熱電廠水資源綜合利用

曹偉娜,張興文,王 棟,李文霞

(1.大連理工大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)院,遼寧大連 116024;2.大連春興水處理科技發(fā)展有限公司,遼寧大連 116021)

熱電廠水資源綜合利用

曹偉娜1,張興文1,王 棟1,李文霞2

(1.大連理工大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)院,遼寧大連 116024;2.大連春興水處理科技發(fā)展有限公司,遼寧大連 116021)

依據(jù)水循環(huán)經(jīng)濟(jì)的3R原則,對(duì)某熱電廠水資源綜合利用進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)全廠用水、排水的分析與規(guī)劃,得出水平衡圖。結(jié)果表明,此項(xiàng)技術(shù)改造工程將提高熱電廠的水循環(huán)利用率和用水效率,減少自來(lái)水的用量以及污水的排放量,可實(shí)現(xiàn)水、熱、電聯(lián)產(chǎn),環(huán)境效益和社會(huì)效益得到明顯提高。

水資源化;再生水回用;水平衡;熱電廠

電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和重要能源行業(yè),同時(shí)也是工業(yè)用水大戶。一座1000MW的大型火電廠耗水量相當(dāng)于一個(gè)中等城市的用水量,火電節(jié)水在我國(guó)水資源節(jié)約工作中具有特別重要的地位。因此,如何減少火電廠的新鮮用水量,提高水的重復(fù)利用率,實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水、重復(fù)利用,對(duì)于我國(guó)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。大連是一個(gè)資源型缺水的海濱城市,淡水資源非常有限,自來(lái)水價(jià)格不斷上漲,而熱電廠耗水量大,所以對(duì)某熱電廠用水、排水系統(tǒng)進(jìn)行合理規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)污水資源化和綜合利用是其解決水資源問(wèn)題的首選方法。

1 用水、排水系統(tǒng)分析

為了提高水資源利用率,減少污水排放量及新鮮水使用量,該研究在用水環(huán)節(jié)始終貫穿3R原則,采用新技術(shù)、新工藝,對(duì)跑、冒、滴、漏、污實(shí)現(xiàn)最小量化,最大限度地實(shí)現(xiàn)水的凈化、回收、循環(huán)利用,達(dá)到或接近零排放[1]。

1.1 補(bǔ)給水水源

目前該熱電廠采用大連市某污水處理廠二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)出水作為補(bǔ)給水水源,經(jīng)深度處理后用作全廠生產(chǎn)用水。再生水回用工藝流程如圖1。

該工藝產(chǎn)水COD質(zhì)量濃度小于1mg/L,氨氮質(zhì)量濃度小于0.5mg/L,去除率達(dá)到95%以上。由于反滲透系統(tǒng)的應(yīng)用,使得整套工藝的除鹽效果很好,滿足工業(yè)用水要求,同時(shí)節(jié)約了大量的自來(lái)水。

此次技術(shù)改造項(xiàng)目仍以污水處理廠二級(jí)出水為水源,擴(kuò)大使用該深度處理技術(shù),處理出水用作熱電廠工業(yè)生產(chǎn)用水。

圖1 再生水回用工藝流程圖

1.2 鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)改造

為保證熱電廠設(shè)備(鍋爐、汽機(jī)、熱交換器等)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,通常在反滲透(RO)工藝后再增加去除水中殘余離子的裝置。目前該熱電廠鍋爐補(bǔ)給水采用離子交換樹脂的方法降低含鹽量。但此工藝存在著酸堿再生過(guò)程,會(huì)產(chǎn)生大量的酸堿廢液,嚴(yán)重污染環(huán)境,同時(shí)日常維修保養(yǎng)也比較復(fù)雜[2]。所以此次重點(diǎn)改造鍋爐補(bǔ)給水這一部分,應(yīng)用比較成熟的電去離子技術(shù)(EDI)進(jìn)一步降低反滲透產(chǎn)水中的含鹽量,出水用作鍋爐用水。

1.3 各種排水的復(fù)用和再生回用

熱電廠廢水主要有生產(chǎn)廢水及生活污水,其中生產(chǎn)廢水包括:循環(huán)水排污水、鍋爐清洗廢水等。根據(jù)各用水點(diǎn)對(duì)水質(zhì)的要求,將用水水質(zhì)較高的系統(tǒng)排水作為對(duì)水質(zhì)要求較低的系統(tǒng)給水,做到一水多用和重復(fù)使用。

本工程擬將循環(huán)水的排污水排入循環(huán)水預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。處理后的清水經(jīng)反滲透和電去離子技術(shù)處理后用作鍋爐補(bǔ)水。因灰渣加濕、噴水除塵、輸煤沖洗用水對(duì)水質(zhì)要求不高,所以可回用RO和EDI廢水。而多余的RO廢水可以排海,主要是考慮到:①如果采用先進(jìn)技術(shù)對(duì)這部分廢水進(jìn)行處理,投入較高,經(jīng)濟(jì)收益也不太理想;②電廠離海邊近,廢水除含鹽量高外,其他項(xiàng)均達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn),雖然沒(méi)有達(dá)到零排放,但基本不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

2 水平衡的建立

2.1 熱電廠水平衡圖

通過(guò)認(rèn)真、細(xì)致地對(duì)電廠用水和排水進(jìn)行情況調(diào)查、水質(zhì)檢測(cè)、水量平衡計(jì)算[3],并參考有關(guān)設(shè)備的說(shuō)明,得出了熱電廠兩臺(tái)300MW機(jī)組的用水、排水的水量平衡圖。詳見(jiàn)圖2。

2.2 水量平衡

電廠的水量平衡包括電廠用水總量的平衡和各個(gè)子系統(tǒng)用水量的平衡,它們之間是相互聯(lián)系的,只有在子系統(tǒng)水量平衡的基礎(chǔ)上才可保證用水總量的平衡,關(guān)鍵是要保證各個(gè)子系統(tǒng)的水量平衡。

預(yù)計(jì)本期循環(huán)水量情況和補(bǔ)給水量如表1及表2。

圖2 水系統(tǒng)平衡圖

表1 循環(huán)水量

從表1,2可算出,循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)夏季為3.1,冬季為2.6。一般來(lái)說(shuō)濃縮倍數(shù)低,耗水量就大,濃縮倍數(shù)提高則耗水量減少,節(jié)約水處理費(fèi)用。但濃縮倍數(shù)過(guò)高會(huì)使循環(huán)冷卻水中的硬度、堿度和濁度升得太高,水的結(jié)垢傾向增大,從而使結(jié)垢、腐蝕控制的難度變大[4]。因此,循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)也不是愈高愈好。本項(xiàng)目冬季的濃縮倍數(shù)2.6,不符合規(guī)范規(guī)定的濃縮倍數(shù)不宜小于3.0的要求。分析其原因主要是為了滿足化學(xué)用水量的要求。冬季對(duì)外供氣量和供熱量都比較大,需要補(bǔ)充的熱網(wǎng)損失也比較大,因此,循環(huán)水排污量定位490m3/h,全部回收處理滿足鍋爐補(bǔ)水、熱網(wǎng)補(bǔ)水等水量的需要。循環(huán)冷卻水排污水回收以后完全重復(fù)利用,并沒(méi)有浪費(fèi)水量,所以冬季濃縮倍數(shù)小于3也是合理的。

表2 全廠補(bǔ)給水量情況

3 效益分析

該技術(shù)改造項(xiàng)目因采用循環(huán)流化床鍋爐,爐內(nèi)脫硫,節(jié)省了脫硫系統(tǒng)用水。對(duì)本項(xiàng)目采用水循環(huán)綜合利用研究,可大大減少單位發(fā)電耗水量?，F(xiàn)對(duì)節(jié)水作以下效益分析。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

a.用水量及節(jié)約自來(lái)水量。項(xiàng)目設(shè)計(jì)日處理水量為4.5萬(wàn)t,日產(chǎn)再生水3.2萬(wàn)t。計(jì)算可知全年用水量為914.61萬(wàn)t(工業(yè)用水和生活用水),再生水用量,即節(jié)約自來(lái)水量912.51萬(wàn)t/a(未考慮雨季城市污水處理廠海水倒灌問(wèn)題)。

b.實(shí)現(xiàn)水、熱、電聯(lián)產(chǎn)。項(xiàng)目投產(chǎn)后產(chǎn)水全部回用,相當(dāng)于新建一座日產(chǎn)淡水3.2萬(wàn)m3的穩(wěn)定水源廠。熱電廠實(shí)現(xiàn)水、熱、電聯(lián)產(chǎn),熱電聯(lián)產(chǎn)的產(chǎn)品是熱、電,將消耗大量的水資源;再生水及全廠污水資源化綜合利用雖然消耗電、熱,但可以節(jié)約大量的自來(lái)水。二者結(jié)合起來(lái),不僅可以拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),還將減少中間輸送環(huán)節(jié)的損失,提高熱、電、水的利用率,節(jié)約資源。

3.2 社會(huì)效益分析

大連是資源型缺水城市,城市用水主要依靠遠(yuǎn)距離調(diào)水。幾十年來(lái),城市缺水一直是制約大連市經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的主要因素之一。經(jīng)測(cè)算,目前大連市遠(yuǎn)距離引水工程的造價(jià)成本已達(dá)4000元/m3。所以該廠運(yùn)行后,可為大連市減少1.28億元引水工程投資。另外,以大連市2006年的工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值取水量24m3計(jì)算,相當(dāng)于每年為大連市增加38億元的工業(yè)產(chǎn)值潛力[5-6],社會(huì)效益顯著。

3.3 環(huán)境效益分析

該項(xiàng)目每年可回用945萬(wàn)t城市污水處理廠二級(jí)出水,對(duì)大連市2010年污水處理回用率達(dá)到35%以上的遠(yuǎn)景目標(biāo)有積極的推動(dòng)作用。此外,從表3可以看出,每年將削減COD排放量約526t,削減SS排放約90.3t,削減NH3-N排放量約188.15t,環(huán)境效益明顯。

表3 污染物減排量統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

a.該熱電廠在技術(shù)改造中引用城市污水處理廠二級(jí)出水作為補(bǔ)充水源,應(yīng)用先進(jìn)水處理技術(shù),綜合利用各級(jí)出水和排水,將大大減少自來(lái)水的用量和污染物的排放量。b.可實(shí)現(xiàn)水、熱、電聯(lián)產(chǎn)。不僅節(jié)省建設(shè)和運(yùn)營(yíng)水廠的投資,還可以降低用水成本,多余的電能可以供水處理工藝使用,從而起到調(diào)蓄電能的作用?？傊?該熱電廠在技術(shù)改造和今后的運(yùn)行過(guò)程中大力開(kāi)展水資源綜合利用,因地制宜分配各系統(tǒng)用水、排水,將是縮短其與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)發(fā)電企業(yè)發(fā)電用水差距的有效途徑,也將產(chǎn)生明顯的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益,具有很大的實(shí)際意義。

[1]喬洪勇.火力發(fā)電廠節(jié)約用水和循環(huán)用水管理模式研究[D].保定:華北電力大學(xué),2006.

[2]房海闊,魏洪軍.電去離子(EDI)技術(shù)在熱電廠水處理中的應(yīng)用[J].凈水技術(shù),2002,21(2):17-18.

[3]王佩璋.火力發(fā)電廠全廠廢水零排放[J].電力環(huán)境保護(hù),2003,19(4):25-29.

[4]華冰.火電廠節(jié)水[D].保定:華北電力大學(xué),2005.

[5]MOUSA S M,JAMAL O J.Potential of industrial wastewater reuse[J].Desalination,2002,152:281-289.

[6]褚俊英,陳吉寧,王志華,等.中水回用的經(jīng)濟(jì)與中水利用潛力分析[J].中國(guó)給水排水,2002,18(5):83-86.

Comprehensive utilization of water resources in thermal power plant

CAO Wei-na1,ZHANG Xing-wen1,WANG Dong1,LI Wen-xia2
(1.School of Environmental and Biological Science and Technology,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;2.Dalian Chunxing Water Treatment Science and Technology Development Limited Company,Dalian 116021,China)

Based on the 3R(reduce,reuse,recycle)principles of water recycling economy,the comprehensive utilization of water resources of a thermal power plant was studied.Through analysis and planning of water use andwater discharge of the whole plant,a water equilibrium diagram was constructed.The results showed that it could improve the water circulation utilization rate and the efficiency of water utilization.Both the tap water and the wastewater discharge were reduced.Meanwhile,the water-thermoelectricity cogeneration could be implemented,and the environmental and social benefits be significantly enhanced.

comprehensive utilization of water resources;renewable water;water balance;thermal power plant

TV213.9

A

1004-6933(2010)02-0088-04

曹偉娜(1983—),女,河北保定人,碩士研究生,研究方向?yàn)樗Y源綜合利用。E-mail:weina601@126.com

張興文,副教授。E-mail:zxw-dl@163.com

(收稿日期:2008-11-10 編輯:徐 娟)