發(fā)電廠節(jié)水及廢水綜合利用改造實例
針對淄博某發(fā)電廠現(xiàn)場存在的耗水量大、廢水排放不達標(biāo),、廢水綜合利用不徹底等問題,，對水平衡優(yōu)化后，通過全廠采用高效節(jié)水措施和廢水綜合利用工藝,，實現(xiàn)廢水的階梯利用,、分類處理,、分質(zhì)回用；從而保證全廠節(jié)水及廢水的綜合利用,，最終實現(xiàn)廢水零排放,。
火電廠作為工業(yè)用水和排水大戶，如何在安全生產(chǎn)的前提下,，充分利用現(xiàn)有水資源,、實現(xiàn)節(jié)水減排和廢水綜合利用，已成為我國火電廠面臨的緊迫任務(wù),。本研究結(jié)合淄博某電廠全廠節(jié)水及廢水綜合利用改造項目實例,，分析了火力發(fā)電廠節(jié)水措施和廢水綜合利用工藝在具體工程實踐中的應(yīng)用，為火力發(fā)電廠節(jié)水及廢水綜合利用研究提供了一定的參考,。
01 改造前全廠節(jié)水及廢水綜合利用狀況分析
1 改造前電廠取排水情況
淄博某電廠補給水水源全部來自大武水源地地下水,。按用途和工藝流程分類，全廠取水用水主要由7個分系統(tǒng)組成,，分別是循環(huán)水系統(tǒng),、化學(xué)除鹽水系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng),、脫硫水系統(tǒng),、除渣及輸煤水系統(tǒng)、生活及消防水系統(tǒng)及其他系統(tǒng)（辦公樓制冷站冷卻水）,。所產(chǎn)生的污廢水主要有循環(huán)水排污水,、脫硫廢水、含煤廢水,、渣溢流水,、工業(yè)廢水、生活污水,、酸堿再生廢水,、反滲透濃水、設(shè)備反洗水等,。
目前電廠取排水存在以下問題,。
（1）取水、排水超過定額限制要求,，排水水質(zhì)超標(biāo),。目前，電廠取水量和排水量分別為1 458 m3/h和240 m3/h,，均超過取排水定額所規(guī)定的要求,。電廠外排廢水水質(zhì)需同時滿足《山東省小清河流域水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 37/656-2006）重點保護區(qū)域類標(biāo)準(zhǔn)及其修改單的要求，即含鹽質(zhì)量濃度、COD,、BOD5,、氨氮、總氮,、總磷分別不大于1 600,、50、10,、5,、15、0.5 mg/L,，而電廠目前化學(xué)廢水,、循環(huán)水排污水、渣水,、煤水和生活污水外排,，其含鹽質(zhì)量濃度超過排放限值1 600 mg/L的要求，無法實現(xiàn)達標(biāo)排放,。
（2）水源水質(zhì)堿度高,，循環(huán)水濃縮倍率低。循環(huán)水補充水使用大武水源地地下水,，堿度為190~200mg/L（CaCO3計）,，硬度約375 ~400 mg/L（CaCO3計）。地下水堿度,、硬度均較高,，直接補入冷卻塔，限制了濃縮倍率的提高,，導(dǎo)致循環(huán)水補充水和排污水的水量變大,，使電廠總?cè)∷⑴潘^定額限制要求,。
（3）除渣技術(shù)落后,。濕除渣沒有設(shè)置渣水冷卻熱交換系統(tǒng),，需補充大量的冷卻水來降低渣水溫度,，從而滿足爐底密封水要求，使渣溢流水量大,，水質(zhì)難以滿足排放要求,。
（4）含煤廢水收集、處理不徹底,。二期煤場含煤廢水收集不完全,，部分煤水通過雨水井外排；三期煤場煤水轉(zhuǎn)運站污水池體積小,，滿足不了大量含煤廢水沉淀的需求,。二,、三期收集的煤水僅進行簡單沉淀，不能滿足回用要求,，煤水外排存在環(huán)保風(fēng)險,。
（5）化學(xué)廢水未進行分類回收、分質(zhì)回用,。目前化學(xué)除鹽水系統(tǒng)過濾設(shè)備反洗水,、反滲透濃水、陽陰混床再生水及化學(xué)取樣水,、鍋爐排污水,、精處理再生水統(tǒng)一收集到工業(yè)廢水處理系統(tǒng)處理后達標(biāo)排放，沒有進行化學(xué)廢水分類回收,、分質(zhì)回用,。
（6）脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)備老化嚴重。電廠原有的脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)備損壞,、腐蝕嚴重,，無法正常恢復(fù)使用,，出水水質(zhì)懸浮物高,，感觀差。
2改造前全廠水平衡
水平衡試驗是做好電廠節(jié)水工作,、實現(xiàn)合理用水,、科學(xué)管理的基礎(chǔ)。通過試驗,，可以掌握電廠用水現(xiàn)狀和各水系統(tǒng)用水量之間的定量關(guān)系,，把握節(jié)水工作的重點，找出節(jié)水潛力,，制定切實可行的用水,、節(jié)水規(guī)劃方案。所有試驗的數(shù)據(jù)最終匯總成全廠水平衡圖,，可以直觀地體現(xiàn)全廠耗水及排污實際情況,。對于建立和完善全廠用水檔案、實現(xiàn)全程用水分析及提高水的循環(huán)利用率均有切實可行的意義,。
電廠在改造前對全廠水平衡進行了重新測量,，最終形成改造前實測水平衡圖，結(jié)果見圖1,。
由圖1可知,，改造前全廠水平衡存在以下問題。
（1）循環(huán)水濃縮倍率較低，改造前其控制數(shù)值為4.0,，循環(huán)水耗水量為1 146 m3/h,，循環(huán)水排污量為256 m3/h，均比較大,。
（2）輸煤,、除渣系統(tǒng)耗水量異常。由于采用濕除渣系統(tǒng),，且沒有設(shè)置渣水冷卻熱交換系統(tǒng),，造成冷卻水補水量和排水量非常大。同時由于全廠含煤廢水處理系統(tǒng)流程簡單,、設(shè)備老化,，造成含煤廢水無法回收利用。
（3）化學(xué)除鹽水系統(tǒng)廢水未實現(xiàn)分質(zhì)回收,。除鹽水系統(tǒng)中各類廢水,、凝結(jié)水精處理廢水及鍋爐排污的除鹽水改造之前均混合排放，未實現(xiàn)回用,。
（4）生活污水未實現(xiàn)回用,，僅收集后排放，造成一定水資源浪費,。
02 節(jié)水及廢水綜合利用改造項目的實施
1 節(jié)水及廢水綜合利用改造原則的確定
全廠水平衡是節(jié)水和廢水綜合利用改造的基礎(chǔ),，針對水平衡反映出的問題，該電廠全廠節(jié)水及廢水綜合利用原則確定為：提高循環(huán)水濃縮倍率,，改造煤水/除渣設(shè)施,，減少系統(tǒng)水耗，對工業(yè)廢水分類回收,、分質(zhì)處理,，實現(xiàn)階梯用水，實現(xiàn)全廠廢水達標(biāo)排放,，最終實現(xiàn)廢水零排放,。
2 提高循環(huán)水濃縮倍率
（1）濃縮倍率的確定
影響濃縮倍率的主要因素為循環(huán)水中碳酸鹽堿度、硬度,、懸浮物,、Cl-含量和凝汽器材質(zhì)等。濃縮后的循環(huán)水中各離子含量應(yīng)遵循的規(guī)定數(shù)值見表1,。
原水水質(zhì)中主要離子質(zhì)量濃度見表2,。
由于該電廠凝汽器管材采用S31603不銹鋼,，能耐1 000 mg/L的Cl-,，故根據(jù)原水水質(zhì)并結(jié)合表1數(shù)值，理論上該電廠循環(huán)水濃縮倍率可以達到8~10。
同時該電廠委托西安熱工院對水源水質(zhì)濃縮倍率的提高進行了緩釋,、阻垢試驗和凝汽器管材耐腐蝕試驗,，結(jié)果表明，不同藥劑條件下濃縮倍率均可達到9.5以上,，但考慮加藥成本和實際應(yīng)用情況,，應(yīng)用系數(shù)取0.8，確定循環(huán)水濃縮倍率取值應(yīng)不高于7.6,。
經(jīng)過二次水平衡后,，改造后本工程濃縮倍率最終確定為7.26，高濃縮倍率運行后,，Cl-＜425 mg/L,，SO42-< 725 mg/L，完全可以作為下游脫硫,、輸煤,、除渣系統(tǒng)的工藝用水消耗，不需外排廢水,。
（2）新建原水預(yù)處理系統(tǒng)
根據(jù)該電廠水質(zhì)分析可知其鈣鎂硬度,、碳酸鹽堿度均較高，且未經(jīng)任何處理直接補到冷卻塔,，限制了循環(huán)水濃縮倍率的提高,，為實現(xiàn)高濃縮倍率運行，需將原水堿度控制在50 mg/L（CaCO3計）以內(nèi),，故新建1套原水預(yù)處理系統(tǒng),，用于去除硬度和堿度。
循環(huán)水補水除硬度,、堿度等致垢性離子的技術(shù)有石灰處理技術(shù)和離子交換技術(shù)等,。相對于離子交換技術(shù)，由于石灰處理技術(shù)不僅去除硬度,、堿度,，同時可以去除懸浮物和有機物等雜質(zhì)，減少化學(xué)藥劑的消耗成本,，且能實現(xiàn)自用水回用,，不進一步產(chǎn)生額外廢水，本工程原水預(yù)處理系統(tǒng)采用“石灰軟化-過濾器”工藝,，出水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng),、化學(xué)水處理系統(tǒng)的補水及工業(yè)水，工藝流程：補充水→原水池→原水泵→石灰軟化反應(yīng)池→澄清水池→提升水泵→孔隙調(diào)節(jié)型纖維過濾器→清水池→清水泵→循環(huán)冷卻水系統(tǒng),、化學(xué)水處理系統(tǒng)的補水及工業(yè)水,。結(jié)合全廠水平衡,，并考慮一定裕量，原水預(yù)處理系統(tǒng)出力按2×650 m3/h考慮,。
系統(tǒng)出水水質(zhì)為暫時硬度＜50 mg/L（CaCO3計）,，pH為6.8~8.5，懸浮物＜2 mg/L,。
由于原水預(yù)處理系統(tǒng)排泥主要物質(zhì)為CaCO3沉淀,，相對于脫硫所需的石灰石總量，其占比很小,，對脫硫效率和石膏品質(zhì)影響很小,，并且在多個電廠已經(jīng)成功運行，故原水預(yù)處理排泥直接用于脫硫劑,，輸送至脫硫系統(tǒng)回用,，一方面減少了脫硫系統(tǒng)石灰石的耗量；另一方面取消了原水預(yù)處理污泥處理設(shè)施,，節(jié)約投資達300萬元,。
（3）循環(huán)水旁流處理
根據(jù)總體改造方案，為保證循環(huán)水清潔度,，維持高濃縮倍率運行,，循環(huán)水懸浮物應(yīng)控制在100 mg/L之內(nèi)，需建設(shè)旁流過濾系統(tǒng),，旁流處理量按照循環(huán)量的1.5%考慮,，設(shè)置1 200 m³/h的旁流處理設(shè)施。旁流處理管道從冷卻塔原有循環(huán)水管道接出,，循環(huán)水經(jīng)提升泵通過過濾器（4×400 m³/h，3運1備）去除懸浮物及微小雜質(zhì),，出水再返回到循環(huán)水系統(tǒng),。過濾器反洗系統(tǒng)與原水預(yù)處理設(shè)施共用,。設(shè)置1套過濾器反洗排水回收及轉(zhuǎn)移系統(tǒng),，包含回收水池,、回收水泵，與原水預(yù)處理系統(tǒng)共用,。反洗排水回收至原水預(yù)處理系統(tǒng)原水池,，從而達到節(jié)約廢水排放和減少取水的目的。
3 含煤廢水,、除渣系統(tǒng)改造
（1）含煤廢水系統(tǒng)改造。經(jīng)過梳理老廠煤水系統(tǒng)現(xiàn)狀,，重新核算含煤雨水容量，對二,、三期煤場煤水收集系統(tǒng)進行完善,，設(shè)置煤場雨水收集池，對二期和三期煤場煤水沉淀池進行改造,，并新建煤水深度處理設(shè)施,，處理工藝選擇預(yù)沉池+電絮凝,，處理水量為30 m3/h,，確保不再取用消防用水，實現(xiàn)煤水系統(tǒng)閉路循環(huán),，達到輸煤系統(tǒng)廢水零排放。
（2）渣系統(tǒng)零溢流改造,。該電廠改造前濕式除渣系統(tǒng)沒有設(shè)置渣水冷卻熱交換系統(tǒng)，需補充大量冷卻水,，降低渣水溫度，滿足爐底密封水要求，造成渣溢流水量大,，不能滿足排放要求,。本次改造,，將渣水循環(huán)系統(tǒng)改造升級為零溢流槽體內(nèi)閉式冷卻循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)渣系統(tǒng)零溢流,。零溢流槽體內(nèi)閉式冷卻系統(tǒng)布置于撈渣機及渣水系統(tǒng)內(nèi),。渣井固定補水系統(tǒng)加設(shè)流量計和截止閥，以控制渣井進水量,，采用PLC實現(xiàn)閉環(huán)控制,。為防止灰渣對換熱器的沖擊,，每套換熱器均設(shè)置防護罩。
4 工業(yè)廢水
工業(yè)廢水主要為鍋爐補給水處理系統(tǒng)排水,，包括過濾器反洗水、反滲透濃水,、再生廢水和化學(xué)取樣及鍋爐排污排水,，此部分廢水原設(shè)計為統(tǒng)一收集后排放，造成水資源浪費,。通過改造,，將以上各類廢水進行分類收集、分質(zhì)回用,，全部實現(xiàn)綜合利用,。
（1）過濾單元反洗水的回收利用。此部分廢水主要為鍋爐補給水處理系統(tǒng)超濾和過濾器反洗排水,，除懸浮物高外,，離子含鹽量與原水水質(zhì)無差別，經(jīng)過收集后,，返回至原水預(yù)處理系統(tǒng),。
（2）反滲透濃水。此部分廢水懸浮物和有機物含量很低,，含鹽量較高,，根據(jù)原水水質(zhì)，反滲透濃水中Cl-< 250 mg/L,，SO42-< 400 mg/L,，滿足脫硫工藝水要求,，故收集后用于脫硫工藝水。
（3）再生廢水。再生廢水主要為鍋爐補給水和凝結(jié)水精處理系統(tǒng)酸堿再生廢水。再生廢水的排放是分段進行的,，樹脂輸送,、清洗、分離,、混合步序以及陰/陽樹脂正洗后期步序時,，其排水為低鹽廢水；陰/陽樹脂進酸/堿、置換以及陰/陽樹脂前期正洗步序時,，其排水為高鹽廢水；低含鹽部分預(yù)計占再生廢水總量的60%~70%左右,，因此有必要進行回收,。
為達到分段收集再生廢水的目的,，在各再生廢水排水母管上設(shè)置在線電導(dǎo)率儀表,，并將排水母管通過三通分為兩路：一路用于收集低含鹽廢水,；一路用于收集高含鹽廢水。低鹽廢水作為全廠原水補入原水預(yù)處理系統(tǒng)，高鹽廢水與脫硫廢水排至灰場噴淋。
（4）化學(xué)取樣及鍋爐排污水。機組正常運行時,，化學(xué)取樣及鍋爐排污水水質(zhì)雖比除鹽水水質(zhì)差,，但遠好于水源水質(zhì),，若此部分廢水均外排，將造成較大浪費,，本改造工程將此部分廢水收集,，作為原水補充水。
5 生活污水
該廠雖有生活污水處理裝置,，但由于工藝落后及設(shè)備老化,，產(chǎn)水不達標(biāo)，本階段對生活污水進行改造,，采用集中式生活污水處理裝置,，產(chǎn)品水用作循環(huán)水補充水。
6 末端高鹽廢水
本工程末端高鹽廢水主要為脫硫廢水和再生高鹽廢水,，由于脫硫工藝水采用高濃縮后的循環(huán)水,，為保證脫硫效果，脫硫廢水量增加2 m3/h達到15 m3/h，考慮到2 m3/h的再生高鹽廢水,，本工程末端高鹽廢水量共計為17 m3/h,。由于其含鹽質(zhì)量濃度達到40 000 mg/L以上，廠內(nèi)無法回用,；經(jīng)過脫硫廢水處理站對懸浮物,、重金屬、F-及COD等污染物去除后,，本階段用作灰場防塵噴淋,，同時預(yù)留膜濃縮+結(jié)晶蒸發(fā)工藝場地，遠期實現(xiàn)廢水零排放,。
03 改造后全廠水平衡
經(jīng)過節(jié)水及廢水綜合利用改造后水平衡見圖2,。
由圖2可知，相比于改造前,，全廠取水節(jié)約288 m³/h,，排水減少223 m³/h，除17 m³/h高鹽廢水外,，全部廢水實現(xiàn)了回用,，同時為下一階段廢水零排放的實施創(chuàng)造了良好的條件。改造后各系統(tǒng)節(jié)水情況見表3,。
04 結(jié) 論
發(fā)電廠節(jié)水及廢水利用是一項綜合工程,，重點在于水平衡的優(yōu)化，通過控制好循環(huán)水濃縮倍率和廢水階梯利用,、分類處理,、分質(zhì)回用,，從而實現(xiàn)節(jié)水及廢水綜合利用,。改造后的該電廠可實現(xiàn)全年節(jié)水約153萬m³，減少廢水排放112萬m³,，水價為2.7元/m³,，節(jié)省取水費用約413萬元，實現(xiàn)了一定的社會和經(jīng)濟效益,。
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