發電企業用水深度優化與節水策略研究

黃彥彰

（中國華電集團有限公司 北京 100000）

引言

火力發電廠是工業用水大戶，其用水量和排水量巨大。隨著國家各項環境保護政策、法規的逐步實施，各發電集團公司為創建節約環保型燃煤發電廠，對火電廠的單位發電量取水量提出了嚴格的要求指標；同時，對排水量和排水水質的限制也越來越嚴格。要達到這些目標，實施有效的節水措施是一條最佳途徑。

1 機組概述

北方某發電廠為一期4×300MW 機組和二期2×600MW 機組。一期4×300MW 機組于1996 年全部投產發電，二期2×600MW 機組于2008 年投產發電。一期總取水量為一期采用地表水作為補水水源，二期采用城市中水作為補水水源。通過水平衡試驗對火力發電廠各個取水、用水、排水和耗水水量以及水質的測定，查清火電廠的用水狀況，正確評價火力發電廠的用水水平，提出可行性節水措施和預計節水效果[1]。

2 生產用水狀況

一期全廠總取水量為2461.6t/h，一期全廠總排放水量為409.3t/h。一期循環水塔補水為1775.6t/h 地表水，水塔蒸發量為1332.2t/h，剩余部分全部為循環水的排污水，其中排污水有377.7t/h 排放至灰水系統，另外65.7t/h 補至一期脫硫系統補水。一期脫硫系統還需補充187.3t/h 的地表水才能滿足補水要求。循環水塔和脫硫系統補充水占一期總取水量的74.8%，循環水塔和脫硫系統排放水量占一期總排放水量的92.3%。二期全廠總取水量為2375.1t/h，二期全廠總排放水量為381.6t/h。二期循環水塔補水為1900.7t/h 的城市中水，水塔蒸發量為1369.1t/h，剩余部分全部為循環水的排污水，其中排污水有348.1t/h 排放至灰水系統，另外183.5t/h 補至二期脫硫系統補水。二期脫硫系統還需要補充54.6t/h 的地表水才能滿足補水要求。循環水塔和脫硫系統補充水占二期總取水量的82.3%，循環水塔和脫硫系統排放水量占一期總排放水量的91.2%。循環水塔和脫硫系統即是全廠取水的最大用戶，也是全廠廢水最大排放點。解決好兩個系統取水和用水問題，找出系統中可能的節水方法，可以起到降低成本、提高水資源利用效率、減少廢水排放的作用。

3 節水潛力分析

通過對各個系統用水和排水水質狀況的分析，才能找到安全、有效的節水潛力。

3.1 循環水節水

一期地表水水質見表1。

表1 地表水全分析數據主要報表

從表1 的化驗數據可以看出，地表水水質相對較好，含鹽量、堿度、氯離子、鈣鎂離子、懸浮物等含量均較低[2]。一期循環水塔濃縮倍率控制在3.0 左右，參照循環水阻垢劑動態模擬試驗控制循環水濃縮倍率3.5～4.0 倍，一期循環水可以減少排水水量100t/h 左右，相應減少地表水補水100t/h，一期循環水排污水量由443.4t/h 降低至340t/h 左右。濃縮后的循環水水質見表2。

表2 一期循環水排污水主要水質數據表

從表2 的化驗數據可以看出，經過循環水濃縮后的排污水水質相對較好，雜質離子含量可以滿足脫硫系統用水要求，但是排水量相對較大，脫硫系統不能全部接收回用。由于一期循環水系統內含有黃銅材質設備，材質耐氯性在50mg/L 以下，已經不具備排水作為循環水補水回用的方式，也無法大幅度提升循環倍率。考慮一期循環水排污水水質相對較好，只簡單回用到脫硫系統存在較大的水資源浪費，尋找提高用水效率的可能性成為解決問題的關鍵[3]。二期城市中水水質指標見表3，二期循環水控制指標見表4。

表3 二期城市中水水質主要數據報表

表4 二期循環水運行控制指標

從表3 與表2 數據對比可以看出，一期循環水排污水水質與二期城市中水水質進行對比，氯離子含量相對較低，鈣離子、硫酸根離子、COD 含量接近，雖然濁度、堿度、pH 值等指標高于城市中水水質。由于二期循環水系統全部為316L 不銹鋼材質設備，耐腐蝕性相對較好，對補充水水質要求相對較低[4]。從表4 的數據可以看出，一期循環水排污水水質仍然可以滿足二期循環水補水水質要求，可以作為二期循環水補充水回用，二期循環水濃縮倍率可以由試驗期間的3.0 倍左右提高至8～10 倍。二期循環水排污水氯離子含量1000mg/L 以下，水質仍然可以作為一期、二期脫硫系統的補充水使用[5]。一期和二期機組作為兩個相對獨立用水和排水單位，經過相互間的取水調整，可以有效的整合水資源使用效率，降低了企業取水量，大幅降低廢水排放量，綜合利用后可以達到零排放的要求。

全廠循環水節水主要體現在以下三個方面：（1）一期循環水提高濃縮倍率至3.5～4.0 倍，可以節約地表水補水100t/h 左右，一期循環水排污水量由443.4t/h下降至340t/h 左右。（2）一期循環水排污水全部回用至二期循環水塔補水使用，可以減少二期城市中水補水340t/h。（3）一期、二期脫硫系統用水優先使用二期循環水排污水作為補水水源。二期循環水濃縮倍率由3.0 倍左右提高至8～10 倍。二期循環水排污水量可以由531.6t/h 降至150t/h 左右。

3.2 脫硫系統節水

隨著國家重視經濟發展與環境保護之間的協同發展，提出“超低排放”、“節能減排”、“綠色發展”等發展理念。我國脫硫技術得到了顯著提升，脫硫技術得到積極的推廣。但是在煙氣脫硫系統的運行過程中，整個系統需要消耗一部分水量。脫硫系統運行所產生的廢水含鹽量高，水中含有大量重金屬離子，廢水回收處理的難度相對較大，所以減少脫硫系統的用水和排放對環境保護具有重要的意義。

一期脫硫系統設計用水量為120t/h，二期脫硫系統設計額定用水量為125t/h。一期實際使用水量為253t/h，二期實際使用水量為238.1t/h。脫硫系統的用水量遠遠高于設計用水量。減少脫硫系統的用水量和循環水排污水回收利用是解決問題的關鍵點。

一期脫硫系統用水量主要是3 號機組脫硫系統漿液循環泵存在機封漏水現象，經過處理，一期脫硫系統補水量降低至設計用水量以下。二期脫硫水耗主要集中在三個方面：（1）凈煙氣水蒸汽量及煙氣攜帶液態水滴量。（2）脫硫石膏結晶水及石膏附著水。（3）脫硫廢水排放。其中煙氣攜帶水量受負荷、煙氣溫度影響較大，人為調節空間不大。石膏帶走水分相對較少。

節水空間主要集中在脫硫廢水排放方面。二期兩臺機組脫硫系統各級吸收塔均不同程度的連續發生漿液溢流和起泡現象。在運行過程中錯誤的認為脫硫補水水質不好是造成漿液溢流和起泡的原因，所以加大了脫硫工藝水的補水。吸收塔溢流起泡現狀見圖1。

圖1 脫硫吸收塔溢流起泡現狀

一般情況下，導致吸收塔漿液溢流起泡的原因主要有以下幾點：

（1）鍋爐在運行過程中投油、燃燒不充分，煤焦油和細煤粉等未燃盡的成分進入吸收塔，造成吸收塔漿液有機物含量增加；

（2）除塵器運行狀況不佳，吸收塔入口粉塵濃度超出設計值；

（4）脫硫廢水處理系統不能正常投入，導致吸收塔漿液品質逐漸惡化；

（5）脫硫工藝水和吸收塔補充水的水質不佳，導致COD、BOD 等含量超標。

對二期脫硫系統運行狀況分析。從燃燒方式上看，二期機組鍋爐采取等離子點火的方式，燃燒效率正常，并且近期未出現溢流出黑色泡沫的情況。二期機組除塵器運行基本正常，吸收塔入口煙塵濃度滿足設計值要求。電廠脫硫系統的吸收塔漿液密度、漿液pH 值、吸收塔液位、漿液循環泵的切換等主要運行參數均基本上控制在設計范圍之內。循環水補充吸收塔水質COD、BOD 等含量指標均在合格范圍之內。查閱石灰石粉化驗結果可知，近半年的石灰石粉中的CaO 含量基本在50%以上，但MgO 含量超過，粒徑（250 目）超標，酸不溶物未檢測，從現有的石灰石化驗項目和結果來看，石灰石品質相對較差，無法滿足脫硫運行的要求，所以石灰石粉的品質不佳造成漿液起泡的直接原因。采用合格的石灰石粉后吸收塔漿液溢流起泡現象消除。吸收塔漿液氯離子濃度數據見表5。

表5 吸收塔漿液氯離子濃度（mg/l）

從表5 的化驗數據可以看出，二期脫硫吸收塔漿液氯離子濃度控制在921～1732mg/l，遠遠低于DL/T 1477—2015《火力發電廠脫硫裝置技術監督導則》中石膏漿液氯離子含量宜控制在10000mg/l 以內的要求。脫硫廢水排放目的是為了維持吸收塔內漿液氯離子和金屬離子的水平，保證石膏正常結晶，需要定期向外排放廢水。因此，運行應按照吸收塔漿液中氯離子濃度來確定脫硫廢水排放量，而非無序排放。

經過對一期、二期循環水系統和脫硫系統用水情況排查與治理，脫硫系統總用水量已經由491.1t/h 降低至230t/h 左右。采用優化后的二期循環水排污水（150t/h）回用脫硫系統，輔助部分工業廢水系統處理后的產水，可以實現用水平衡，節水、排水量減少1066.9t/h，提高發電廠內水的利用效率，減少原水取水量，提高復用水率，減少廢水排放量，在保證設備安全可靠運行的前提下，達到節約用水的目的。

4 結論

經過對循環水系統和脫硫系統用水、排水水質分析，尋找安全、有效的節水方法，達到了節水的目的。節水情況對比見圖2 和圖3。

圖2 調整前用水情況

圖3 調整后用水情況

調整前水塔和脫硫系統共需要補充原水3918.2t/h，而調整后水塔和脫硫系統補水量降至2851.3t/h，可減少原水補水1066.9t/h，用水量下降27.2%，循環水系統和脫硫系統可以實現零排放。機組利用小時數按照5000h 計算，水費每噸1.65 元，每年可以節約水費880.2 萬元。

結語

在國家各項環境保護政策、法規的驅動下，火力發電廠取水、用水、排水提出了更高的要求。水平衡試驗可以掌握火力發電廠各個系統用水狀況，結合水質化驗分析，找出提高水復用效率的方法，從而減少廢水排放量和原水取水量，這樣即保證設備安全穩定運行，有達到了節約用水的目的。