某火電廠循環水系統使用城市再生水改造措施研究

王亞南

(大唐國際張家口發電廠,河北 張家口 075032)

0 引言

在我國,火電廠一直是工業用水大戶,其耗水量占工業用水量20%左右,火電廠對地下水開采以及地表水使用很大程度影響了我國水資源配置[1]。近年來國家要求新建、擴建火電廠禁止取用地下水,嚴格限制取用地表水,鼓勵利用城市污水處理廠的中水或其他廢水。為適應國家環保政策調整,建廠多年的火電廠引入城市再生水替代地下水已是未來的發展趨勢。

在火電廠耗水中,循環冷卻水占比最大,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組的循環冷卻水[2]。但是由于城市再生水來自廢水污水,其水質與地下水相差很大,雖然經過各種水處理工藝,水質有一定程度改善,但循環冷卻水水源改變后會對相關設備造成很大影響。本文以某火電廠為例,探討火電廠引進城市再生水后對相關設備產生的影響,并提出相應的改造措施。

1 城市再生水的水質特點

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冷卻水水源,出水指標執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準,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A排水經過緩沖調節水池、硝化曝氣生物濾池、機械加速澄清池(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1根DN1000管道直接外送至火電廠[3]。

本文調取最近一次該城市再生水與地下水水質分析報告進行對比分析,2種水源的主要水指標參數如表1、表2所示。

表1 城市再生水主要水指標參數

表2 地下水主要水指標參數

2 城市再生水對循環冷卻水系統的影響

a.凝汽式汽輪機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應力,循環冷卻水首先腐蝕銅管的脹接口處,導致凝汽器內漏,影響凝結水質[5]。城市再生水的Cl-過高,使腐蝕過程加快,嚴重影響汽輪機長期安全穩定運行。

b.輔機設備通過冷卻器進行冷卻降溫,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-過高,對銅管產生腐蝕,脹口處容易產生腐蝕內漏。

3 改造措施

3.1 輔機設備冷卻器改造

為防止城市再生水對汽輪機側、鍋爐側、空壓機、化學取樣等輔機設備冷卻器的腐蝕,采用如下2種改造方案。

a.更換所有冷卻器管

汽輪機側的輔機設備冷卻器,在夏季循環水溫度太高時要摻入溫度較低的地下水,緩解設備溫度升高,采用城市再生水作為循環冷卻水補充水后,需要對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。鍋爐側的輔機設備冷卻器、除灰空壓機、儀用空壓機、化學汽水取樣等冷卻器本身使用城市再生水作為冷卻水后,因水質變差、Cl-增高、水溫與地下生水相比升高約20 ℃左右,因此對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,吸風機和空壓機的冷卻器由于冷卻水溫升高還需增容改造[8]。采用該方案,優點是不需要新增加冷卻水系統,只對原冷卻器的冷卻管和管板進行改造,系統簡單。但缺點也很明顯,所有汽輪機側輔機、鍋爐側輔機、空壓機的冷卻器均需要更換;同時由于冷卻水為城市再生水,容易在冷卻器的換熱管內集聚絮狀污泥,每年都必須在夏季高峰用電前對所有冷卻器進行一次水沖洗,特別是發電機氫氣冷卻器需要每年在夏季高峰用電前,申請停機進行氫氣冷卻器換熱管沖洗。

b.增設閉式循環冷卻水系統

該方案為達到使冷卻器與城市再生水隔離的目的,需在汽輪機廠房內建設一套閉式循環冷卻水系統,閉式循環冷卻水的補水采用凝結水或除鹽水,冷卻水使用城市再生水(從凝汽器冷卻水的入口管道取水)。這套系統的主要設備有開式循環水泵、閉式循環水泵、板式換熱器及配套系統等,通過與城市再生水換熱向汽輪機廠房(主機冷油器除外)、鍋爐廠房、空壓機、化學汽水取樣裝置的設備冷卻器提供冷卻水源。采用閉式循環冷卻水后水溫相對增高,閉式循環冷卻水流量要進一步增加,為了保證有足夠的閉式冷卻水循環流動,需相應增加100%容量的閉式循環水泵2臺(1臺運行、1臺備用)和75%容量的換熱器2臺,由于板式換熱器具有換熱效率高、占地面積小的特點,所以閉式循環冷卻水系統換熱器采用板式換熱器,保證閉式循環冷卻水溫相對開式循環水溫升高的溫度盡量低,換熱器溫差設計5 ℃。由于夏季開式循環水溫偏高,會使閉式循環冷卻水溫升高,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100%容量的開式循環水泵2臺(1臺運行,1臺備用),提高開式水流速。采用該方案,優點是不容易在冷卻器的換熱管結垢和集聚絮狀污泥,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冷卻水系統,汽輪機側冷卻水系統較復雜,需要增加電氣設備和熱工控制設備。

2種方案對于城市再生水消納影響不大且投資相近。增設閉式循環冷卻水系統,冷卻水為凝結水或除鹽水,基本在冷卻管無淤泥附著,冷卻管為傳熱高的銅管,傳熱效率高,設備使用壽命長;改造所有輔機冷卻器需每年清洗所有冷卻器,每年夏季前需申請停機1次清洗發動機氫氣冷卻器,日常維護工作量大。因此綜合對比選擇增設閉式循環冷卻水系統方案進行改造。

3.2 凝汽器和主機潤滑油冷油器的改造

由于凝汽器和主機潤滑油冷油器所需冷卻水量大,所以凝汽器和主機潤滑油冷油器繼續采用開式循環水冷卻,為了提高防腐蝕性能,凝汽器和主機潤滑油冷油器的換熱管由銅管換為TP317L不銹鋼管。膠球清洗系統設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壁、外壁,淋水槽、水池、人字柱等需要進行防腐處理。混凝土表面保護涂料體系需要綜合考慮附著力、耐化學腐蝕、耐沖刷、抗滲透性、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計選用[9]。同時需要對與城市再生水接觸的原混凝土結構進行檢查和性能檢測,選擇適宜原混凝土結構的防腐工藝。

4 結論