火电厂水系统排水特点及水平衡优化

火电厂水系统排水特点及水平衡优化

随着《国家节约能源法》、《环境保护法》和《gb.t18916.1-2002年采水率的第一部分：火力发电》以及相应的水和排水收费政策（水资源费、排水费、超标费）的颁布，火电站的使用、排水量和水质应受到严格指标限制。从可持续发展的角度考虑,要达到这些目标,必须进行有效的节水工作。本文从各主要用水系统的排水特点进行分析,阐述水平衡优化的内容及关键。1污水和回用用水火力发电厂的水系统一般由生产和生活两部分组成。生产用水按用途和工艺流程主要分为除盐水、循环冷却水(循环水)、工业水、除灰渣和杂用水等系统;非生产用水通常主要包括厂区生活用水、绿化和消防用水。各用水系统的工艺流程和产生废水的水量、水质特点如下。1.1蒸发、循环水量、废水回收情况循环水系统是火电厂中用水量和排水量最大的系统。采用自然通风冷却塔的循环水系统因循环水在运行过程中不断浓缩,含盐量增加,为了维持系统盐量平衡,需要根据适当的浓缩倍率值进行连续或间断排污。循环水系统水损失途径为蒸发、风吹、泄漏和排污。其中,蒸发损失的水量是无法回收的;风吹损失可以通过安装捕水器减少,较好的可降至循环水量的0.5%;循环水排污量与浓缩倍率值有关,浓缩倍率越高,相应的排污量就越小。过高的浓缩倍率会增大凝汽器管结垢和腐蚀的风险,且循环水的处理费用也随之上升。所以,应根据原水水质、凝汽器管材、运行成本等因素确定合适的浓缩倍率。采用干除灰方式的火电厂循环水排污水约占全厂废水总量的70%左右,是全厂废水的主要来源。该废水属于高含盐量废水,有机物、悬浮物等也比较高,尤其是致垢的无机离子已经达到过饱和,水质不稳定,安定性差,具有强烈的结垢倾向。1.2工业排水回收至循环水系统工业水系统又称辅机冷却水系统,其通常的回收方法是:如果工业水水源采用新鲜水,则工业排水全部回收至循环水系统;如果工业水水源采用循环水,工业排水可回收至循环水系统或除灰渣系统;不便直接回收的无压冷却排水,如水泵轴封冷却水,排至工业排水系统。新建火电厂已将大部分工业水回收,工业水排水量较小,排水水质与其水源有关。1.3冲灰水的水质特点灰渣的处置方式有灰渣分除和灰渣混除两种,新建火电厂一般都采用前者。大部分火电厂采用水力除渣。除灰方式有水力和干法两种。如采用水力除灰,冲灰水的水质特点是盐分、悬浮物含量高,pH值可达11～12。除灰渣系统补充水主要由循环水排污水、捞渣机和碎渣机冷却水以及渣系统水泵轴封冷却水等组成。采用干法除灰方式的火电厂,由于消耗水量较少,除渣系统会产生一定的溢流水。溢流水水量受锅炉燃烧状况影响较大,其水质特点是悬浮物、含盐量都比较高。1.4碱再生废水、预处理设备和凝结水精处理再生废水除盐水系统产生的主要废水包括反渗透系统浓排水、酸碱再生废水、预处理设备反洗排泥水、少量锅炉排污水和凝结水精处理再生废水。除锅炉连续排污水外,其它排水特点是不连续、排水量较小、悬浮物和含盐量较高。1.5生活污水量、水质特点厂区生活用水主要来自厂区各建筑生活用水。生活污水量随时间、季节变化较大,水质特点是有机物、BOD、细菌的含量比较高,其它水质指标与生水接近,属低含盐量废水。1.6含煤废水的排放和处理火电厂杂用水主要包括脱硫工艺用水、输煤除尘用水、油库喷淋用水等。湿法烟气脱硫工艺用水包括制浆、反应、冲洗用水。由于烟气中的氯化物会溶解于脱硫吸收液中,引起脱硫效率降低,因而需从脱硫系统中排出一定量的废水。这部分废水水量较小且比较稳定,含盐量、悬浮物、重金属浓度都很高。为防止电厂输煤系统产生扬尘,需定时对输煤栈桥、转运站、煤仓间等部位进行冲洗,因而产生含煤废水。含煤废水排至煤水沉淀池,经简单处理后,再回用于输煤栈桥冲洗、煤场喷淋。含煤废水的水量不稳定,外观呈黑色、含有大量的煤粉等杂质。夏季油库油罐喷淋冷却水、燃油泵轴承冷却水、油区地面冲洗水、含油雨水等构成火电厂含油污水,这部分废水特点是夏季水量较大,冬季水量较小,水中含有少量漂浮油、分散油和浮化油。2水平衡优化技术水平衡优化的主要内容是对水资源和废水资源进行合理的利用和调配,增加水的梯级使用级数。一些电厂新鲜水资源分配不合理,如将新鲜水用来除灰渣,废水资源没有合理利用;许多火电厂虽然设置了工业废水、生活污水处理系统,但往往是将废水处理后排放而未使用。这些都是对新鲜水和废水资源的一种浪费。水平衡优化的主要内容是在水平衡试验的基础上,依据火电厂用水、排水系统的水量和水质,编制水平衡图,挖掘节水潜力,提出合理可行的节水方案。水平衡优化主要目标是在保证机组安全运行的同时,不断采用新技术、新工艺,通过技术改造来降低耗水量,提高废水回收利用率,减少排放水量,以降低单位发电量取水量。3水平衡优化的关键3.1除灰渣的补充水利用循环水系统和除灰渣系统是两个最大的用水系统,也是对全厂水平衡起决定性影响的系统。水平衡优化应从以下方面入手。(1)提高循环水浓缩倍率,减少循环水排污水量。(2)尽量使用高含盐量废水作为除灰渣系统的补充水,省下低含盐量废水回用于其它水质要求高的系统,这样废水回用成本较低。(3)通过技术经济分析,尽量使用浓灰浆输送系统,在提高灰水比的情况下,使除灰渣系统的耗水量与循环水排污水等高含盐量废水的产生量相匹配。要实现这一点,需要结合每个电厂的实际情况,综合考虑原水水质、凝汽器管材、产灰量、灰浆泵型式等多个因素来确定循环水浓缩倍率和灰水比。3.2循环水系统曾对多家采用干除灰方式火电厂进行过水平衡试验,结果表明外排水量较大的是循环水系统。由于除灰方式采用干除灰,灰渣系统的用水量相对很小,即使将循环水浓缩倍率控制在较高水平,循环水排放量仍然较大。此类电厂水平衡优化的关键是合理利用循环水排污水,提高废水回收利用率。3.3废水处理回用方案比选为了减少废水回用过程中的处理成本,应根据废水水量和水质综合分析,确定合理经济的回用方案。火电厂废水回用的难度在于废水种类多,水量、水质差异大,对不同回用目标的水质要求也完全不同,因此,宜采用分类处理、分类回用的方式。根据火电厂各工艺系统产生的废水水质大体可分为高含盐量和低含盐量两类。3.3.1生活污水安全回用低含盐量废水主要包括生活污水、含油污水、预处理设备反洗水、锅炉排污水等。目前,许多电厂(尤其是近期在北方新建的许多火电厂)都已将深度处理后的生活污水用作循环冷却系统的补充水,但生活污水安全地回用于电厂循环水系统重点要解决NH3-N和生物粘泥对循环水系统的影响。对此,以曝气生物滤池为代表的生物膜法生活污水处理工艺具有抗冲击负荷能力强的特点,出水水质能够满足电厂循环水补水水质要求,已逐渐推广开来。经过简单的混凝澄清处理后的预处理设备反洗水及锅炉排污水可直接回用于循环水系统。3.3.2反渗透ro高含盐量废水主要包括循环冷却排污水、渣系统溢流水、煤泥废水、化学再生废水、烟气脱硫废水等。在各种高含盐量废水中,循环水系统的排污水量最大,占全厂废水总量的70%以上(具体根据循环水浓缩倍率)。要想回用这部分废水(不包括作为除灰渣系统的补充水),必须对其进行旁流弱酸软化处理或反渗透脱盐处理。循环水经旁流弱酸软化处理后,大部分悬浮物、碳酸盐硬度可被除去,产水可直接补入冷却塔水池;过滤器和弱酸阳床的反洗或再生水经过沉淀澄清处理后可作为烟气脱硫工艺用水或输煤除尘用水。反渗透产水含盐量较低,可以作为循环水系统和化学锅炉补给水处理系统的补充水;反渗透浓水可以用于对水质要求很低的末端消耗水系统,如烟气脱硫工艺用水、渣系统炉底密封冷却水、输煤除尘等。循环水旁流弱酸软化处理系统与反渗透脱盐处理系统比较:前者的优点是固定投资相对较低,缺点是只去除了循环水中的碳酸盐硬度、再生消耗酸需设置复杂的酸再生设施、占地面积大、产生易析出硫酸钙等难溶物质的再生废水;反渗透脱盐处理系统的优点是基本将循环水中的盐量全部脱除,可较大改善循环水水质,占地面积较小,缺点是固定投资相对较高。渣系统溢流水、煤泥废水经过混凝澄清处理后可回用至原用水系统,达到循环利用。末端废水即经过多级工艺梯级使用后产生的废水,如烟气脱硫废水,很难再利用,其大多数指标已超过排放标准,直接排放对水体环境破坏极大,需要进一步处理,以实现废水零排放。所谓零排放并不是绝对不向周围环境排放任何形式的水,而是指电厂不向地面水域排放废水,所有离开电厂的水都是以湿气的形式蒸发到大气,或少量包含在灰和渣中。采用干除灰的电厂,灰渣系统消耗废水量少,因而较难实现真正意义的零排放。如果干除灰电厂要实现零排放,末端废水的固化成本很高,需要设置盐浓缩器(蒸发浓缩器)。盐浓缩器能将95%的高含盐废水转变为纯水循环利用,剩余的5%则成为浓缩盐泥浆,输送到盐结晶器进行进一步脱水,生成的固态废物供回收或处置。由于盐浓缩器、盐结晶器投资和运行费用很高,目前国内火电厂尚未应用。4评估供电站的水流量的主要指标4.1设计阶段的确定火力发电厂取水量定额指标分别见表1和表2。装机取水量是按照火电厂总装机容量所确定的最大取水量,其作为设计阶段申请取水量的依据。单位发电量取水量是根据一段时间内的发电量和发电取水量计算而来,其值受地域、季节、发电负荷等多个因素的影响。单位发电量取水量为生产工业用水量和厂区生活用水量之和,它是衡量火电厂生产过程中取水量多少的重要指标,较以往使用的发电水耗更为科学、直观。4.2重复利用率指标在一定时间内,生产过程中所有重复利用的水量占全厂总用水量的百分数即重复利用率,该指标反应了火电厂生产过程用水的合理性。对于采用自然通风冷却塔冷却的火电厂,由于循环水量很大,各电厂重复利用率计算值差别较小,一般都大于95%,因而很难反应每个电厂实际的用水水平。4.3电厂可回用的废水率排放水率是指火电厂在生产过程中向厂外排出水量占总取水量的比率。排放水率越高,说明电厂可回用的废水潜力越大。对于采用水力除灰方式的火电厂,循环水排污水、工业废水甚至厂区生活污水均可作为除灰渣系统的补充水,但冲灰水量不计入厂外排水,因而所得排放水率计算值很小。此种计算方法值得商榷。4.4回收废水总量废水回用是指火电厂在生产过程中产生的废水、污水经处理后,其水质在满足生产工艺流程要求的条件下被回收循环使用。回收废水总量占电厂产生废水总量的比率称为废水回用率。火电厂中废水是指在生产过程中各用水系统排出的水,如锅炉排污水、循环水排污水;采用生水冷却的辅机设备排水则不应定义为废水。4.5提高灰水比的方法灰水比即灰水中干灰与冲灰水的重量比。许多采用水力除灰方式的火电厂灰场灰水因蒸发、渗漏,回收率很低。因而作为火电厂梯级用水的最后一级,灰水比能否有效降低是降低单位发电量取水量的关键之一。灰水比值宜采用水量测定与统计计算相结合的方法得出。先由生产报表统计的发电量、灰分、煤耗等指标计算出干灰量,然后减去综合利用的干灰量,即得到灰浆中灰的总量,通过测量冲灰水量,即可得到灰水比。此方法可避免以往灰浆泵前池采样受机组负荷、取样位置等多个因素影响而产生的误差。5水处理系统水质指标需要注意的是,火力发电厂采