火力發(fā)電廠節(jié)水途徑探究

文 傅毓赟 保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楊淑文 保定熱電廠 馬東偉 河北省電力研究院

火力發(fā)電廠節(jié)水途徑探究

文/傅毓赟 保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楊淑文 保定熱電廠 馬東偉 河北省電力研究院

火力發(fā)電的過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程。燃料燃燒的化學(xué)能通過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)換為熱能傳遞給水、汽，熱能通過(guò)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。做完功的乏汽經(jīng)凝汽器冷卻變?yōu)槟Y(jié)水循環(huán)使用。

在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中水承擔(dān)著傳遞能量和冷卻介質(zhì)的主要作用。因此，電廠可謂是一個(gè)用水大戶。目前，各個(gè)電廠的機(jī)組及系統(tǒng)情況和水源情況差異也很大，如何從中尋找一些對(duì)大多數(shù)電廠都適用的節(jié)水減排的途徑方法確實(shí)值得探討。

經(jīng)過(guò)多方面的研究分析，建議從以下幾方面開(kāi)展火電廠的節(jié)水減排工作。

1 鍋爐補(bǔ)給水制取系統(tǒng)

目前電廠鍋爐補(bǔ)給水制取系統(tǒng)一般是預(yù)處理+離子交換系統(tǒng)、預(yù)處理+膜處理+離子交換系統(tǒng)或預(yù)處理+反滲透+EDI除鹽系統(tǒng)等。在上述各種系統(tǒng)組成中分為預(yù)處理和除鹽系統(tǒng)兩部分。

(1) 預(yù)處理

預(yù)處理設(shè)備清洗水回收。可以將過(guò)濾設(shè)備，如高效過(guò)濾器、多介質(zhì)過(guò)濾器清洗水及超濾裝置沖洗水收集至專(zhuān)用的回收水池，然后送往相應(yīng)的機(jī)組冷水塔內(nèi)。如果采用超濾系統(tǒng)，可將錯(cuò)流過(guò)濾改為死端過(guò)濾，節(jié)水效果明顯。如果在預(yù)處理環(huán)節(jié)采用了石灰處理，由于泥渣的成分與脫硫漿液的成分比較接近，含鈣量可達(dá)到90%以上，可以用于脫硫使用。某廠采用這種方式，泥渣產(chǎn)量可達(dá)3～5t/h，節(jié)能減排效果明顯。

另外，預(yù)處理裝置、凈水站、精處理排出的泥漿水和廢水處理澄清器產(chǎn)生的泥漿等直接進(jìn)入泥漿池,經(jīng)濃縮池濃縮后送入脫水機(jī)脫水,用卡車(chē)運(yùn)到廠外,清水回至最終中和池。

(2) 除鹽系統(tǒng)

除鹽系統(tǒng)主要涉及膜除鹽和離子交換除鹽。

膜除鹽一般可將反滲透濃排水及沖洗水收集至儲(chǔ)水池，作為脫硫工藝水源的一部分；也可引入循環(huán)水系統(tǒng)，從而減少脫硫系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)新鮮地表水的用量。離子交換除鹽在陰、陽(yáng)床再生過(guò)程中，傳統(tǒng)的做法是將所有酸堿再生廢液送去中和池、廢水回收站處理，目前比較典型的節(jié)水工藝是陰、陽(yáng)床再生正洗水回收，混床投運(yùn)前沖洗水回收，繼續(xù)為除鹽系統(tǒng)使用。

河北某熱電廠生產(chǎn)水源為地下水，由于地下水補(bǔ)充不足，地下水位下降嚴(yán)重。該廠使用的水處理工藝為一級(jí)離子交換除鹽+混床，設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為1100t/h，年酸堿廢水排放量68萬(wàn)t。為了改善這種狀況，該廠對(duì)離子交換正洗水進(jìn)行回收。回收程序流程為：正洗水→回收管道→回收水池→回收水泵→二級(jí)離子交換系統(tǒng)清水箱回用 。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)充分驗(yàn)證，正洗水回收可于正洗開(kāi)始后5min后開(kāi)始，而且其整體水質(zhì)優(yōu)于原水（地下水）；陽(yáng)床運(yùn)行周期增加30%；陰床增加50%；年減少?gòu)U水排放約8萬(wàn)t；年節(jié)約資金3354800元。

2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

循環(huán)冷卻水占電廠用水量的份額最大，可達(dá)電廠總用水量的70%～90%。循環(huán)水節(jié)水應(yīng)從濃縮倍率的提高、排污水的綜合利用、實(shí)現(xiàn)零排放等方面考慮。

某火電廠對(duì)其原有的循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，排污水量大幅減少，節(jié)水效果明顯。其水量平衡及工藝系統(tǒng)消耗圖1所示。（單位：t/h）

按圖1平衡關(guān)系列出平衡計(jì)算公式后，經(jīng)計(jì)算最大濃縮倍率N≈5.6。一般的循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行濃縮倍率為2～4，經(jīng)過(guò)節(jié)水系統(tǒng)改造，濃縮倍率大大提高，配合藥劑投放，無(wú)結(jié)垢腐蝕現(xiàn)象，節(jié)水效果較好。

3 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行進(jìn)一步的凈化處理，保證鍋爐水汽品質(zhì)。

精處理系統(tǒng)一般主要包括前置過(guò)濾器、高速混床及樹(shù)脂捕捉器。

(1) 精處理系統(tǒng)在鍋爐啟動(dòng)階段的節(jié)水減排作用

在鍋爐啟動(dòng)階段盡早投入精處理系統(tǒng)，會(huì)大大縮短啟動(dòng)時(shí)間，縮短洗硅時(shí)間，節(jié)水效果明顯。

新建機(jī)組或長(zhǎng)期停用后啟動(dòng)的機(jī)組，使用凝結(jié)水精處理設(shè)備以后，能大幅度縮短機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間，使系統(tǒng)中的水質(zhì)很快合格，可大大縮短鍋爐洗硅時(shí)間，縮短機(jī)組啟動(dòng)達(dá)到正常運(yùn)行的時(shí)間。如果沒(méi)有凝結(jié)水精處理設(shè)備，短時(shí)間內(nèi)很難使水汽品質(zhì)合格，不僅延誤了機(jī)組的啟動(dòng)，而且也要消耗大量的燃料（包括部分燃油）和費(fèi)用。因此，從機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，凝結(jié)水處理設(shè)備都是必要的。

某電廠設(shè)有凝結(jié)水精處理，對(duì)鍋爐正常的冷態(tài)啟動(dòng)，系統(tǒng)水汽品質(zhì)一般在混床投運(yùn)6小時(shí)后完全合格，可減少鍋爐排污量在200～300t。可見(jiàn)，機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)，高速混床對(duì)改善水汽品質(zhì)，尤其是對(duì)除去水汽中的含硅量及凝結(jié)水中的含鐵量，縮短啟動(dòng)時(shí)間，減少鍋爐水耗、熱耗等方面發(fā)揮著重要的作用。

(2) 氨化混床的節(jié)水減排作用

為了保證水質(zhì)，同時(shí)做到節(jié)水減排，建議精處理系統(tǒng)采用氫型混床與氨化混床結(jié)合的水處理方式。

某廠6臺(tái)高速混床，直徑2200mm；樹(shù)脂層高1000mm；陽(yáng)樹(shù)脂與陰樹(shù)脂體積之比為3:2；運(yùn)行流速100～120m/h；運(yùn)行出力380～450m3/h；工作壓力＜3.4MPa；工作溫度＜50℃。混床運(yùn)行中就地實(shí)行氨化，正常運(yùn)行周期為40～60天，最高達(dá)104天。整個(gè)制水周期內(nèi)出水水質(zhì)能達(dá)到氫電導(dǎo)率＜0.15μs/cm；鈉＜5μg/l；二氧化硅＜10μg/l；周期制水量可達(dá)30萬(wàn)～40萬(wàn)m3，最高達(dá)62萬(wàn)m3。

氨化混床制水周期長(zhǎng)，而原來(lái)H-OH型混床制水周期僅5天左右，氨型混床制水量比氫型混床增加10倍。再生次數(shù)減少，能有效地減少再生除鹽水量、減少酸堿消耗、減少?gòu)U水排放量，減少再生工作量。但是在啟動(dòng)階段，建議采用氫型混床來(lái)提高效率。

4 疏水系統(tǒng)

蒸汽在各用汽設(shè)備中放出汽化潛熱后, 變成同溫同壓下的飽和疏水, 未受污染的疏水近于純凈的蒸餾水, 可以直接作為鍋爐給水。

一般來(lái)說(shuō), 飽和疏水平均具有蒸汽熱能的20% 左右, 如不回收, 不但損失熱能, 還將增加化學(xué)水處理費(fèi)用, 增加鍋爐排污量和增加的熱損失, 因此回收疏水是一項(xiàng)重要的節(jié)能降耗措施。

疏水可根據(jù)情況回收至化學(xué)鍋爐補(bǔ)給水處理、涼水塔或凝汽器。為了保證疏水水質(zhì)，要做好輸水管道及疏水箱的防腐保護(hù)工作，如內(nèi)襯等。

5 內(nèi)冷水系統(tǒng)

目前，國(guó)產(chǎn)機(jī)組常用添加銅緩蝕劑對(duì)內(nèi)冷水系統(tǒng)進(jìn)行防腐, 存在的問(wèn)題較大, 緩蝕劑用量大，含鹽量高, 易造成電導(dǎo)率超標(biāo)。為降低電導(dǎo)率, 換水頻率增加, 水和緩蝕劑的損耗增大；若緩蝕劑濃度過(guò)小,則使保護(hù)膜不完整, 會(huì)加劇局部銅腐蝕, 使用效果不佳。

現(xiàn)在許多電廠采用對(duì)部分內(nèi)冷水進(jìn)行小混床（鈉型、氫型、氫氧根型樹(shù)脂）處理，且采用封閉式運(yùn)行方式，根據(jù)需要加入稀釋NaOH溶液，可以有效的控制內(nèi)冷水的pH＞7，電導(dǎo)率和含銅量均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，且可做到長(zhǎng)期基本不換水。

因此，采用適宜的發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水凈化系統(tǒng)，優(yōu)化內(nèi)冷水水質(zhì)在允許的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，減輕其系統(tǒng)的腐蝕與沉積物的沉積，可以大大減少內(nèi)冷水換水的損失，節(jié)水效果顯著。

6 水汽化驗(yàn)分析系統(tǒng)

在火電廠的水、汽質(zhì)量監(jiān)測(cè)中, 為保證采集的水、汽樣品具有充分的代表性, 鍋爐給水及蒸汽取樣閥常處于開(kāi)啟狀態(tài),導(dǎo)致給水及蒸汽凝結(jié)水不間斷地流入取樣匯集槽，最后排入地溝, 造成極大浪費(fèi)。

某廠為了達(dá)到節(jié)水、節(jié)能的目的，對(duì)老舊的水、汽采樣系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在原來(lái)的基礎(chǔ)上增設(shè)了一根直徑25mm的管道,使取樣匯集槽與磷酸鹽和氨加藥攪伴箱相聯(lián)通，將給水和蒸汽凝結(jié)水通過(guò)此管道成為爐內(nèi)和給水水處理藥品的稀釋劑，大大提高了藥品稀釋液的溫度, 消除了過(guò)去那種常流水、冒熱氣現(xiàn)象, 達(dá)到了投資少、大幅度減少汽水損失的目的。

7 結(jié)語(yǔ)

廢水處理及回收利用是火力發(fā)電廠節(jié)約用水和保護(hù)環(huán)境的重要途徑。火電廠水汽系統(tǒng)復(fù)雜，除了上述措施外，還要盡量做好常規(guī)的節(jié)水減排工作，如城市中水回用；全廠廢水綜合處理實(shí)現(xiàn)廢水零排放；加強(qiáng)日常管理；防止“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象等。

值得注意的是, 由于城市污水經(jīng)處理后BOD、COD 以及細(xì)菌等含量仍較高，要特別注意檢測(cè)水中的氨氮。因此，在以城市污水作為火電廠循環(huán)冷卻水時(shí)必須進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)研究并留有足夠的保險(xiǎn)系數(shù)。應(yīng)該在凝汽器的選材上細(xì)心謹(jǐn)慎；在殺菌劑、阻垢和緩蝕劑等藥品的投加、監(jiān)測(cè)與控制方面應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)。同時(shí), 在整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮水質(zhì)惡化情況下的補(bǔ)救措施，實(shí)現(xiàn)廢水零排放處理。還需要在廢水處理系統(tǒng)及技術(shù)上加強(qiáng)研究，重點(diǎn)在提高循環(huán)水濃縮倍率、改進(jìn)沖灰方式，污水（中水）回用中腐蝕防護(hù)等方面，進(jìn)一步解決廢水回收利用及直排的污染物超標(biāo)治理方面的問(wèn)題。