火电厂废水“零排放”设计研究与应用

中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集301火电厂废水“零排放”设计研究与应用张贵祥，董建国，李志民，穆小桂（河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄050031）STUDYANDAPPLICATIONOFDESIGNTECHNIQUEFORZERODISCHARGEOFWASTEWATERINTHERMALPOWERPLANTSZHANGGui-xiang，DONGJian-guo，LIZhi-min，MUXiao-gui(HebeiElectricPowerSurveyDesignReseArchInstitute,Shijiazhuang050031CityHebeiProvince,China)ABSTRACT:Thezerodischargetechniqueofthewastewaterinthermalpowerplantsisoneofthekeytechniquestobedevelopedandstudiedinpowerindustryatpresent.Ourtechniqueofconcentratingserialmake-upwaterinstageshasfilledadomesticgapwithabreakingprogress.Thethermalpowerplantshaverealizedthezerodischargeforthewastewaterinpriority.Thepaperintroducesthetechnicalprinciples,features,applicableconditions,effectandeconomicalbenefitsofthistechnique.KEYWORDS:Zerodischargeforthewastewater；Concentrationinstages；Serialmake-upwater摘要：火电厂废水零排放技术，属当前电力工业重点发展研究的关键技术之一。分级浓缩串联补水技术，将电厂循环水分成两级进行处理，补给水串联运行。即第1级原水经工业水系统使用后进入第1级机组循环水系统低浓缩倍率运行，第1级循环排污水经过滤、弱酸离子交换树脂脱碱软化处理后作为第2级机组循环补给水，第2级机组的循环水系统采用高浓缩倍率运行，其排污水经澄清过滤和反渗透处理后作为锅炉补给水处理系统原水和循环水系统补给水。西柏坡电厂采用该技术在全国火力发电厂率先实现废水零排放，取得了较好的经济、社会和环保效益。关键词：废水零排放；分级浓缩；串联补水1水资源短缺制约电力工业可持续发展良好的发展机遇。全面建设小康社会，必须有充足、可靠的电力供应。我国现人均装机容量仅为0.3千瓦左右，不足发达国家的1/10，无法满足日益增长的工业、农业、城市发展和人民生活用电的需求，部分省市不同程度的出现拉闸限电情况，电力工业面临着良好的发展机遇。严峻的缺水挑战。我国是一个人均水资相对匮乏的国家（人均2200m3/年），只有相当于世界人均占有水资源的1/4。火力发电是工业耗水大户，约占全国工业取水量的1/2，同时又是一个废水排放大户，造成对电厂周围地表水系统的污染。在北方水资源短缺的地区，这个问题就更为突出，工业用水和人民生活用水的矛盾不断加剧，部分地区由于水资源缺乏已危及到现有电厂的正常运行，新的火电项目的建设不得已投巨资采用高能耗的空冷机组，既增加资金投入，又造成了一次性能源的浪费。发电量占全国总发电量80%的火电机组如不采取先进、科学、有效的节水减污措施，新的火电项目的建设将来越来越受到限制,国民经济可持续发展也将受到制约。所以原国家电力公司将火电厂废水零排放列为重点发展研究的关键技术之一。2零排放的关键技术是循环水处理技术火电厂用水量最大的是循环冷却水，占电厂用水量的80%以上，节水减污的关键技术是循环水的处理技术。现有电厂循环水处理技术一般均采用化学加药处理，循环水单级浓缩（或叫单元浓缩）、补给水并联使用。即：一台机组的循环水系统为独立的系统，水源地来水（或经辅机使用后的冷却水）经加酸加水稳剂后直接进入各机组冷却塔，循环使用后的污水外排（除灰）地表水系统。其工艺流程如图1。水源地来水电厂各机组循环水系统。污水外排（除灰）地表水系统加酸和稳定处理图1现有电厂循环水处理一般工艺流程301302中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南采用单级浓缩、补给水并联使用的火力发电厂循环水浓缩倍率比较低，据调查，循环水的平均浓缩倍率水平为2.2左右。浓缩倍率低于1.5的火电机组占总容量的30%以上；循环水浓缩倍率为1.5～2火电机组约占总容量的20%；浓缩倍率为2～3火电机组约占总容量的30%；浓缩倍率大于3的火电机组约占总容量的20%以下。由于浓缩倍率低，系统排污水量大，污水外排后（除灰）造成对地表水系统污染。对于采用湿冷机组的火力发电厂，减少耗水量和污水对电厂周围水域环境的污染的关键是提高循环水的浓缩倍率，减少排污水量。表1及图2是某2×600MW机组循环冷却系统循环水计算浓缩倍率与排污水量，补充水量的数据。表1循环水浓缩倍率与排污水量补充水量的关系浓缩倍率排污水量/t.h-1补充水量/t.h-121680.03592.03770.02694.04470.72394.75321.02245.06231.22155.27171.32095.38128.62052.61071.61995.51235.31959.3150.31924.3图2循环水浓缩倍率与排污水量补充水量的关系从表1及图2可知：随着浓缩倍率提高，排污水量和补充水逐渐减少。要减少排污水和补充水，办法就是提高浓缩倍率，而过大的浓缩倍率又会造成凝汽器管材结垢或腐蚀，给安全生产带来不良影响。因此，如何提高浓缩倍率、减少排污水量和回收利用污水，是目前火电厂节水治污的研究课题，也是当前火电厂废水零排放关键技术之一。3循环水分级浓缩串联补水技术根据火电厂循环水处理技术的现状，循环水浓缩倍率低，废水排放量大，难以实现电厂循环冷却水零排污的目标。为此，我们通过大量调查研究，方案论证与计算，优选出1种能提高浓缩倍率、减少排污水量和污水回收利用的新工艺——分级浓缩串联补水技术。并委托国电公司热工研究院做了循环排污水弱酸离子交换软化处理运行方式试验、循环水排污水经弱酸离子交换处理后作为第二级循环水补充水凝汽器管阻垢缓蚀试验、二级循环水排污水处理回用反渗透前处理试验研究、第二级循环水排污水处理回用反渗透脱盐处理试验研究、灰水回用系统阻垢缓蚀试验、活性炭应用性能现场试验等。试验证明了分级浓缩串联补水思路正确，技术可行。并对拟定的整体方案又进行了现场模拟试验，结果是成功的。循环水分级浓缩串联补水技术工艺流程如图3水源地来水第一级机组循环水系统，（浓缩倍率≤2倍）过滤、弱酸离子交换树脂脱碱软化处理第二级机组的循环水系统，（浓缩倍率≤4.5，且循环水总浓缩倍率≥6.0）澄清过滤处理反渗透处理锅炉补给水处循环水系统补给水图3循环水分级浓缩串联补水技术工艺流程将电厂循环水分成两级进行处理，补给水串联运行。第1级原水进入第1级机组循环水系统低浓缩倍率运行，（浓缩倍率小于等于2），第1级循环排污水经过滤、弱酸离子交换树脂脱碱软化处理后作为第2级机组循环补给水，第2级机组的循环水系统采用高浓缩倍率运行（浓缩倍率小于等于4.5，且循环水总浓缩倍率大于等于中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集3036.0），其排污水经澄清过滤和反渗透处理后作为锅炉补给水处理系统原水和循环水系统补给水。3.1分级浓缩串联补水系统说明3.1.1过滤、弱酸离子交换树脂处理系统第1级循环排污水经弱酸离子交换树脂脱碱软化处理后，作为第2级机组循环补给水。利用弱酸离子交换树脂交换容量大,容易再生，酸耗低的特点，去除水中的碳酸盐硬度和碱度,降低水中的含盐量，达到提高循环水浓缩倍率的目的。为了满足弱酸树脂要求的进水水质，在弱酸树脂交换器前设置了高效纤维球过滤器,以去除进水中的悬浮物。弱酸处理系统纤维球过滤器设计单台出力200m3/h，进水悬浮物含量60~100mg/L，出水悬浮物含量小于等于5mg/L。高效离子交换器采用双流式，具有出力大的特点，出力控制350～250m3/h左右，其出水平均碱度0.5~0.7mmo1/L当出水碱度为进水碱度的60%~65%时，树脂失效,进行再生。3.1.2反渗透处理系统反渗透处理是利用半透膜脱盐原理,去除水中的盐类,从而得到低含盐量的淡水。为了使经过2次循环浓缩后高含盐量的循环排污水得到充分利用，用反渗透膜将循环排污水进行脱盐处理后，在电厂内重复利用(可作锅炉补给水处理系统原水),达到节水、防止废水外排的目的。设计控制指标为：机械搅拌澄清池出水悬浮物含量小于等于10mg/L，出水硬度为进水硬度的10%~20%，出水全硅为进水全硅的30%，出水有机物（CODMN）为进水有机物的50%，出水pH值约10.8；无阀滤池出水悬浮物含量小于等于10mg/L，清水箱进水(滤池出水加酸后)pH值7.5~8.5。双滤料过滤器反洗周期根据进出水压差经调试确定，SDI小于等于4，自用水耗小于等于5%；活性炭过滤器反洗周期根据实际运行情况经调试确定，SDI小于等于4，CODMN小于等于2mg/L，自用水耗小于等于5%；反渗透脱盐装置系统脱盐率大于等于95%，系统回收率75%。3.2循环水分级浓缩串联补水与单级浓缩的比较循环水分级浓缩串联补水技术与常规循环水单级浓缩处理系统比较后，其优点如下：（1）分级浓缩串联补水技术浓缩倍率高。第1级浓缩倍率小于等于2，第2级浓缩倍率小于等于4.5，可使循环水浓缩倍率达到9倍，比常规循环水单级浓缩倍率提高1倍。根据表1数据，选择循环水浓缩倍率与排污水量，补充水量的关系采用循环水浓缩倍率6～9，这可使节水明、排污水量较小、经济、安全、可靠。（2）分级浓缩串联补水技术解决了提高浓缩倍率与凝汽器管材结垢或腐蚀的矛盾。2级循环水浓缩倍率分别小于等于2和4.5，均工作在采用循环水浓缩倍率允许的数值范围内，对凝汽管材的结垢与腐蚀危害影响程度较小，不会给安全生产带来问题。第1级循环排污水经弱酸离子交换树脂脱碱软化处理后作为第2级机组循环补给水，在未加水质稳定剂时，通过试验其极限浓缩倍率值为5.53（此时全碱度为2.70mmol/L，钙硬度为8.30mmol/L，CI-为210mg/L），根据以往经验，在该试验水质条件下，其极限浓缩倍率的工业应用指标为4.70（5.53×0.85）。由于第2级循环水系统采用浓缩倍率小于等于4.5，机组运行安全、可靠。（3）对循环水浓缩倍率2倍左右的电厂，如采用分级浓缩串联补水技术，可节水40%以上，耗水指标小于等于0.6m3/(GW.s)，达国际先进水平。（4）减少了废水排放量。GW级的火电厂循环水系统排污水水量可降到200t以下，（即电厂补充水量的10%以下）。通过澄清过滤和采用反渗透处理高浓缩倍率循环水排污水，使循环水排污水充分回收利用，不可利用的弱酸和反渗透处理系统的高喊盐量废水用于除灰，实现电厂废水零排放。（5）节约投资、占地面积小。弱酸离子交换树脂脱碱软化处理水是经过浓缩过的循环水排污水，所含的碱度、硬度比补充水大，可以充分发挥弱酸离子交换树脂交换能力，所以比处理补充水更经济。弱酸离子交换树脂脱碱软化处理水量减少近1倍左右，节省过滤器及弱酸离子交换树脂脱碱软化处理设备近1/2和与其配套的建筑设施，节约投资近1/2。3.3循环水分级浓缩串联补水与空冷机组比较3.3.1功能比较分级浓缩串联补水技术最大限度减少冷却水系统的排污损失。304中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南空冷技术最大限度减少冷却水系统的蒸发、风吹和排污损失。3.3.2适用范围比较分级浓缩串联补水技术适用于兴建、已建火电厂的循环冷却水系统。空冷技术适用