2×1000 MW機組火力發(fā)電廠節(jié)水措施研究
摘要：針對2×1000 MW 機組燃煤火力發(fā)電廠水務管理要求，對各類供水、用水、排水進行全面規(guī)劃、綜合平衡和優(yōu)化比較。通過水量平衡設計，提出切實可行的各系統(tǒng)用排水方案，采取多種節(jié)水措施，達到一水多用、重復利用，降低全廠耗水指標，實現(xiàn)電廠廢水零排放。該工程耗水指標優(yōu)于國家對電廠節(jié)水的有關規(guī)定，處于國內(nèi)先進水平。
電廠是用水大戶，電廠水務管理主要是理順梯級用水流程，節(jié)約用水，實現(xiàn)廢水零排放。一般可通過兩種途徑實現(xiàn)節(jié)水：一是節(jié)流，減少新鮮水的需要量，盡量使用再生水，用最少的水取得最大的利益；二是水的再利用，包括循序使用和循環(huán)使用兩種方法。根據(jù)各用水點對水質(zhì)的要求，采取合理的流向，將對水質(zhì)要求高的用水系統(tǒng)的排水，作為對水質(zhì)要求低的用水系統(tǒng)的給水，做到一水多用、重復利用；廢水回收處理后再用，實現(xiàn)了廢水零排放。杜絕廢水排入水體，有益于環(huán)境保護。同時廢水治理復用應盡可能采取經(jīng)濟實用的處理方案。江西某2×1000 MW機組燃煤火力發(fā)電廠水系統(tǒng)的設計中，通過多種途徑、多種措施并用，取得了很好的節(jié)水效果。
1 工程概況
該電廠新建2×1000 MW超臨界一次再熱高效濕冷機組，同步考慮采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫，并預留脫硝裝置空間。電廠主要耗水系統(tǒng)包括循環(huán)水系統(tǒng)、主廠房輔機設備、輸煤除灰渣系統(tǒng)、原水預處理系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)等。
設計2臺機組年平均淡水耗水量2744m3/h，夏季頻率10%氣象條件下淡水耗水量3059m3/h，年總耗水量1529.5萬m3，夏季頻率10%氣象條件，單位裝機容量耗水指標≤0.66m3/（s·GW）[1]。水務管理要求污水均按“全部回收經(jīng)處理達標后復用”的原則設計，一水多用，提高重復利用率，減少廢水排放量，對循環(huán)使用、重復利用的水系統(tǒng)應進行水量平衡。
2 主要系統(tǒng)節(jié)水措施
2.1 循環(huán)水系統(tǒng)
該工程循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用帶雙曲線逆流式自然通風冷卻塔的擴大單元制再循環(huán)供水系統(tǒng)。工藝流程為中央循環(huán)水泵房→壓力供水管→凝汽器/開式冷卻水→壓力回水管→自然通風冷卻塔（蒸發(fā)損失，風吹損失，排污損失）→冷卻塔集水池→自流回水溝→中央循環(huán)水泵房。主要節(jié)水措施如下。
（1）通過循環(huán)水系統(tǒng)冷端優(yōu)化計算，合理確定機組循環(huán)水量和冷卻倍率，減少冷卻塔的損失，從而降低補給水用量。
（2）結(jié)合補給水源水量和水質(zhì)條件、空氣質(zhì)量、循環(huán)水處理工藝等綜合因素，該工程補給水水源采用加酸、加阻垢劑聯(lián)合處理，保證循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定不阻垢，將循環(huán)水的濃縮倍率提高到10倍。排污水全部作為廠區(qū)工業(yè)水水源，實現(xiàn)污廢水零排放。
（3）在冷卻塔中裝置收水器，以降低風吹損失。當采用聚氯乙稀雙波型除水器時，風吹損失率可由規(guī)范[2]建議的0.05%降低至0.001%。
（4）循環(huán)水泵電機和上部軸承冷卻采用泵出口壓力水，冷卻后直接回流至循環(huán)水泵進水前池回收利用。
此外，生產(chǎn)性用水水源可采用附近污水處理廠的再生水，進一步節(jié)約地表新鮮水。
2.2 主廠房輔機系統(tǒng)
主廠房輔機系統(tǒng)節(jié)水措施主要針對循環(huán)冷卻水、脫硫用水、凝結(jié)水處理、鍋爐排煙、主廠房潔凈回收采取的針對性措施：
（1）汽機房、鍋爐房、脫硫區(qū)域內(nèi)的多數(shù)設備冷卻采用閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，閉式循環(huán)除鹽水所帶走的熱量通過水水交換器，由開式冷卻水帶走，大大減少耗水量。
（2）脫硫用水包括工藝用水和冷卻用水，均由冷卻塔排水補給。脫硫工藝用水大部分消耗，可回收脫硫廢水零排放深度處理后的水用作冷卻塔補充水，4m3/h 脫硫廢水濃鹽水作為煙道噴淋用水。
（3）凝結(jié)水精處理系統(tǒng)配置前置過濾器，從而能在機組啟動階段，縮短沖洗時間，減少凝結(jié)水的排放。
（4）鍋爐排煙采用低溫靜電除塵器，輸煤系統(tǒng)除塵采用布袋除塵器，最大限度地減少沖洗用水。
（5）主廠房潔凈回收水，經(jīng)爐后回收水池回收至廢水區(qū)回用水池，與其他處理達標的工業(yè)廢水一起作為全廠集中回用水系統(tǒng)水源。
2.3 輸煤除灰渣用水系統(tǒng)
輸煤除灰渣用水、排水包括沖洗水系統(tǒng)、噴霧抑塵用水系統(tǒng)和煤場噴灑水系統(tǒng)。3個系統(tǒng)的節(jié)水措施：一是調(diào)濕灰用水對水質(zhì)要求不高，由處理達標的脫硫系統(tǒng)廢水提供，無法回收。二是沖洗和噴霧抑塵用水的排水將由輸煤構(gòu)筑物或煤場排水集中匯集至煤場附近的煤泥沉淀池，經(jīng)初步沉淀并升壓后送至旁邊含煤廢水處理設備集中處理，該設備采用加藥混凝、沉淀、過濾工藝，合格廢水作為煤場噴淋及輸煤構(gòu)筑物沖洗水源重復利用。
2.4 原水預處理系統(tǒng)
原水預處理站設反應沉淀池、空氣擦洗濾池、加藥間、加氯間、污泥調(diào)節(jié)池等。通過設計合理分析，盡量減少原水預處理站出力，從而降低工程投資和自用水消耗。具體措施：原水預處理站濾池反沖洗水排入反沖洗水調(diào)節(jié)池后，輸送至反應沉淀池作為補水，減少了原水的取水量。原水預處理站排泥采用濃縮脫水處理，通過離心脫水機，排泥水中的懸浮物被壓成泥餅，泥餅用車運至電廠灰場填埋。濃縮脫水后清水回到反應沉淀池重新處理。
3 廢水系統(tǒng)節(jié)水措施
3.1 廢水回用概況
該工程新建2 座2000 m3工業(yè)廢水貯存池作為調(diào)節(jié)水池。同時除脫硫廢水經(jīng)零排放深度處理后，作為冷卻塔補充水、含煤廢水直接回用至輸煤噴淋沖洗系統(tǒng)外，其余工業(yè)廢水，包括主廠房(機組槽)、化水車間、凈水站及廢水區(qū)排放并回收的各種達標工業(yè)廢水，均收集至回用水池，升壓后集中供水至各回用水用水點，包括脫硫系統(tǒng)工藝用水、輸煤系統(tǒng)補給水等用戶。該工程預計的部分工業(yè)廢水發(fā)生量見表1。
3.2 廢水處理工藝
表1中脫硫廢水單獨處理，含油廢水就地處理，反滲透濃水排水可直接回用，循環(huán)水排污水單獨設置一套處理系統(tǒng)進行處理回用，其他廢水收集到廢水集中處理裝置處理。
（1）脫硫廢水處理。脫硫廢水零排放處理系統(tǒng)分為預處理、深度處理和煙道蒸發(fā)3個部分。脫硫廢水深度處理系統(tǒng)主要是將預處理后脫硫廢水通過超濾、納濾、苦咸水反滲透、濃水反滲透等工藝進行分鹽及濃縮減量，反滲透產(chǎn)水含鹽量100~260 mg/L，可工業(yè)水系統(tǒng)回用，最終濃鹽水以約4 m3/h的流量送至煙道蒸發(fā)系統(tǒng)。
輔助蒸汽通過熱交換器將濃鹽水先加熱，再升壓后送入煙道蒸發(fā)系統(tǒng)，采用霧化噴嘴噴入低溫省煤器和電除塵器之間的煙道內(nèi)，使其瞬間霧化，可以避免煙道或電除塵器的腐蝕。相對于常規(guī)的廢水煙道蒸發(fā)方案，該方案最大的優(yōu)點：預先對濃鹽水加熱、升壓再噴入煙道，使?jié)恹}水在煙道中的停留時間更短，霧化效果更佳，對下游設備的影響更小。
（2）含油廢水處理。含油廢水就地處理完畢后，經(jīng)隔油池、過濾設施后，升壓回收至廢水回用水池。
（3）超濾反滲透系統(tǒng)。超濾反滲透系統(tǒng)的反滲透濃水懸浮物含量極低，含鹽量為原水的4倍，因此反滲透濃水可收集后作為冷卻塔補充水。
（4）經(jīng)常性廢水。除脫硫廢水外，經(jīng)常性廢水的處理分為4 類。其中含泥量為0.5%的廢水通過預處理設施排污，收集送至廢水處理系統(tǒng)的污泥濃縮池，底部排泥經(jīng)脫水機脫泥后，泥餅送廠外處置地處置；懸浮物含量高的廢水通過超濾反洗排水，經(jīng)回收水池收集后，送至預處理系統(tǒng)反應沉淀池進口，以減少原水的取水量；僅需調(diào)節(jié)pH的廢水，收集后送到廢水處理車間中和處理，調(diào)節(jié)pH到6～9后回用于對水質(zhì)要求不高的場合，如灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)；含鹽量較高的循環(huán)水排污水，其生物指標也高于原水，含有一定懸浮物等雜質(zhì)，可作為工業(yè)用水，用于沖洗、脫硫用水等。
（5）非經(jīng)常性廢水。這類廢水由鍋爐空氣預熱器清洗排水、鍋爐化學清洗排水、設備和場地雜排水等組成，不僅pH 不達標，且含有大量的懸浮物、重金屬離子（如鐵、銅等），有時COD 也超標，同時水量較大，可由專業(yè)單位收集外運后集中處理，不外排。
4 水量平衡設計及耗水指標
對該電廠各系統(tǒng)用水、排水要求及節(jié)約用水進行分析研究后，優(yōu)化工藝，采取一水多用、重復利用，廢水回收處理后再用等措施。水量平衡計算結(jié)果見表2。
根據(jù)表2 計算單位裝機容量耗水指標，可得該電廠年平均設計耗水指標0.371 m3/（s·GW），夏季頻率為10%氣象條件下設計耗水指標0.425 m3/（s·GW），低于《發(fā)電廠節(jié)水設計規(guī)程》（DL/T 5513-2016）所定的標準0.66 m3/（s·GW）。計算總的耗水量，相較于工程可行性研究階段，夏季最大淡水耗水量節(jié)約近800 m3/h，年總耗水量節(jié)約360萬m3。同時，包括冷卻塔排污水等污廢水無需外排，完全實現(xiàn)污廢水零排放。
5 結(jié)語
電廠是用水大戶，通過對各系統(tǒng)用水優(yōu)化設計，綜合平衡，采取了多種節(jié)水措施：一水多用、重復利用、回收再利用，能夠達到國內(nèi)先進的耗水指標，實現(xiàn)廢水零排放，極大地節(jié)約了地表水資源，滿足了電廠水務管理節(jié)約用水和減少外排的要求，在電廠建設中取得了良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，可為類似工程建設和水務管理提供參考。
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