某火電廠循環(huán)水系統(tǒng)使用城市再生水改造措施研究

王亞南

(大唐國(guó)際張家口發(fā)電廠,河北 張家口 075032)

0 引言

在我國(guó),火電廠一直是工業(yè)用水大戶,其耗水量占工業(yè)用水量20%左右,火電廠對(duì)地下水開(kāi)采以及地表水使用很大程度影響了我國(guó)水資源配置[1]。近年來(lái)國(guó)家要求新建、擴(kuò)建火電廠禁止取用地下水,嚴(yán)格限制取用地表水,鼓勵(lì)利用城市污水處理廠的中水或其他廢水。為適應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策調(diào)整,建廠多年的火電廠引入城市再生水替代地下水已是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

在火電廠耗水中,循環(huán)冷卻水占比最大,約占總耗水量的八九成,因此目前城市再生水替代地下水大多是作為機(jī)組的循環(huán)冷卻水[2]。但是由于城市再生水來(lái)自廢水污水,其水質(zhì)與地下水相差很大,雖然經(jīng)過(guò)各種水處理工藝,水質(zhì)有一定程度改善,但循環(huán)冷卻水水源改變后會(huì)對(duì)相關(guān)設(shè)備造成很大影響。本文以某火電廠為例,探討火電廠引進(jìn)城市再生水后對(duì)相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的影響,并提出相應(yīng)的改造措施。

1 城市再生水的水質(zhì)特點(diǎn)

某火電廠使用某污水處理廠深度處理的城市再生水替代原洋河漫灘南、北兩岸的深井地下水做為循環(huán)冷卻水水源,出水指標(biāo)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),城市再生水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 城市再生水處理工藝流程

該污水處理廠使用其他污水廠處理后的一級(jí)A排水經(jīng)過(guò)緩沖調(diào)節(jié)水池、硝化曝氣生物濾池、機(jī)械加速澄清池(投加石灰和硫酸亞鐵)、酸化渠(投加濃硫酸)和活性砂濾池清水池的工序后,通過(guò)1根DN1000管道直接外送至火電廠[3]。

本文調(diào)取最近一次該城市再生水與地下水水質(zhì)分析報(bào)告進(jìn)行對(duì)比分析,2種水源的主要水指標(biāo)參數(shù)如表1、表2所示。

表1 城市再生水主要水指標(biāo)參數(shù)

表2 地下水主要水指標(biāo)參數(shù)

2 城市再生水對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響

a.凝汽式汽輪機(jī)的凝汽器使用銅冷卻管,銅管厚度為0.8 mm,銅管與管板脹接后使脹口處的管板減薄并且增加了內(nèi)應(yīng)力,循環(huán)冷卻水首先腐蝕銅管的脹接口處,導(dǎo)致凝汽器內(nèi)漏,影響凝結(jié)水質(zhì)[5]。城市再生水的Cl-過(guò)高,使腐蝕過(guò)程加快,嚴(yán)重影響汽輪機(jī)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

b.輔機(jī)設(shè)備通過(guò)冷卻器進(jìn)行冷卻降溫,使用地下水的火電廠,為了提高冷卻器的換熱效率,冷卻器換熱管采用銅管,銅管厚度為0.5～1 mm,采用脹接方式與管板密封固定。城市再生水的Cl-過(guò)高,對(duì)銅管產(chǎn)生腐蝕,脹口處容易產(chǎn)生腐蝕內(nèi)漏。

3 改造措施

3.1 輔機(jī)設(shè)備冷卻器改造

為防止城市再生水對(duì)汽輪機(jī)側(cè)、鍋爐側(cè)、空壓機(jī)、化學(xué)取樣等輔機(jī)設(shè)備冷卻器的腐蝕,采用如下2種改造方案。

a.更換所有冷卻器管

汽輪機(jī)側(cè)的輔機(jī)設(shè)備冷卻器,在夏季循環(huán)水溫度太高時(shí)要摻入溫度較低的地下水,緩解設(shè)備溫度升高,采用城市再生水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水后,需要對(duì)全部冷卻器的冷卻管由銅管改造為316L不銹鋼管,管板改造為304不銹鋼材質(zhì)。鍋爐側(cè)的輔機(jī)設(shè)備冷卻器、除灰空壓機(jī)、儀用空壓機(jī)、化學(xué)汽水取樣等冷卻器本身使用城市再生水作為冷卻水后,因水質(zhì)變差、Cl-增高、水溫與地下生水相比升高約20 ℃左右,因此對(duì)所有冷卻器的冷卻管由銅管改造為316L不銹鋼管,管板改造為304不銹鋼材質(zhì),吸風(fēng)機(jī)和空壓機(jī)的冷卻器由于冷卻水溫升高還需增容改造[8]。采用該方案,優(yōu)點(diǎn)是不需要新增加冷卻水系統(tǒng),只對(duì)原冷卻器的冷卻管和管板進(jìn)行改造,系統(tǒng)簡(jiǎn)單。但缺點(diǎn)也很明顯,所有汽輪機(jī)側(cè)輔機(jī)、鍋爐側(cè)輔機(jī)、空壓機(jī)的冷卻器均需要更換;同時(shí)由于冷卻水為城市再生水,容易在冷卻器的換熱管內(nèi)集聚絮狀污泥,每年都必須在夏季高峰用電前對(duì)所有冷卻器進(jìn)行一次水沖洗,特別是發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器需要每年在夏季高峰用電前,申請(qǐng)停機(jī)進(jìn)行氫氣冷卻器換熱管沖洗。

b.增設(shè)閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

該方案為達(dá)到使冷卻器與城市再生水隔離的目的,需在汽輪機(jī)廠房?jī)?nèi)建設(shè)一套閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),閉式循環(huán)冷卻水的補(bǔ)水采用凝結(jié)水或除鹽水,冷卻水使用城市再生水(從凝汽器冷卻水的入口管道取水)。這套系統(tǒng)的主要設(shè)備有開(kāi)式循環(huán)水泵、閉式循環(huán)水泵、板式換熱器及配套系統(tǒng)等,通過(guò)與城市再生水換熱向汽輪機(jī)廠房(主機(jī)冷油器除外)、鍋爐廠房、空壓機(jī)、化學(xué)汽水取樣裝置的設(shè)備冷卻器提供冷卻水源。采用閉式循環(huán)冷卻水后水溫相對(duì)增高,閉式循環(huán)冷卻水流量要進(jìn)一步增加,為了保證有足夠的閉式冷卻水循環(huán)流動(dòng),需相應(yīng)增加100%容量的閉式循環(huán)水泵2臺(tái)(1臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用)和75%容量的換熱器2臺(tái),由于板式換熱器具有換熱效率高、占地面積小的特點(diǎn),所以閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)換熱器采用板式換熱器,保證閉式循環(huán)冷卻水溫相對(duì)開(kāi)式循環(huán)水溫升高的溫度盡量低,換熱器溫差設(shè)計(jì)5 ℃。由于夏季開(kāi)式循環(huán)水溫偏高,會(huì)使閉式循環(huán)冷卻水溫升高,以及城市再生水容易在板式換熱器集聚絮狀污泥,因此增設(shè)100%容量的開(kāi)式循環(huán)水泵2臺(tái)(1臺(tái)運(yùn)行,1臺(tái)備用),提高開(kāi)式水流速。采用該方案,優(yōu)點(diǎn)是不容易在冷卻器的換熱管結(jié)垢和集聚絮狀污泥,保證冷卻器換熱高效率,冷卻管清洗頻率大幅降低。但由于增加了閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),汽輪機(jī)側(cè)冷卻水系統(tǒng)較復(fù)雜,需要增加電氣設(shè)備和熱工控制設(shè)備。

2種方案對(duì)于城市再生水消納影響不大且投資相近。增設(shè)閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),冷卻水為凝結(jié)水或除鹽水,基本在冷卻管無(wú)淤泥附著,冷卻管為傳熱高的銅管,傳熱效率高,設(shè)備使用壽命長(zhǎng);改造所有輔機(jī)冷卻器需每年清洗所有冷卻器,每年夏季前需申請(qǐng)停機(jī)1次清洗發(fā)動(dòng)機(jī)氫氣冷卻器,日常維護(hù)工作量大。因此綜合對(duì)比選擇增設(shè)閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案進(jìn)行改造。

3.2 凝汽器和主機(jī)潤(rùn)滑油冷油器的改造

由于凝汽器和主機(jī)潤(rùn)滑油冷油器所需冷卻水量大,所以凝汽器和主機(jī)潤(rùn)滑油冷油器繼續(xù)采用開(kāi)式循環(huán)水冷卻,為了提高防腐蝕性能,凝汽器和主機(jī)潤(rùn)滑油冷油器的換熱管由銅管換為T(mén)P317L不銹鋼管。膠球清洗系統(tǒng)設(shè)備整體更換或更換通流部分。

3.3 冷卻水塔改造

冷卻水塔包括塔筒內(nèi)壁、外壁,淋水槽、水池、人字柱等需要進(jìn)行防腐處理。混凝土表面保護(hù)涂料體系需要綜合考慮附著力、耐化學(xué)腐蝕、耐沖刷、抗?jié)B透性、耐老化、耐候性、耐久性、保光保色、施工方便等多方面要求后設(shè)計(jì)選用[9]。同時(shí)需要對(duì)與城市再生水接觸的原混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和性能檢測(cè),選擇適宜原混凝土結(jié)構(gòu)的防腐工藝。

4 結(jié)論