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(yán)重，處理循環(huán)水排水并重復(fù)利用是電廠節(jié)水工作的重要內(nèi)容。本文結(jié)合本廠水質(zhì)及設(shè)備實際情況，如何合理的確定循環(huán)水排污水處理工藝進(jìn)行了探討。關(guān)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(zé)任公司地處嚴(yán)重缺水的京津地區(qū)，電廠總裝機(jī)容量為2×300MW，二臺機(jī)組分別于1998年12月及1999年9月投運(yùn)，鍋爐為德國產(chǎn)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(zhì)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(bǔ)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(yùn)行。2000年楊柳青電廠委托西安熱工院，著手進(jìn)行循環(huán)水排污水處理可行性研究工作。從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和保護(hù)環(huán)境出發(fā)，初步設(shè)想循環(huán)水排污水處理目標(biāo)為：結(jié)合本廠水質(zhì)及運(yùn)行設(shè)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(xué)合理的處理工藝，達(dá)到節(jié)水的目的。1 全廠用水、排水現(xiàn)狀分析1.1全廠補(bǔ)水總量2000年全廠取子牙河水總量統(tǒng)計見表1，根據(jù)表中數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，2000年全廠平均取水量為1392.5m3/h。表1 2000年循環(huán)水補(bǔ)充水量統(tǒng)計結(jié)果1.2循環(huán)水系統(tǒng)表2為2000年循環(huán)水量、補(bǔ)充水量及冷卻系統(tǒng)的濃縮倍率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果2000年平均循環(huán)水

3、量為38197.7m3/h，平均循環(huán)水補(bǔ)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(fēng)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(bǔ)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(bǔ)充水量及冷卻系統(tǒng)的濃縮倍率統(tǒng)計結(jié)果1.3化學(xué)制水系統(tǒng)化學(xué)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(xué)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(wǎng)系統(tǒng) 2000年熱網(wǎng)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(bǔ)水取自循環(huán)水，水量約100m3/d，即4.2m3/h。1.4.5、至粒化水補(bǔ)水取自循環(huán)水，水量約50m3/d，即2.1m3/h。1.5水平衡現(xiàn)狀根據(jù)上述數(shù)據(jù)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(bǔ)水量為1384.4m3/

5、h，不包括熱網(wǎng)供水的年平均耗水量為1380.4 m3/h。根據(jù)統(tǒng)計的2000年平均負(fù)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(jìn)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(shù)方案進(jìn)行分析，二個初步方案為： 1）  對全部循環(huán)冷卻系統(tǒng)的補(bǔ)充水進(jìn)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(zhì)不變，對循環(huán)水排水進(jìn)行RO處理后，RO產(chǎn)水回至循環(huán)水系統(tǒng)。下面就上述2個方案進(jìn)行技術(shù)分析  2.1 循環(huán)水補(bǔ)充水過

6、濾-弱酸處理方案2.1.1、方案概要子牙河水經(jīng)過濾除去懸浮物并經(jīng)弱酸離子交換降低具有結(jié)垢性的離子成分的含量后，作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，由于補(bǔ)充水中的結(jié)垢性離子成分的降低，可以使冷卻水在較高濃縮倍率下運(yùn)行，從而達(dá)到降低循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)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(jìn)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(bǔ)充水全硬度范圍為3.8mmol/L12.0mmol/L，全堿度為2.4mmol/L8.0mmol/L，水質(zhì)變化較大，但其全堿度/全硬度均在0.65左右，因此，在技術(shù)上是可行

7、的。 2.1.2、方案技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)考慮的問題      處理工藝簡單。      需用酸進(jìn)行再生，再生廢水較難處理；考慮到無水沖灰系統(tǒng)，處理費(fèi)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(shè)備的腐蝕加劇，如果控制不力，將對冷卻設(shè)備產(chǎn)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(zhì)已不符合要求?；谝陨峡紤]，不考慮該技術(shù)方案。附

8、表3為楊柳青電廠接近2000年平均水質(zhì)的全分析報告表3 子牙河水水質(zhì)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(shù)對循環(huán)水排水進(jìn)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(chǎn)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(chǎn)水一部分至化學(xué)鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)經(jīng)離子交換處理后作為鍋爐補(bǔ)給水，一部分作為熱網(wǎng)系統(tǒng)補(bǔ)充水，在熱網(wǎng)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(bǔ)水及?；a(bǔ)充水，多余部分水量排至原排水系統(tǒng)。2.2.2、方案的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)考慮的問題      可以利用原化學(xué)

9、水處理車間及化學(xué)熱網(wǎng)軟化水系統(tǒng)的現(xiàn)有預(yù)處理設(shè)備。      循環(huán)水水質(zhì)較好，對冷卻設(shè)備的腐蝕減緩，系統(tǒng)運(yùn)行較安全。循環(huán)水處理方案可以維持現(xiàn)有的方案不變。      在維持目前循環(huán)水水質(zhì)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(fù)雜，對運(yùn)行工況的要求高?；谝陨峡紤]，重點(diǎn)考慮該技術(shù)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(jù)1）循環(huán)水水質(zhì)維持在目前濃縮倍率2.0倍左右時的水質(zhì)，以表3水質(zhì)為

10、計算水質(zhì)，則循環(huán)水補(bǔ)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(wǎng)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(guān)系見圖2。 圖2 循環(huán)冷卻系統(tǒng)水量、鹽量平衡關(guān)系根據(jù)圖2冷卻塔的水量平衡關(guān)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(dá)到動態(tài)平衡時的鹽量平衡關(guān)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(jù)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(jù)統(tǒng)計化學(xué)除鹽水2000年平均供水量為25.76m3/h，推算至滿負(fù)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(shè)RO系統(tǒng)的回收率為80%，則（RO預(yù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chǎn)水需補(bǔ)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(bǔ)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(fù)荷工況

14、下耗水量為811.4m3/h，較原平均負(fù)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(shè)備根據(jù)上述計算，在仍維持目前循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)不變的條件下，則在平均負(fù)荷工況時，循環(huán)水排水RO處理系統(tǒng)產(chǎn)水需補(bǔ)至循環(huán)水系統(tǒng)的最大水量為250.0m3/h，考慮到至化學(xué)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(chǎn)水量應(yīng)為290.4 m3/h。3.2.1、水處理工藝模擬試驗結(jié)論由于循環(huán)水中雜質(zhì)被濃縮，其中致結(jié)垢、致污染成分含量將大大超過通常R

15、O膜元件對進(jìn)水水質(zhì)要求，因此必須選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)處理工藝，將這些成分降低至符合反滲透膜元件要求的進(jìn)水水質(zhì)范圍。而對高濃縮的循環(huán)水排水進(jìn)行RO脫鹽處理，在國內(nèi)應(yīng)用實例較少，且因循環(huán)水水質(zhì)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(yùn)行，確保系統(tǒng)出水水質(zhì)，進(jìn)行了此次RO前處理的現(xiàn)場模擬試驗，以選擇適當(dāng)?shù)腞O前處理工藝，確定RO前處理系統(tǒng)的運(yùn)行條件，為設(shè)計、調(diào)試和運(yùn)行提供依據(jù)。2001年10月30日至11月30日，西安熱工院技術(shù)人員在我公司現(xiàn)場實際取循環(huán)水，進(jìn)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(yùn)

16、行方法和經(jīng)前處理后的水質(zhì)指標(biāo)。試驗結(jié)論如下：3.2.2、試驗結(jié)果表明，在現(xiàn)階段的循環(huán)水水質(zhì)條件下，循環(huán)水經(jīng)NaOH軟化、PFS混凝澄清、澄清水pH調(diào)節(jié)、NaOCl殺菌、PAC二次混凝、細(xì)砂過濾、活性炭吸附的預(yù)處理工藝處理后，系統(tǒng)出水水質(zhì)符合RO復(fù)合膜元件對進(jìn)水水質(zhì)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(yīng)用時，建議通過適當(dāng)和嚴(yán)格的運(yùn)行調(diào)整試驗，使各階段處理過程在較好的條件下運(yùn)行，從而取得較模擬試驗更好的系統(tǒng)出水水質(zhì)。3.2.3、在現(xiàn)階段循環(huán)水水質(zhì)條件下，經(jīng)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(shù)；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(jù)以上試驗結(jié)果，并對照電廠現(xiàn)有的RO預(yù)處理設(shè)備及系統(tǒng)，提出以下預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)置及各水處理劑加入點(diǎn)的建議：增設(shè)加NaOH系統(tǒng)：NaOH的加入量（在不考慮增設(shè)石灰系統(tǒng)的情況下的加入量）以現(xiàn)階段的水質(zhì)條件應(yīng)不低于1718mol/m3·H2O，相當(dāng)于每噸循環(huán)水排水的NaOH加入量為700g（100%NaOH計）；NaOH的加入點(diǎn)建議設(shè)在澄清池進(jìn)水母管。3.2.5、增設(shè)直流凝聚加藥系統(tǒng)：試驗結(jié)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(shè)直流凝聚加藥系統(tǒng)可以適應(yīng)因原水水質(zhì)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(jìn)行控制，加入點(diǎn)建議設(shè)在過濾器進(jìn)水母管。3.2.6、選用雙濾料機(jī)械過濾器：此一般為與直流凝聚的配套通用設(shè)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(yùn)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(zhì)。建議雙濾料過濾器濾料的配置為細(xì)砂0.30.5mm/800mm，無煙煤0.61.2mm/400mm。3.2.7、 加酸點(diǎn)建議設(shè)在清水箱至清水泵的管路上（加NaOCl前）；pH調(diào)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(jīng)濟(jì)，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(zhì)情況進(jìn)行計算，RO濃水中的硫酸鹽均在可以控制的范圍內(nèi)。3.2.8、試驗期間循環(huán)水中的有機(jī)物含量較高，試驗結(jié)果表明經(jīng)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(jī)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(shè)計時選取較低的運(yùn)行流速（10m/h左右）。3.2.9、根據(jù)經(jīng)驗，軟化澄清池的運(yùn)行效果對后續(xù)處理過程的出水水質(zhì)有較大的影響。在工業(yè)應(yīng)用時軟化處理的效果與處理設(shè)備的運(yùn)行條件有關(guān)，在相同的軟化劑量條件下，出水水質(zhì)有差別。因此，工業(yè)應(yīng)用時應(yīng)通過

20、調(diào)試確定。為了保證澄清池的運(yùn)行效果，應(yīng)保證澄清池進(jìn)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(jù)西安熱工院水綜合利用技術(shù)咨詢報告及現(xiàn)場實際模擬試驗結(jié)果，確定了如下工藝流程：此方案主要特點(diǎn)如下：1、可以完全使用現(xiàn)有的熱網(wǎng)軟化水及鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的預(yù)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(kuò)建鍋爐補(bǔ)給水的用水量問題，避免重復(fù)投資。2、整個系統(tǒng)的取水、回水均就近實現(xiàn)，減少工程投資。3.2.11、水處理設(shè)備原化學(xué)水處理車間全部用作處理循環(huán)水排水，原熱網(wǎng)供水車間的預(yù)處理設(shè)備也全部用作處理循環(huán)水排水，可用設(shè)備及出力為：凝聚-澄清-初濾設(shè)備：鍋爐補(bǔ)給水水處理設(shè)備：3×100m3/h=300 m3/h熱網(wǎng)軟化水處理設(shè)備： 3×1000m3/h=300 m3/h合計600m3/h，根據(jù)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(shè)備，可使用原鍋爐補(bǔ)給水水處理系統(tǒng)及熱網(wǎng)軟化水處理系統(tǒng)的預(yù)處理設(shè)備即可，避免重復(fù)投資。已運(yùn)行的RO設(shè)備：鍋爐補(bǔ)給水水處理設(shè)備：3×40m3/h=120 m3/h根據(jù)圖2水量平衡圖，