某超臨界電廠原水系統(tǒng)方案分析

楊文燕/中國(guó)神華集團(tuán)勝利能源分公司

某超臨界電廠原水系統(tǒng)方案分析

楊文燕/中國(guó)神華集團(tuán)勝利能源分公司

電力行業(yè)是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)之一，在生產(chǎn)過程中需要消耗大量的水資源。原水系統(tǒng)是電廠水處理系統(tǒng)的重要組成部分之一，合理的選擇原水水源，充分利用當(dāng)?shù)靥厥獾乃臈l件。確定合理的原水處理系統(tǒng)，對(duì)于機(jī)組的安全生產(chǎn)具有重要意義。

水源；原水處理系統(tǒng)，機(jī)械攪拌澄清池

中國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，發(fā)展經(jīng)濟(jì)成為社會(huì)發(fā)展的第一要?jiǎng)?wù)，而伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的壓力。作為世界第一能源消耗大國(guó)，如何在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)兼顧與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展，也是社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

電力行業(yè)作為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)之一，在快速發(fā)展的同時(shí)，也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。尤其是燃煤火力發(fā)電企業(yè)，在其機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，需要消耗大量的水資源等，對(duì)于這些寶貴的自然資源，應(yīng)當(dāng)從各個(gè)方面提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，兼顧好社會(huì)效益。

電廠的原水處理系統(tǒng)是電廠水處理系統(tǒng)的重要組成部分之一，尤其是對(duì)于較為缺水的地區(qū)，原水處理系統(tǒng)的選擇更為重要?，F(xiàn)已規(guī)劃中的某電廠為例說明。

該電廠位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟，利用當(dāng)?shù)刎S富的煤炭資源，規(guī)劃建成一座大型露天礦坑口電廠。本工程為國(guó)家高度節(jié)水、高度循環(huán)經(jīng)濟(jì)的示范電廠。

一、電廠的原水水源

根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的水文資料，可以成為供水水源的水質(zhì)分為三類：露天煤礦疏干水、當(dāng)?shù)厮畮?kù)水以及污水處理廠的排水。

1.煤礦疏干水。

露天礦區(qū)屬于當(dāng)?shù)嘏璧厮牡刭|(zhì)單元的一部分，東部為河谷、湖積平原，西部問低緩丘陵地帶，整個(gè)礦區(qū)屬于河谷、湖積平原和緩坡丘陵地帶的過渡地帶。露天煤礦的疏干水，根據(jù)不同的計(jì)算方法可得到以下數(shù)值。最小量：首采區(qū)2009年達(dá)到生產(chǎn)規(guī)模1000×104t/a時(shí)，疏干水量為503.8m3/h，每年總排水量為 402.2× 104m3/a；2010年總產(chǎn)量達(dá)到 2000× 104t/a時(shí)，首采區(qū)和二采區(qū)同時(shí)開采時(shí)疏干水量為1151 m3/h，每年總排水量為911.5×104m3/a。疏干水可利用水量按照85%計(jì)算，2009年和2012年露天煤礦可供電廠水量分別為341.9×104m3/a和774.8×104m3/a。

礦區(qū)地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降、河水、冰雪融化水及側(cè)向地下徑流等，承壓含水層主要由地下水徑流和含水層間地下水的越流補(bǔ)給。河谷內(nèi)地下水向下游的徑流和垂直蒸發(fā)為地下水的主要排泄途徑。礦區(qū)開采的疏干排水等人工采用水亦為地下排泄口。

2.水庫(kù)水。

根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄甑乃挠^測(cè)資料可知：當(dāng)?shù)厮畮?kù)屬于調(diào)節(jié)多年的中型水庫(kù)，水庫(kù)多年平均徑流量水庫(kù)多年平均徑流量為2018×104m3，變差系數(shù)Cv=0.45，偏態(tài)系數(shù)Cs=3.5Cv，95% 年 徑 流 量 為 1020× 104m3，99%年徑流量為918×104m3；工程完工后防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇設(shè)計(jì)，千年一遇校核；近期日供水2×104m3，遠(yuǎn)期日供水3×104m3，供水保證率為95%，主要向市區(qū)供水。水庫(kù)冬季結(jié)冰嚴(yán)重，實(shí)測(cè)最大冰厚為1.5m，且11月至來年3月河道封凍無水入庫(kù)。

水庫(kù)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該水庫(kù)供水工程主要由取水頭部、輸水管線和凈水廠三部分組成，取水頭部設(shè)在水庫(kù)放水涵洞的位置，型式為潛孔式取水；輸水管道沿緩坡帶布置，凈水廠位于市區(qū)。供水能力為730×104m3/a（2× 104m3/d）。水庫(kù)到2010年完成一定工程措施后，水庫(kù)供水能力可達(dá)到1165× 104m3/a（3×104m3/d），在97%情況下，水庫(kù)向城區(qū)供水能力為1095×104m3/a。目前，公司實(shí)際向城區(qū)供水僅為350× 104m3/a（包括農(nóng)業(yè)用水70×104m3/a）。

3.污水處理廠的排水。

該地區(qū)污水處理廠已于2004年7月已經(jīng)建成投運(yùn)，一期設(shè)計(jì)處理污水能力為2.0×104/d，規(guī)劃設(shè)計(jì)處理能力 4.0× 104/d，目前實(shí)際處理污水量約為1.5× 104/d。污水處理廠擬建污水深度處理，年擬供水量230×104/a。

經(jīng)過內(nèi)蒙古自治區(qū)水利廳組織專家審查，電廠的水資源論爭(zhēng)報(bào)告已經(jīng)得到了批準(zhǔn)，水利廳批準(zhǔn)下發(fā)的取水許可預(yù)申請(qǐng)書同意，該地露天煤礦供給電廠疏干水，每年為461.7×104m3/a，水庫(kù)每年供水40.2×104m3/a，共計(jì)501.9×104m3/a，大于電廠規(guī)劃?rùn)C(jī)組容量時(shí)設(shè)計(jì)年取水量475×104m3/a。

該電廠一期工程年取水量為119× 104m3/a，按照露天煤礦的開采進(jìn)度和疏干水的排水量，均可滿足電廠的供水要求。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃來看，預(yù)測(cè)年總需水量（包括電廠8×600MW級(jí)機(jī)組年耗水量420×104m3/a）為2168×104m3/a，各種水源可供水量為3686.5×104m3/a；2020水平年預(yù)測(cè)總需水量為4172.5×104m3/a，各種水源可供水量為4192.5×104m3/a.2010水平年供水量大于需水量，2020水平年供水量與需水量基本持平。

分析上述供水水源情況和需水量平衡，電廠一期2×660MW超臨界空冷機(jī)組及電廠達(dá)到規(guī)劃容量8×600MW級(jí)機(jī)組的供水水源是落實(shí)的，供水量也是可靠的。

二、原水處理系統(tǒng)介紹

電廠原水水源為露天礦疏干水，備用水源為當(dāng)?shù)厮畮?kù)水。露天礦的疏干水收集后首先進(jìn)入一個(gè)聯(lián)合水處理廠（礦區(qū)和電廠公用）進(jìn)行處理，經(jīng)管道進(jìn)入為電廠供水配置的2座25000m3的貯水池，然后進(jìn)入電廠供水的升壓泵房，經(jīng)升壓后一部分作為電廠廠外輸煤系統(tǒng)的生產(chǎn)消防水，另一部分作為電廠的生產(chǎn)供水。備用水源是當(dāng)?shù)厮畮?kù)水。污水處理廠的排水暫時(shí)作為備用，只用在水源明顯缺乏才可以采用。

1.疏干水的水質(zhì)處理。

疏干水中含有一些采礦過程中夾雜的雜質(zhì)，需要進(jìn)行水質(zhì)處理，常用的方法是混凝沉淀處理。

混凝處理就是在水中投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑，使水中微小的懸浮物以及膠體結(jié)合成大的絮凝體，并在重力作用下沉淀出來。常用的混凝劑有鋁鹽和鐵鹽兩類。有時(shí)為了提高混凝效果，加入少量的助凝劑，助凝劑有調(diào)整pH值、氧化合增大絮凝物的粒度、密度和牢固性等三類作用。沉淀處理就是使水中比水重的固體顆粒下沉而析出的過程，該法比較簡(jiǎn)單，在水凈化工藝中經(jīng)常采用。

2.澄清池。

澄清池要同時(shí)完成混凝和沉淀兩個(gè)過程，兩個(gè)過程在同一個(gè)設(shè)備中完成。澄清處理是電廠水處理中常用的處理工藝。澄清處理的技術(shù)特點(diǎn)是在池內(nèi)維持一定量的懸浮泥渣層，與加了混凝劑的原水一起進(jìn)行混合、反應(yīng)和沉淀過程，從而獲得較為理想的處理效果。

澄清池?zé)o論種類、形式如何，共同的特點(diǎn)是利用接觸凝聚的原理去除水中的懸浮膠體顆粒。而且原水中的懸浮顆粒濃度越高、顆粒粒徑越大及粒徑之間相差越大，混凝效率就越好。根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)了懸浮泥渣層。

懸浮泥渣層指在混凝反應(yīng)過程中生成的絮狀物在上升流速的作用下處于懸浮狀態(tài)，保持動(dòng)力平衡，隨著處理水的不斷通過，處于動(dòng)態(tài)平衡的絮狀物逐漸積累，當(dāng)達(dá)到一定的濃度時(shí)，就形成一個(gè)對(duì)混凝效率起關(guān)鍵作用的懸浮泥渣層。

懸浮泥渣層具有幾下幾個(gè)方面的作用：因?yàn)樵谀圻^程中顆?？倽舛入S時(shí)間的變化率與顆?？倽舛瘸烧?，所以懸浮泥渣層中的顆粒濃度越大，接觸凝聚的效果越好。懸浮泥渣層中的顆粒濃度越大，顆粒之間的水流速度越大，顆粒之間的碰撞機(jī)會(huì)就越多，因此混凝效率就越好。但是濃度不宜過大，過大的濃度會(huì)使懸浮層難以維持動(dòng)力平衡狀態(tài)，絮狀物容易被帶出池外，從而造成不良后果。懸浮泥渣層對(duì)保證出水水質(zhì)起一定的穩(wěn)定作用。懸浮泥渣層容易吸附水中的某些雜質(zhì)。為了保證泥渣具有最佳的吸附能力，必須及時(shí)排出一部分已經(jīng)老化的泥渣。

澄清池的結(jié)構(gòu)通常分為五個(gè)部分：進(jìn)水系統(tǒng)、接觸凝聚區(qū)、澄清分離、出水系統(tǒng)和排污系統(tǒng)。由于澄清池內(nèi)同時(shí)完成混凝和沉淀兩個(gè)過程，對(duì)澄清池的結(jié)構(gòu)要求較為嚴(yán)格，必須滿足以下條件：要使反應(yīng)充分進(jìn)行，出水能夠均勻?qū)С觥?/p>

3.機(jī)械攪拌澄清池。

根據(jù)懸浮泥渣層的特點(diǎn)，可分為泥渣懸浮式澄清池和泥渣循環(huán)式澄清池二種類型。泥渣懸浮式的特征是在運(yùn)行中有一層懸浮在水中的泥渣層，該泥渣層是因?yàn)槭艿阶韵露纤鞯淖饔昧Χ蕬腋顟B(tài)的。水的凈化作用發(fā)生在加有藥劑的原水流過此泥渣層的過程中。泥渣循環(huán)式除了有懸浮泥渣層外，還有若干泥渣作循環(huán)運(yùn)行，即泥渣區(qū)中有部分泥渣回流到進(jìn)水區(qū)，與進(jìn)水混合后又返回到泥渣分離區(qū)。常用的泥渣循環(huán)式澄清池有機(jī)械攪拌澄清池。

機(jī)械攪拌澄清池的特征是在池子中設(shè)有機(jī)械攪拌裝置，在它的運(yùn)行過程中有泥渣在循環(huán)。

圖1 機(jī)械攪拌澄清池

機(jī)械攪拌澄清池在工作中，原水由進(jìn)水管進(jìn)入環(huán)型進(jìn)水槽，此進(jìn)水槽的截面呈三角形，槽的下面開有出水孔或縫隙，由進(jìn)水槽流出的水進(jìn)入澄清池的第一反應(yīng)室，依靠攪拌器的攪拌作用使進(jìn)水與四周回流的泥渣混勻，混合后的泥水流被攪拌器上的葉輪提升到第二反應(yīng)室，然后，泥水混合物流經(jīng)設(shè)在第二反應(yīng)室上部四周的導(dǎo)流室至分離室，在分離室中分離出的水由集水槽集取。由分離室分離出來的泥渣大部分回流到第一反應(yīng)室與進(jìn)水混合，其余小部分泥渣進(jìn)入泥渣濃縮室，經(jīng)濃縮后定期排走，澄清池底部有排空用的排污管。根據(jù)運(yùn)行特點(diǎn)，反應(yīng)過程中所使用的藥劑可以加至反應(yīng)室中、進(jìn)水管中或者水泵的吸水管和配水槽中。

機(jī)械攪拌器上的葉輪用來將來將夾帶有泥渣的水提升到第二反應(yīng)室，從而促使泥渣的回流和循環(huán)，葉片用來促進(jìn)水和回流泥渣混勻。在第二反應(yīng)室和導(dǎo)流室中設(shè)有導(dǎo)流板，其作用是消除攪拌葉輪所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，減輕分離室中水流的擾動(dòng)，以利于泥渣和水的分離。在環(huán)行進(jìn)水槽的上方設(shè)有排氣管，以排除隨進(jìn)水帶入的空氣。

澄清池的水力條件可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整：排泥量必須控制在合理的范圍內(nèi)，否則排泥量不夠則導(dǎo)致泥渣層升高，反應(yīng)區(qū)中的濃度增大，影響出水效果，排泥量過多則導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)中的泥渣濃度過低，影響澄清效果。調(diào)試泥渣循環(huán)量。出力狀況應(yīng)穩(wěn)定。消除空氣混入的影響。

利用機(jī)械攪拌澄清池可以較好的除去水中的雜質(zhì)，為下一步的水處理提供符合條件的原水。

三、結(jié)束語

電廠原水處理直接決定著是否能夠供給機(jī)組正常生產(chǎn)所需要的用水。而該方案選擇露天礦疏干水作為主要的原水水源，水庫(kù)水位備用水源。疏干水作為露天礦日常生產(chǎn)中的生產(chǎn)廢水，合理利用之后，成為了電廠重要的原水水源，這樣的做法充分實(shí)現(xiàn)了資源的高效利用，而且達(dá)到了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。特別是在該地區(qū)缺水的條件下，這樣的做法更具有特殊的意義。

[1]：陳志和主編，電廠化學(xué)設(shè)備及系統(tǒng)，中國(guó)電力出版社，2006.

[2]：調(diào)整錫林河水庫(kù)供水功能論證報(bào)告，內(nèi)蒙古自治區(qū)水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2001.

[3]：徐亮，電力工業(yè)對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)策，云南地理環(huán)境研究，2005.