m3/h計，則QRO1=40.4 m3/h；設RO系統(tǒng)的回收率為80%，則（RO預處理系統(tǒng)自用水量未計入）：QROB =（QRO+QRO1）/4=0.25 QRO+10.1（7）將以上數據及式（7）代入式（4）QB=QR

12、O+QRO1+QROB= QRO+40.4+0.25 QRO+10.1=1.25 QRO+50.5（8）將以上數據及式（7）代入式（5）得：Qm= QV+QW+QRO1+QROB +Qqt=647.4+38.2+40.4+(0.25 QRO+10.1)+12.8=0.25 QRO+748.9（9）式（6）中TDSm=737mg/L；TDSC=1474 mg/L；TDSRO=1474·（1-97%）=44.22將以上數據及式（8）、式（9）代入式（6）（0.25 QRO+ 748.9）·737+ QRO·44.22=(12.8+38.2+1.25 QRO+50.5)

13、·1474計算得QRO =250.0m3/h，即循環(huán)水排水RO處理系統(tǒng)產水需補至循環(huán)水系統(tǒng)的最大水量為250.0m3/h。將QRO =250.0m3/h代入式（8）及式（9）計算得：QB=1.25 QRO+50.5=363 m3/hQm=0.25 QRO+ 748.9=811.4 m3/h，即循環(huán)水系統(tǒng)河水的最大補水量為811.4 m3/h。在此工況下循環(huán)水的實際濃縮倍率K為：K=（Qm +QRO）/（QW+QB+Qqt）=2.63.1.3 方案2實施后的全廠水量平衡及水耗見圖3圖3 循環(huán)水排水RO處理系統(tǒng)方案實施后的水量平衡圖由此可見，在循環(huán)水排水RO處理方案實施后，在平均負荷工況

14、下耗水量為811.4m3/h，較原平均負荷工況取水量減少573 m3/h，排水量減少583 m3/h，耗水率由0.96 m3/GW.s降至0.57m3/GW.s。3.2、 循環(huán)水排水RO處理系統(tǒng)工藝及設備根據上述計算，在仍維持目前循環(huán)水系統(tǒng)水質不變的條件下，則在平均負荷工況時，循環(huán)水排水RO處理系統(tǒng)產水需補至循環(huán)水系統(tǒng)的最大水量為250.0m3/h，考慮到至化學除鹽車間40.4 m3/h（后繼除鹽系統(tǒng)自用水量按1.5 m3/h計），因此反滲透處理循環(huán)水排水系統(tǒng)最大產水量應為290.4 m3/h。3.2.1、水處理工藝模擬試驗結論由于循環(huán)水中雜質被濃縮，其中致結垢、致污染成分含量將大大超過通常R

15、O膜元件對進水水質要求，因此必須選擇適當的預處理工藝，將這些成分降低至符合反滲透膜元件要求的進水水質范圍。而對高濃縮的循環(huán)水排水進行RO脫鹽處理，在國內應用實例較少，且因循環(huán)水水質的不同，反滲透前處理工藝的可借鑒性也不大。因此，為了保證反滲透系統(tǒng)的安全、可靠運行，確保系統(tǒng)出水水質，進行了此次RO前處理的現場模擬試驗，以選擇適當的RO前處理工藝，確定RO前處理系統(tǒng)的運行條件，為設計、調試和運行提供依據。2001年10月30日至11月30日，西安熱工院技術人員在我公司現場實際取循環(huán)水，進行了反滲透處理循環(huán)水排水前處理模擬試驗，通過試驗確定了反滲透處理循環(huán)水排水的前處理工藝流程，得出了RO前處理的運

16、行方法和經前處理后的水質指標。試驗結論如下：3.2.2、試驗結果表明，在現階段的循環(huán)水水質條件下，循環(huán)水經NaOH軟化、PFS混凝澄清、澄清水pH調節(jié)、NaOCl殺菌、PAC二次混凝、細砂過濾、活性炭吸附的預處理工藝處理后，系統(tǒng)出水水質符合RO復合膜元件對進水水質的要求，系統(tǒng)出水的SDI測定值可以穩(wěn)定在45。在實際工業(yè)應用時，建議通過適當和嚴格的運行調整試驗，使各階段處理過程在較好的條件下運行，從而取得較模擬試驗更好的系統(tǒng)出水水質。3.2.3、在現階段循環(huán)水水質條件下，經試驗確定的系統(tǒng)各種藥劑的最佳加入量為： NaOH加入量為2.5倍的循環(huán)水中HCO3-的mol數；PFS加入量30mg/L；H

17、2SO4（或HCl）加入量4mmol/L；NaOCl加入量為5.0mg/L；直流凝聚劑PAC加入量為9mg/L。3.2.4、根據以上試驗結果，并對照電廠現有的RO預處理設備及系統(tǒng)，提出以下預處理系統(tǒng)設備的設置及各水處理劑加入點的建議：增設加NaOH系統(tǒng)：NaOH的加入量（在不考慮增設石灰系統(tǒng)的情況下的加入量）以現階段的水質條件應不低于1718mol/m3·H2O，相當于每噸循環(huán)水排水的NaOH加入量為700g（100%NaOH計）；NaOH的加入點建議設在澄清池進水母管。3.2.5、增設直流凝聚加藥系統(tǒng)：試驗結果表明，在加入PAC二次混凝時，SDI測定膜的膜面狀況較未加PAC二次混凝

18、時為好；另一方面增設直流凝聚加藥系統(tǒng)可以適應因原水水質的變化而可能引起的加藥方式的變化。PAC的加入量按3mg/L（以固體PAC為100%計）進行控制，加入點建議設在過濾器進水母管。3.2.6、選用雙濾料機械過濾器：此一般為與直流凝聚的配套通用設置，主要是增加過濾器的截污量（反洗周期延長）。在雙濾料過濾器投運時投入直流凝聚系統(tǒng)，可以縮短過濾器的正洗時間，提高系統(tǒng)出水水質。建議雙濾料過濾器濾料的配置為細砂0.30.5mm/800mm，無煙煤0.61.2mm/400mm。3.2.7、 加酸點建議設在清水箱至清水泵的管路上（加NaOCl前）；pH調節(jié)用酸選用硫酸或鹽酸均可（試驗時采用硫酸），一般情況

19、下選用硫酸較為經濟，加硫酸可能引起的主要問題是在RO膜面的硫酸鹽析出問題，以目前的水質情況進行計算，RO濃水中的硫酸鹽均在可以控制的范圍內。3.2.8、試驗期間循環(huán)水中的有機物含量較高，試驗結果表明經軟化、混凝處理后，其CODMn仍在6mg/L左右，為了保證活性炭去除有機物的效果，保證水與炭濾層的接觸時間，建議活性炭過濾器選用較高的炭濾層（1800mm），并在設計時選取較低的運行流速（10m/h左右）。3.2.9、根據經驗，軟化澄清池的運行效果對后續(xù)處理過程的出水水質有較大的影響。在工業(yè)應用時軟化處理的效果與處理設備的運行條件有關，在相同的軟化劑量條件下，出水水質有差別。因此，工業(yè)應用時應通過

20、調試確定。為了保證澄清池的運行效果，應保證澄清池進水有足夠的停留時間，建議澄清池的停留時間1.52h。3.2.10循環(huán)水RO處理工藝流程根據西安熱工院水綜合利用技術咨詢報告及現場實際模擬試驗結果，確定了如下工藝流程：此方案主要特點如下：1、可以完全使用現有的熱網軟化水及鍋爐補給水系統(tǒng)的預處理系統(tǒng)、排水系統(tǒng)及富裕容量的反滲透系統(tǒng)。同時，能夠滿足四期擴建鍋爐補給水的用水量問題，避免重復投資。2、整個系統(tǒng)的取水、回水均就近實現，減少工程投資。3.2.11、水處理設備原化學水處理車間全部用作處理循環(huán)水排水，原熱網供水車間的預處理設備也全部用作處理循環(huán)水排水，可用設備及出力為：凝聚-澄清-初濾設備：鍋爐補給水水處理設備：3×100m3/h=300 m3/h熱網軟化水處理設備： 3×1000m3/h=300 m3/h合計600m3/h，根據圖3水量平衡圖，需處理的最大循環(huán)水排水量為363 m3/h，因此不需要新增凝聚-澄清-粗濾設備，可使用原鍋爐補給水水處理系統(tǒng)及熱網軟化水處理系統(tǒng)的預處理設備即可，避免重復投資。已運行的RO設備：鍋爐補給水水處理設備：3×40m3/h=120 m3/h根據圖2水量平衡圖，