電廠循環冷卻水系統節水及零排放技術研究

汪雪姣

（中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司，河南 鄭州 450007）

為了加強水污染防治力度，確保國家水資源安全，國家對水污染防治進行了統籌推進與合理部署。明確要求各行業生產應該始終堅持按照節水減排和治理水污染的原則，重點針對當前生產活動涉及的水污染問題和能耗問題進行合理改進與優化處理[1]。在處理過程中，管理人員應該始終以改善水環境質量為核心，大力推進生態文明建設進程，實現可持續發展目標。

1 電廠循環冷卻水系統運行特點及典型問題

1.1 運行特點

電廠循環冷卻水系統在運行過程中主要通過換熱器交換熱量或者直接接觸換熱方式，并經冷卻塔冷 卻后對介質熱量交換過程的循環使用，以節約水資源，實現循環冷卻水節水和零排放要求。應用原理方面，循環水的冷卻主要通過水與空氣的相互作用，如從蒸發散熱、接觸散熱和輻射散熱3個過程實現循環水冷卻過程[2]。在運行過程中，現場作業人員可根據冷卻循環水是否與大氣進行直接接觸將冷卻循環系統細化分為敞開式循環系統與密閉式循環系統2種類型。

1.2 典型問題

電廠循環冷卻水系統在運行過程中，冷卻塔內的空氣與水分進行充分接觸，使大氣塵?；烊胨校菀桩a生菌藻滋生的問題。當菌藻滋生程度越來越嚴重時，冷卻塔水流速度會明顯下降，進而導致換熱效率大幅度降低。最重要的是，部分電廠在循環冷卻水系統方面并未考慮安裝過濾裝置，不能完成對上述雜質的清除處理，容易導致水的電導率大幅度增加，出現嚴重的管道腐蝕現象。除此之外，冷卻水經過被冷卻設備之后，系統內部溫度會急劇上升。水中的鈣離子以及鎂離子在溶解度表現方面，會發生明顯的變化，形成水垢問題。如果這些問題不及時解決，就很容易給電廠循環冷卻水系統節水效率和污染零排放目標的實現帶來影響[3]。

2 電廠循環冷卻水系統的相關技術

2.1 電廠循環冷卻水節水減排目標的重要性

結合當前的情況，國內水資源匱乏現象明顯，已經成為制約我國社會經濟穩定發展的重要因素之一。其中，電廠作為工業用水大戶，在用水量以及排水量方面表現得較為明顯。如果不進行嚴格管理，就很容易造成水資源浪費現象。如部分重點地區針對電廠實現廢水零排放和節水目標提出了嚴格要求，重點針對電廠循環冷卻水節水減排工作提出了嚴格要求。電廠必須對循環冷卻水節水減排予以高度重視，最好可以解決當前電廠循環冷卻水系統運行期間存在的典型問題。通過掌握當前電廠循環冷卻水系統運行期間出現的運行隱患問題，采取針對性節水減排措施，提高電廠循環冷卻水系統整體運行質量與效率[4]。

2.2 電廠循環冷卻水系統節水技術內容

2.2.1 循環冷卻水旁濾池節水技術

電廠循環冷卻水系統會借助換熱器實現運行。一般來說，系統內部的換熱器在運行過程中容易產生“臟”物質，而這些固體懸浮物會懸浮在換熱器內部。經過沉降反應聚集到裝置底部或者是附著于管壁上，日積月累容易給裝置帶來腐蝕性影響。針對該現象，現場作業人員通常會利用增加排污量的方式完成對懸浮物質的清除處理。但是該處理方法通常需要補充大量水源，容易增加水資源消耗量。通常情況下，會直接利用旁濾池過濾法進行過濾。其主要原理是將整個循環系統中的水部分過濾，將過濾出的污水再次引入、循環回冷卻系統中，這樣可以將一部分的懸濁物從冷卻系統中排出，從而使整個水循環系統中的懸浮雜質減少。而旁濾池過濾法的優勢包括降低循環水中的鈣、硅含量，從而降低冷卻塔中排污量；且避免大量反復的沖洗，節約了補充水及循環冷卻水；另外根據系統中的水質，可以適當地調節（停、開）旁濾池，節約了循環冷卻水的使用量，實現了“0排污”，這樣不僅可以全面降低循環水濁度，同時也能夠起到良好的節水效果。

2.2.2 密閉式（噴淋式）循環水系統

密閉式循環水系統的工作原理主要是以水空氣為介質，其利用特有密閉空間中的水蒸氣循環帶走了大量的熱量，使循環冷卻水由泵送至冷卻盤管部件上部的噴淋水管中，利用噴嘴均勻地噴淋到冷卻盤中，在噴淋的過程中也降低了溫度，增大面積，加快冷卻速度。而在冬季的時候，就會將噴淋水全部停掉，封閉式的循環系統，能夠有效地減少熱量的損耗，同時也能夠利用空氣保溫、升溫、置換，從而保證節水、節約資源的效果。工藝流程如圖 1 所示。

2.2.3 利用高濃縮倍數技術標準，達到良好節水效果

循環冷卻水中一種物質的濃度與供給補水中的該物質的濃度之比為高濃縮倍數，濃縮倍數是衡量冷卻水循環利用率的主要標準。濃縮倍數高代表冷卻水循環利用率越高，而補水量和排污量也會隨之降低，即采用高濃縮倍數循環冷卻水處理技術可起到節水減排的功效。循環水濃縮倍數的提高是1個系統的工程，涉及多個方面，只有根據工藝條件、水質條件，選擇效果好的水處理劑，將濃縮倍數控制在最佳指標內，才能達到更好的節水效果。不同濃度下的濃縮倍率見表1。

圖1 密閉式（噴淋式）循環水系統工藝圖

表1 不同濃度下的濃縮倍率

2.2.4 自動加藥控制技術

在電廠循環冷卻水系統運行過程中，冷卻水裝置在運行期間容易受到外界因素的干擾，如溫度或者濕度的影響而出現較大的波動。其中，在外界因素的干擾作用下，冷卻水濃縮倍數水質也會發生一定的波動。當發生這一變化時，傳統以人工為主的控制手段難以達到預期的控制效果。為了解決這一問題，工作人員可以采用高濃縮倍數循環冷卻水處理技術，根據現實中的循環冷卻水的需求量，來確定濃縮倍數增加多少。但是，并不是增加的倍數越多越好，隨著濃縮倍數的增加，循環水中的鹽離子的濃度也會增加，而含鹽量的增加會腐蝕整個凝汽器，增加對其的腐蝕度，所以在增加前要權衡濃縮的倍數。在實際生產加工中，通過增加酸、穩定劑、石灰， 或者使用弱酸性氫離子交換樹脂處理技術，就可以有效地改善腐蝕現象，促進循環冷卻水濃縮倍數增加，從而降低污水排放量。該文提供了2種濃縮倍率控制方式：手動控制和自動控制，用戶可以根據需要自行選擇控制方式。手動控制，顧名思義就是通過人工自行操控給水電動閥。而自動控制，可以通過PID算法計，實現自動化的給水電動閥的開關、給水。現場作業人員可利用自動控制系統控制冷卻水水質。濃縮倍率自動控制流程如圖2所示。

圖2 濃縮倍率自動控制流程圖

2.2.5 空氣冷卻技術

對于水資源較為匱乏的電廠建設區域，現場作業人員可利用空氣冷卻技術節約水資源。根據以往的實踐經驗，空氣冷卻技術可以利用空氣取代水冷卻技術。在具體應用過程中，主要是汽輪機的排汽直接進入空氣冷凝器，利用空氣的冷卻作用，實現空氣與蒸汽之間的熱交換過程，要提升冷卻效果，可以加強 設備通風，這樣可以避免因水汽量較多而大量蒸發。 冷卻技術僅適用于缺水區域或當地溫度條件適中的電廠，如果電廠區域水資源充沛，最好利用節水技術進行冷卻[5]。

2.3 電廠循環冷卻水系統零排放技術內容

電廠循環冷卻水系統零排放工作在具體實踐方面，現場作業人員需要根據電廠實際運行情況，對當前電廠循環水處理現狀進行分析，根據實際情況制定科學合理的節水措施和零排放方案。另一方面，現場作業人員應該主動結合制定好的零排放技術內容，對電廠循環冷卻水系統零排放污染進行合理控制。其中，在工藝流程設置方面，可以參照圖3進行統籌規劃與合理設計。

圖3 電廠循環水系統零排放設計工藝流程

在正式處理過程中，現場作業人員應該根據電廠循環水排污水實際特點進行預先處理。一般來說，多數電廠循環水排污水具有高硬度和高堿度的特點。在進行零排放的過程中，現場作業人員需要進行水質深度軟化，目的在于去除鈣、鎂等結構因素，避免該因素對電廠循環水冷卻系統的安全運行造成水垢或者污垢問題。在處理過程中，現場作業人員可以利用兩級軟化手段，如石灰軟化和純堿軟化等，實現對上述結構因素的清除處理。與此同時，在軟化期間，現場作業人員可以進行過濾處理和澄清處理等，目的在于全面去除懸浮物。

必要時也可以加入次氯酸鈉或者二氧化氯等，實現對污染物中有機物的清除處理。表2為某電廠預處理單元出水主要數據，僅供參考。除此之外，經過一系列的濃縮處理和蒸發結晶處理之后，最終進入末端廢水處置階段。在該階段當中，現場作業人員可利用蒸發結晶方法，將蒸發結晶中所生成的鹽用于回收處理或者固廢處理，減少對周邊環境的污染。根據當地氣候條件和電廠經濟條件，利用蒸發塘或者機械噴灑蒸發等方式，全面實現零排放、無污染目標。

表2 某電廠預處理單元出水數據

3 電廠循環冷卻水系統節水效果實例分析

以某大型電廠為例，每年生產所需要的水資源為3500 t，其循環水資源主要由廠附近的2個大型水庫供給，生活用水每年需求量為650 t。近兩年來，隨著國家對電能需求量的提高，該大型電廠增設了1臺發電機，并將其納入原來的發電機組當中，經過電廠的技術人員總結：如果按照原來的生產方式對水資源進行利用，那么每年生產需要的水資源將會增加1400 t，而由此產生的生產成本會比原來提高29.5%。因此，為了降低電力生產成本，該大型電廠采用循環冷卻水旁濾池節水技術，對循環水進行了科學的處理，并對2019年所用到的生產水資源進行了分析：2019年，用于生產的水資源為 3040 t，較之前相比下降了37.9%，循環冷卻水的利用率與原來相比，提升了37.6%；其次，由于循環冷卻水利用率的提高，該大型電廠的生產成本與之前相比下降了29.6%。可見，該大型電廠對循環冷卻水采取了合理的處理措施后，其產生的節水效果是非常明顯的。因此，為了提高電廠水資源的利用率，我國各大電廠應當合理采用循環冷卻水處理措施。

4 結論

電廠循環冷卻水系統節水和零排放，是達到電廠節水減排目標的重要舉措。根據實踐反饋情況，嚴格按照節水減排和零排放的要求，電廠循環冷卻水系統在運行過程中涉及的水耗問題和污染排放問題大幅度減少。因此，在采取節水減排和廢水零排放技術措施的過程中，現場作業人員可以根據不同環節和不同工況的實際需求，采取科學合理的技術措施進行管控，以期實現我國電廠領域的可持續發展。