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火电厂水资源合理利用武汉大学环境工程系2008年4月21、火电工业与水环境火电厂的用水与排水我国严重缺水，面临水荒人均占有的水资源只有世界水平的1/4，且人均占水资源量有呈下降趋势；2002年，水资源总量为2.8万亿立方米，人均2200立方米；2004年，水资源总量为2.4万亿立方米，人均1856立方米。总人口再增加，水污染在加剧，人均拥有水资源量还会下降：2010年、2020年和2033年总人口分别达到13.7亿、14.6亿，15亿左右，而水资源分布不平衡，黄河流域及以北地区人均占有水资源只是长江流域及以南地区的1/4；600多个城市中，400多个城市缺水，比较严重的缺水城市110个，缺水总量为610亿立方米。火电厂的用水、排水与水环境装机1000MW需用水1m3/s，每年7000小时需新鲜水0.27亿立方米水，相当于一个30～50万人口的城市的生活用水量；70%以上煤炭分布在黄河流域及以北地区，黄河水系有一百多个大型火电厂，小型火电厂不计其数。黄河的年径流量574亿立方米；火电厂的排水携带电力生产废弃物进入水环境：热、无机离子、油等等。31、火电工业与水环境火电厂用水排水的环境效应热污染：60～65%的煤燃烧热量通过冷却水携带排出，直流冷却水系统直接进入水环境，闭路循环冷却水和空冷系统则进入大气。环境效应：水体特征与水生物生态变化，影响局部大气环境的温度、湿度和空气质量；有机磷污染：循环冷却水的有机磷水质稳定剂，其归宿就是水环境；化学污染：灰渣中可溶成份在水力除灰过程中溶出，酸洗药剂等化学污染物进入水环境。火电厂用水、排水处理技术的发展汽水系统补给水：软化-离子交换除盐-双膜法除盐-EDI；循环冷却水：石灰旁路处理软化除碱-旁路过滤除悬浮物-弱酸软化除碱处理-双膜法除盐处理；聚磷酸盐水质稳定剂处理-有机磷水质稳定剂处理-无磷有机水质稳定剂处理-成膜剂处理；废水处理：离子交换树脂再生废液酸碱中和处理；冲灰废水的除F、除As处理，闭路循环的水质稳定处理；清洗废液的中和、沉淀、吸附和焚烧处理，EDTE的回收处理；火电厂的减排与节能：采用节水工艺，减少新鲜水取用量；减少循环冷却水系统的有机磷是用粮；回收使用循环冷却系统的热量。42.火电厂用水系统及其节水途径火电厂用水分类汽水系统补给水：锅炉蒸发量的0.6～2%。少数电厂5%，甚至8%；循环冷却水：汽水系统冷端蒸汽冷却用水，占全厂生产耗水量的70%；除灰（渣）用水：用水把从烟气中收集的灰和从锅炉排出的渣冲到灰场；其他用水：包括除凝汽器以外的主机和辅机所用表面式冷却器的冷却用水，如引、送、排、磨等转动机械轴承冷却水、空调用水、电厂生活用水、输煤系统降尘冲洗用水、采暖系统耗水、绿化用水等。火电厂节水相关规定建设部在1984年颁布了《工业用水定额》；原能源部于1988年颁发的《火力发电工程设计的基本要求和若干技术政策》；采用循环冷却方式的大型火力发电厂，装机耗水率不大于1m3/（s.GW）；采用循环冷却系统的大型火力发电厂20世纪80年代平均耗水率指标为1.42~1.56立方米/（秒.百万千瓦）；20世纪90年代新建的30万千瓦级与60万千瓦级大型火电机组（采用循环冷却）的装机耗水率平均达到0.915立方米/（秒.百万千瓦）。《火力发电工程设计的基本要求和若干技术政策》、《火力发电厂设计技术规程》、《火力发电厂水平衡导则》。52.火电厂用水系统及其节水途径汽水系统的水量损失锅炉排污：除盐水带入杂质；炉内水处理加入药品；汽水系统腐蚀产物；漏汽损失：管道和阀门泄漏；汽轮机高中压转子轴承；其他用汽：锅炉蒸汽吹灰器；加热、取暖用汽；锅炉补水率：中小型机组是锅炉额定蒸发量的2%；大型机组为锅炉额定蒸发量的6‰：600MW机组蒸发量2000吨/h，补水约为12吨/h；减少补水率的措施：提高除盐水水质；改进炉内水质处理工艺——平衡磷酸盐处理工艺；密封汽水系统；使用声波吹灰器。62.火电厂用水系统及其节水途径循环冷却水系统的水量损耗：蒸发损失：P1=0.17x△T×100%，夏天x取值1.0，冬天x取值0.5，春秋x取值0.75；风吹损失：P2=0.1%；排污损失：PB=ψP1/（ψ-1），P3=PB－P1－P2=P1/(ψ-1)－P2；当△T=10℃，x=1.0，P1=1.7%，ψ=3，则PB=2.55%。减少循环冷却水系统的水量损耗的措施：采用空冷机组间接空冷：蒸汽还是用水冷却，被加热后的冷却水送到大型空冷塔中经散热片降温后重复使用；直接空冷：利用空气直接冷却汽轮机的低压蒸汽，没有凝汽器，也没有冷却塔，靠大型风机冷却散热器中的蒸汽。提高浓缩倍率：PB=ψP1/（ψ-1）提高水质稳定剂的性能；弱酸离子交换处理或投加硫酸；排污水脱盐处理后回收利用；减少风吹损失：在冷却塔中安装收水器。72.火电厂用水系统及其节水途径水力除灰渣系统：水力冲灰系统：用水把从烟气中收集的灰冲到灰场，灰：水=1：2～30；水力除渣系统：用水把从锅炉排出的渣送入冲灰系统或渣水分离装置。三河电厂，丰镇电厂等；节水途径：降低湿除灰系统的灰水比；采用干除灰系统：除尘设备收集下来的飞灰是很好的建筑材料，直接利用或送到灰场堆放；采用干除渣系统：高温炉渣直接落在渣排上，依靠炉膛负压把空气吸入来冷却炉渣，同时回收炉渣中的热量。炉渣同样也是很好的建筑材料。82.火电厂用水系统及其节水途径其他用水及其节水方式辅助设备的冷却用水：除汽轮机凝汽器冷却水之外的所有冷却用水，如油冷却用水，发电机内冷水，风机水泵的冷却水等等，采用间接空冷；煤场喷洒用水：露天煤场喷水压尘。密闭煤场和输送带；生活用水：水量很小。处理之后用于绿化；脱硫用水：这部分水主要是蒸发损失和排污损失。干法脱硫；绿化用水：少占地，少绿地。按1m3/(s·GW)计算，100万千瓦机组年耗水3150多万吨，按年运行7000小时计算，需水量4500m3/h。目前的600MW空冷机组，蒸发量2000T/h，汽水系统补给水率0.06%，补水量12T/h，其他用水200T/h，总用水约为设计水量的5%。9103.火电厂用水系统污染物减排技术表面处理型水质稳定剂传统水质稳定剂的作用机理改变冷却水的水质，使成垢物质不析出或析出时不沉积于系统内壁；富集或吸附于系统金属内壁表面，起金属缓蚀作用；接触并渗入微生物体内，干扰活阻止微生物代谢过程，其杀生作用。表面处理型水质稳定剂的技术原理传统水质稳定剂称为“水处理品”，因其改变化冷却水的某些特性来达成希望的阻垢、缓蚀和杀生效果；表面处理型水质稳定剂集阻垢、缓蚀和杀生等功能于一身，不需改变冷却水水质特性，「水」仅是一种运输工具，将药剂运送到冷却水系统设备的各个部位,吸附于设备表面，形成保护膜；表面处理型水质稳定剂形成的保护膜的作用：阻止成垢物质附着于系统设备表面，达到足够的目的；阻止冷却水与系统设备表面的传质过程，腐蚀性物质不能到达系统设备表面，达到阻止腐蚀的目的；阻止冷却水中的微生物附着于系统设备表面，系统设备表面不会形成粘泥，在维持系统设备高效的传热性能，同时阻止了微生物粘泥导致的垢下腐蚀。113.火电厂用水系统污染物减排技术表面处理型水质稳定剂表面处理型水质稳定剂的技术特征腐蚀抑制性能防护膜能降低金属表面开放电位50-200毫伏特；阻止在系统设备表面形成结瘤和生物膜，防止造成缝隙腐蚀；在系统表面形成保护膜层来防止生物性腐蚀；防止因水中含有氯盐而在碳钢和不锈钢表面形成点蚀；保护铜合金在低pH介质中的腐蚀。污垢分散性性能能快速分散积垢和粘泥，在处理开始的一星期内即获得明显效果，甚至顽固的沉积物在1～2个月内也能见效；实验室试验确证对生物膜的分散性能；现场使用证明，微生物粘泥和藻类在设备表面上的瘤锈能在6个月之内消失。123.火电厂用水系统污染物减排技术表面处理型水质稳定剂表面处理型水质稳定剂的安全特征生物毒性：属不燃、无毒、不挥发的产品；对哺乳动物毒性极低，浓度50mg/l溶液中，鲤鱼胚胎培养8天没有发现任何变异；鱼类的7天LC50高于原始加入量。生物分解性：在19℃的河水中，悬浮产品的半衰期是22小时，加以曝气则降至6小时直流式冷却系统是在靠近入口处注入添加剂量，大部份产品粘留在系统内或在其排水口时已被分解，每天10-60分钟2-5mg/l的通常剂量，出口浓度一般低于注入浓度的一半，在许多情况下排水出口处未能检出残余量。环境污染特征：含磷小于0.02%（水质稳定剂标准规定含磷6.8%，实际含磷10～25%）；含氮小于0.3%（投加量5～10mg/L，其含氮量远远小于冷却水中的含氮量）。133.火电厂用水系统污染物减排技术表面处理型水质稳定剂表面处理型水质稳定剂的使用效果实验室试验1、空白2、传统水质稳定剂3、表面处理型水质稳定剂14153.火电厂用水系统污染物减排技术炉内平衡磷酸盐处理技术平衡磷酸盐处理技术磷是导致环境水体富营养化的关键要素，太湖、巢湖、滇池和汉江的水污染事件均与磷有关；目前采用的低磷酸盐处理工艺的磷酸盐浓度为0.5～10.0mg/L，远高于平衡磷酸盐处理技术的0.1～0.3mg/L，多投加的磷酸盐不但最终进入环境水体产生污染，且容易产生磷酸盐暂时消失现象而导致受热面腐蚀；采用全挥发处理工艺存在炉水硬度超标、炉水pH值低或加氨量大导致精处理混床运行周期短，药品消耗量大，且炉水pH值低或加氨量大会导致系统腐蚀和炉水铜铁不合格；平衡磷酸盐处理工艺采用降低磷酸盐加药浓度来防止磷酸盐暂时消失现象，并投加NaOH调节炉水pH值，降低加氨量，减少精处理压力，同时减少铜管氨腐蚀，减少水汽系统因炉水pH值难于控制导致系统设备表面的磁性氧化铁保护膜破坏引起的金属腐蚀。163.火电厂用水系统污染物减排技术炉内平衡磷酸盐处理技术平衡磷酸盐处理工艺原理根据机组运行工况，寻找一个合适的炉水磷酸盐控制浓度，确保炉水不会发生磷酸盐暂时消失现象，同时有足够量的磷酸盐与炉水中的硬度离子达到反应平衡；加入一定量的NaOH调节炉水pH值在合格范围，从而改善炉水水质，控制金属腐蚀，使汽水系统在良好的水化学工况下运行；在给水水质较好，凝汽器不泄漏的工况下，平衡磷酸盐处理工艺控制的磷酸盐浓度小于目前常用的低磷酸盐处理工艺控制的磷酸盐浓度。某发电有限公司4台300MW机组采用该工艺后的效果炉水硬度由原来的26μmol/L降到0.0μmol/L，加氨量由原来的1.2～1.5mg/L减少到0.6～1.0mg/L，pH稳定在9.4～9.6，炉水磷酸盐浓度小于0.4mg/L；炉水含铁量由原来的经常超标降到：给水10～15μg/L（标准为20μg/L）,蒸汽5～10μg/L（标准为20μg/L）；给水铜浓度由原来的10～20μg/L降到2～3μg/L（标准为5μg/L）；排污率由原来的1.4%降到0.4%（3～4吨/时）。173.火电厂用水系统污染物减排技术炉内平衡磷酸盐处理技术某发电有限公司4台300MW机组采用该工艺后每年产生的经济效益排污率降低0.7～1.0%，减少供应除盐水32340吨，节省65万元；减少煤耗1800吨节省36万元，共101万元；精处理系统的运行周期延长一倍，节约用酸120吨，碱56吨，自用水24000吨，节省费用60万元；加氨量由原来的1.2～2.5mg/L降到0.6～1.0mg/L，节约氨水108吨，节省费用46万元；扣除增加磷酸三钠（分析纯）1.6吨，氢氧化钠1.5吨，费用5万元，实际节省41万元；热力系统水汽质量提高，减缓设备腐蚀和结垢，机组安全经济运行难于直接计算，但也是一项很重要的效益。183.火电厂用水系统污染物减排技术锅炉补给水的全膜法处理工艺——超滤－反渗透－EDI锅炉补给水处理的工艺发展传统技术：预处理+阳/阴床离子交换+混床离子交换→锅炉补给