2×500 MW火力發(fā)電廠循環(huán)水排污水回用技術(shù)分析

吳溪

(中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100070)

0 引言

火力發(fā)電廠耗水量高，排水量也高。隨著水資源短缺和水污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，水已成為火電工業(yè)發(fā)展的制約因素，控制用水和排污已成為火力發(fā)電廠重點(diǎn)治理項(xiàng)目之一。

循環(huán)冷卻水是火力發(fā)電廠用水量最大的部分。循環(huán)冷卻過(guò)程中由于水不斷蒸發(fā)而使鹽類濃縮，因此需要排污和補(bǔ)充新水。循環(huán)水系統(tǒng)的排污水一般占循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量的20%～30%，含量雖高，但有機(jī)物污染較少，水質(zhì)較工業(yè)污水好，對(duì)這部分水進(jìn)行部分除鹽處理即可回用，且相關(guān)技術(shù)比較成熟，處理成本較低。

由于循環(huán)冷卻水排污水含鹽量較高，要回收利用需對(duì)其進(jìn)行脫鹽。目前可用于脫鹽的工業(yè)化方法主要有蒸餾法、離子子交換法及反滲透法等。反滲透法屬于膜分離技術(shù)范疇，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、體積小、操作程序單一、分離系統(tǒng)較大、節(jié)能高效等優(yōu)點(diǎn)。通常情況下，運(yùn)行中操作人員少，易于管理，定期進(jìn)行清洗可延長(zhǎng)膜的壽命，保證膜裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。反滲透法在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，無(wú)需酸堿，運(yùn)行成本較前兩種方法低。

1 電廠情況概述

山西某電廠裝機(jī)為2×500 MW燃煤發(fā)電機(jī)組。電廠生產(chǎn)用水主要包括循環(huán)冷卻水、除鹽水、鍋爐除灰(渣)用水、輔機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械冷卻用水、化學(xué)自用水、雜用水等，非生產(chǎn)用水包括廠區(qū)生活用水、清掃用水和綠化用水等。電廠產(chǎn)生的廢、污水有工業(yè)廢水、生活污水、循環(huán)水排污水等。

電廠的工業(yè)水源原為泉水，是優(yōu)質(zhì)的地下水。為了保護(hù)地下水源，地方政府要求“置換泉水，符合優(yōu)水優(yōu)用、分質(zhì)供水的原則和方向”。為了節(jié)約用水，增加水的循環(huán)利用率，減少電廠排水對(duì)周邊環(huán)境的影響，電廠將#3，#4機(jī)組循環(huán)水部分排污水綜合利用，通過(guò)反滲透預(yù)脫鹽處理后作為鍋爐補(bǔ)給水水源，并為熱網(wǎng)補(bǔ)水。

2 系統(tǒng)方案

在該期工程中，循環(huán)水排污水從#3，#4機(jī)組循環(huán)水泵出水管上各引出1根出水管，匯成1根出水母管將水送至一期原有生水箱。新增生水升壓泵提升生水箱中的循環(huán)水排污水至新增纖維過(guò)濾器。循環(huán)水排污水經(jīng)過(guò)纖維過(guò)濾器處理懸浮物后，進(jìn)入新增的超濾系統(tǒng)，超濾系統(tǒng)設(shè)置2組，超濾出水進(jìn)入一期工程原有的超濾水箱。新增反滲透給水泵提升超濾水箱中超濾出水，經(jīng)新增的保安過(guò)濾器后進(jìn)入新增高壓泵，升壓后進(jìn)入新增反滲透系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)設(shè)置2組，反滲透產(chǎn)水進(jìn)入一期的軟化水箱，并通過(guò)新增的軟化水泵外輸?shù)交瘜W(xué)除鹽站(外送管與一期原產(chǎn)水輸送管連通，并加裝聯(lián)絡(luò)門)。在進(jìn)保安過(guò)濾器前根據(jù)需要依次投加酸、阻垢劑和還原劑。

設(shè)計(jì)水源為#3，#4機(jī)組循環(huán)水排污水，經(jīng)生水升壓泵升壓后進(jìn)入過(guò)濾系統(tǒng)，設(shè)計(jì)水溫為18～30℃。此水經(jīng)過(guò)循環(huán)水補(bǔ)充水的石灰預(yù)處理部分補(bǔ)充到循環(huán)水系統(tǒng)中，再按3～4的濃縮倍率濃縮后排放進(jìn)入該工程的生水箱進(jìn)行下一步處理。

主要工藝流程如下:循環(huán)水排污水→生水箱→生水升壓泵→纖維過(guò)濾器→超濾裝置(加凝聚劑)→超濾水箱→反滲透給水泵→反滲透保安過(guò)濾器(加酸、阻垢劑、還原劑)→高壓水泵→反滲透裝置→軟化水箱→除鹽陽(yáng)床入口和軟化水箱入口。

3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)循環(huán)水排污水作為電廠鍋爐補(bǔ)給水和熱網(wǎng)補(bǔ)水。循環(huán)排污水經(jīng)反滲透處理后，含鹽量很低、硬度很小，因此循環(huán)冷卻水排污水經(jīng)反滲透脫鹽后的出水，可作為鍋爐補(bǔ)給水預(yù)脫鹽水源。

(2)超濾膜的選型，膜通量的選取。采用壓力式超濾，膜型號(hào)為TARGA10072，截留分子量為10萬(wàn)u，膜材料為聚醚砜樹(shù)脂(PES)，具有以下幾個(gè)方面優(yōu)勢(shì)。

1)采用的超濾膜材質(zhì)為改性PES，具有良好的親水性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度以及較好的抗氧化性。

2)極薄的致密層和不對(duì)稱的海綿支撐結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)最低的膜深層污染和最大的膜清洗恢復(fù)。

3)科氏的膜絲內(nèi)徑使得流體具有更高的湍流性能，通量衰減緩慢，清洗相對(duì)容易，抗污染性提高。

4)低通量(58 L/(m2·h))的選取有利于超濾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于水質(zhì)和水量的變化，有較大的緩沖性和適應(yīng)性。

(3)反滲透段間增壓形式。若反滲透裝置內(nèi)未設(shè)置段間增加，則二段膜元件可能會(huì)沒(méi)有發(fā)揮全部的作用，膜通量較一段膜通量會(huì)小很多。反滲透一段濃水含鹽量很高，進(jìn)入二段的進(jìn)水凈驅(qū)動(dòng)力很低，使得二段的膜通量很低，造成了二段膜元件的浪費(fèi)。所以，該工程反滲透系統(tǒng)采用了段間增壓設(shè)計(jì)，由于段間增加的揚(yáng)程較低，選用一段出水增加背壓閥來(lái)達(dá)到段間增壓的目的，這種設(shè)計(jì)節(jié)省了段間增壓泵，也節(jié)約了電費(fèi)。

(4)化學(xué)品消耗量少。采用反滲透技術(shù)進(jìn)行鍋爐補(bǔ)給水預(yù)脫鹽，與離子交換系統(tǒng)相比，大大減少了酸堿的消耗量，從而減少了酸堿廢水的排放量。

(5)節(jié)約費(fèi)用。采用膜法處理裝置回收循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污水，可減少新鮮水補(bǔ)充量，解決污水排放問(wèn)題，并減少交納外排水費(fèi)用。

4 項(xiàng)目實(shí)施情況及經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 設(shè)備參數(shù)

(1)孔隙調(diào)節(jié)型纖維過(guò)濾器設(shè)計(jì)參數(shù):數(shù)量，3臺(tái);單臺(tái)設(shè)備設(shè)計(jì)出力，150 m3/h;單臺(tái)設(shè)備設(shè)計(jì)運(yùn)行流速，60 m/h;設(shè)備直徑，DN 1800 mm;設(shè)計(jì)壓力，0.6 MPa;本體材料，Q235－B;內(nèi)壁防腐材料，聚脲。反洗強(qiáng)度:水量，16.4 L/(m2·s);氣量，66.2 L/(m2·s);氣壓，0.04 MPa。

(2)超濾系統(tǒng)。超濾裝置按2列設(shè)計(jì)，每列出力140 m3/h;每列都能單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。每套超濾裝置產(chǎn)品水管和濃水管設(shè)取樣點(diǎn)，以便有效診斷并確定系統(tǒng)缺陷。超濾膜組件安裝在組合架上，組合架上應(yīng)配備全部管道、閥門及接頭，還包括所有的支架、緊固件、夾具等附件。

超濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù):系列數(shù)量，2列;膜元件總數(shù)量，60 支(TARGA10072)。

膜元件特性參數(shù):膜孔徑，0.01 μm;截留分子量，10 萬(wàn) u;設(shè)計(jì)通量(凈產(chǎn)水)，58 L/(m2·h);過(guò)濾面積，80.9 m2/支;中空纖維絲內(nèi)徑，0.9 mm;中空纖維絲外徑，1.5 mm;膜材質(zhì)，PES。

膜組件運(yùn)行工況:單根膜件出力，4.67 m3/h;單套最大出力，160 m3/h;工作壓力，0.10～0.15 MPa;最大進(jìn)水壓力，0.3 MPa;最高進(jìn)水溫度，40℃;pH值范圍，1.5～13.0。

(3)反滲透系統(tǒng)。反滲透裝置按2個(gè)系列設(shè)計(jì)，每列出力95 m3/h;每列都能單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。膜元件選用渦卷式反滲透膜BW30－365FR。膜組件的級(jí)、段排列組合方式:反滲透采用一級(jí)二段，采用6芯壓力容器，單套反滲透采用16∶8排列方式。

反滲透裝置設(shè)計(jì)參數(shù):裝置套數(shù)，2套;每套出力，95 m3/h;排列(級(jí)段)方式，16∶8。

膜元件:形式，卷式膜;型號(hào)，BW30－365FR;設(shè)計(jì)通量，19.4 L/(m2·h)(凈產(chǎn)水);過(guò)濾面積，34 m2/支;單支膜產(chǎn)水量，0.65 m3/h;脫鹽率，98%;材料，聚酰胺復(fù)合膜;膜元件總數(shù)量，144(單套);使用年限，3 年;年更換率，33.3%。

4.2 運(yùn)行情況

循環(huán)水排污水處理系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo):超濾系統(tǒng)出力，2×140 m3/h;濁度，＜0.2 NTU;反滲透系統(tǒng)出力，2×95 m3/h;脫鹽率，≥96%;水的回收率，60%～80%;反滲透進(jìn)水電導(dǎo)率，1600～1800S/cm。

循環(huán)水排污水回收處理后用作鍋爐補(bǔ)給水和熱網(wǎng)補(bǔ)水的水量為190 m3/h，電廠年運(yùn)行小時(shí)按5500 h，循環(huán)水排污水量為280×5500÷10000=154(萬(wàn)t/a)，若采用地下水或黃河水的水價(jià)按 3元/m3，則每年可節(jié)省取水費(fèi)154×3=462(萬(wàn)元)。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

該電廠采用循環(huán)水排污水作為鍋爐補(bǔ)給水的水源和熱網(wǎng)補(bǔ)水，每年按5500 h計(jì)算，年節(jié)約新鮮水154萬(wàn)t，節(jié)省取水費(fèi)462萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，絕大部分火力發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水水源為地表水或地下水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，300 MW及以上機(jī)組(總?cè)萘?060 MW)，地表水年取水量為9343萬(wàn)t，300MW及以上機(jī)組(總?cè)萘?540 MW)地下水年取水量為4500萬(wàn)t。如果火力發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水都采用此改造技術(shù)，節(jié)水量相當(dāng)可觀，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［1］李宏秀，李文杰，于寶緣.電廠循環(huán)水排污水回用［J］.華電技術(shù)，2011，33(6):78 －81.

［2］GB 50050—2007工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.