垃圾焚燒發(fā)電廠給排水設計及分析

楊 雪

（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上海 201703）

近年來，在“垃圾圍城”日益嚴峻的形勢下，垃圾焚燒發(fā)電作為“減量化、無害化、資源化”處置生活垃圾的最佳方式，引起國家高度重視與關注，是我國乃至世界近10年解決無地可填埋局面的最主要方式[1-2]。

1 垃圾焚燒發(fā)電廠的用水簡介

在垃圾焚燒發(fā)電廠中，水管就像人的血管，汩汩流動，遍布“全身”，是維持垃圾焚燒發(fā)電廠運行不可或缺的重要部分。我國水資源分布不均勻及短缺，保持設計垃圾焚燒發(fā)電廠的水量平衡尤為重要。

垃圾焚燒發(fā)電廠與常規(guī)火力發(fā)電廠有很多相似的地方，比如：均需要大量的用水；均是將固體燃料在焚燒爐爐膛內燃燒，釋放出熱量作為發(fā)電機的原始能量，剩余的殘渣和煙氣經處理達標后排放等。垃圾焚燒發(fā)電廠與常規(guī)火力發(fā)電廠也有很多不同的地方，比如：常規(guī)火力發(fā)電廠燃料主要為燃煤，垃圾焚燒發(fā)電廠使用垃圾作為燃料，不僅能夠減少垃圾90%的體量，解決填埋場的危機，還能將“無用的”垃圾轉化為“有用的”電能，創(chuàng)造可觀的經濟價值。

垃圾焚燒發(fā)電廠主要的用水分為工業(yè)用水和生活用水兩部分。生活用水水源主要為市政自來水，水量不到生產用水的1%，故文章不予討論。垃圾焚燒發(fā)電廠的生產水源，主要為地表水。

2 垃圾焚燒發(fā)電廠給排水設計項目實例

2.1 垃圾焚燒發(fā)電廠常規(guī)用水量設計

在進行垃圾焚燒發(fā)電廠廢水綜合治理之前，需通過水平衡測試對全廠的用水情況進行摸底，為后期節(jié)水用水、廢水綜合治理、廢水分級、分類循環(huán)利用過程提供技術指導。測試內容如下：（1）全廠原水總消耗量及用水調查。包括總取水量、用水量、循環(huán)水量、回用水量、消耗水量、排放水量等，計算全廠發(fā)電耗水量、回用水率等。（2）各分系統(tǒng)耗水量的測定。包括低壓工業(yè)水系統(tǒng)、雜用沖洗水系統(tǒng)、脫硫工藝用水、生活用水、消防用水等。（3）排放廢水量、回用水量的測定、測試廢水處理系統(tǒng)的水量及處理后清水的回用、排放水量[3]。

以浙江某規(guī)模為1500t/d的垃圾焚燒發(fā)電廠為例，對其生產用水進行分析，此項目生產水源采用地表水，經過一體化凈水器凈化后，進入工業(yè)消防水池，供應廠區(qū)內的冷卻塔補水。因為此垃圾焚燒發(fā)電廠采用濕法技術及減濕脫白技術，所以冬季的用水量可作為最不利用水的季節(jié)來討論，主要用水：（1）循環(huán)冷卻水。供水對象為1臺35MW汽輪發(fā)電機組、空冷器、冷油器及煙氣濕法系統(tǒng)、煙氣脫白減濕系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)。總循環(huán)冷卻水量為227040t/d（即9460t/h）。

（2）廠房內輔機的工業(yè)冷卻水。經冷卻塔后循環(huán)再利用。該部分循環(huán)用水主要包括汽機間的高壓給水泵冷卻水，閉式冷卻水裝置、爐排液壓裝置、一次風機冷卻、冷凍式干燥機冷卻水、污泥凝結器冷卻水等?？傆盟繛?880t/d（161t/h）。（3）工業(yè)新水用水量。主要包括循環(huán)水補水、廠區(qū)綠化用水及道路沖洗水等。綠化定額按照1.5L/（m2·d），約35m3/d。道路沖洗約20m3/d，主廠房沖洗地面用水約12m3/d，棧橋及卸料大廳沖洗用水約12m3/d，循環(huán)水補水3838t/d，工業(yè)新水總用水量為3952t/d。（4）回用水用水量。廠區(qū)對于用水水質要求較低的煙氣凈化系統(tǒng)工藝用水、石灰漿制備用水、飛灰穩(wěn)定化用水、出渣機冷卻用水及定排降溫池冷卻用水等使用冷卻塔潔凈的排污水，該部分用水量為1202t/d。剩余未回用的冷卻塔排污水、化水制備反沖洗水送至場外污水管網。石灰漿制備用水采用滲瀝液處理站、洗煙廢水處理站、脫白減濕廢水處理站產生的濃縮液，該部分水量共計154t/d，不能被消耗的濃縮液回噴焚燒爐。

2.2 垃圾焚燒發(fā)電廠常規(guī)進水凈化流程設計

一體化凈水裝置和城市供水廠的凈化流程相同，包括混凝池、沉淀池、過濾池、反沖洗裝置等。其主要工藝段介紹如下：（1）混凝池。投加混凝劑的原水由進水管進入混凝池內，使水中的懸浮物和混凝劑充分接觸反應形成礬花。（2）沉淀室。水經加混凝劑混凝后形成礬花，流到設備的沉淀池內沉淀，沉淀池采用斜管沉淀法，經過梯形斜板沉淀室沉淀完成后固液分離，沉淀下來的污泥排入泥斗送至污泥處理站處理。（3）過濾池。經沉淀后的水流到過濾池過濾，濾池結構：底部為布水管，中部為石英砂，上部為無煙煤。過濾速度為10m3/h，最后清水流到工業(yè)水池內供廠區(qū)使用。過濾池反沖周期為12h左右，反沖時間為5～10min。反洗及排泥水進入沉淀池，上清液回流至凈水器再處理，污泥主要為泥沙沉積，定期清挖后送至垃圾倉焚燒。

2.3 垃圾焚燒發(fā)電廠冷卻塔形式選用比較

水的冷卻系統(tǒng)有直流式和循環(huán)式，循環(huán)式系統(tǒng)有開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)，綜合考慮水的冷卻效率和對環(huán)境的影響，電廠冷卻水系統(tǒng)一般采用“機械通風冷卻塔+循環(huán)水泵”和“自然通風冷卻塔+循環(huán)水泵”兩種方式，以上兩種供水方案比較如表1所示。

表1 循環(huán)冷卻用水供水方案比較

從技術性角度分析，以上兩個方案均可滿足要求；從經濟性角度分析，方案二一次性投資費用較高，而綜合年費用值比方案一略低。另外，方案一占地面積小，配置靈活，可滿足近遠期不同規(guī)模的規(guī)劃，而方案二土建費用高，占地面積大，施工要求高。綜上所述，該工程推薦采用方案一，即“機械通風冷卻塔+循環(huán)水泵”的循環(huán)水供水系統(tǒng)。

2.4 該項目實例給排水設計優(yōu)缺點分析

（1）該項目給排水設計的優(yōu)點。①浙江區(qū)域地表水資源豐富，該項目充分利用附近地表水資源作為生產水源，與使用市政自來水相比價格較低，與使用地下水相比，對水資源環(huán)境污染更小，并易于處理。②循環(huán)水補水在工業(yè)消防水池中儲存了8h的水量，一旦取水泵房檢修或地表水處于旱季無法滿足廠內用水量需求，就能夠使用水池內的儲備水來保證該垃圾焚燒發(fā)電廠的正常運行。③該項目采用冷卻塔排污水供應洗滌塔補水、反應塔冷卻水、石灰制漿、飛灰穩(wěn)定化、出渣機冷卻水、定排降溫冷卻用水，這樣合理復用排污水，可顯著減少排入市政污水管網的水量。④采用“機械通風冷卻塔+循環(huán)水泵”的循環(huán)水供水系統(tǒng)，可以滿足綜合費用低、占地面積小、冷卻性能好的要求。⑤該項目設計了3臺循環(huán)水泵，3用0備，既滿足了規(guī)范要求，又可減少前期設備的投資。⑥該項目進廠物流通道總面積約為4000m2，前15min收集初期雨水，計算雨水流量為120m3/次。故在廠區(qū)內設置初期雨水收集池，有效容積200m3。初期雨水進入廠內滲瀝液處理站，經處理達標后在廠內回用。由于雨水管道的最終出處為地表水，因此處理水質較差的初期雨水后可有效減少對該區(qū)域及河流下游區(qū)域的水資源的污染。⑦為了控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)內引起的結垢和腐蝕，避免微生物及藻類生長繁殖，保證設備的熱交換效率，延長設備使用年限，以達到安全運行、節(jié)約能耗、節(jié)約用水的目的，該項目采用了循環(huán)水水質穩(wěn)定措施，在系統(tǒng)中投加阻垢緩蝕劑。

（2）該項目給排水設計的缺點。①真空泵冷卻水、液壓站冷卻用水、一二次風機冷卻水、冷干機冷卻水等與后期實際廠家的用水相差較大，造成水泵的選用和水池的容積有一定的偏差。②道路沖洗用水、主廠房沖洗地面用水和棧橋及卸料大廳沖洗用水等使用了工業(yè)新水，此部分用水可采用清潔的廢水排水，以達到最大化利用水資源的目的。③根據實際項目調查，空壓機冷卻水采用閉式循環(huán)水冷卻較好，采用開式循環(huán)水進行換熱，可減少空壓機管道的水垢生成、延長空壓機清洗的周期，保證廠區(qū)內發(fā)電機的正常負荷運行。④化水制備設備排出的濃水實際出水達到了冷卻塔補水的水質要求，可回用至冷卻塔補水，充分利用水資源。⑤可將真空泵、其他泵用、液壓站、一二次風機、煙氣再循環(huán)風機、空壓機、冷干機、引風機用水改為由工業(yè)新水泵供水，其他冷卻用水及消耗用水仍由工業(yè)冷卻水泵供水，以出水作為冷卻塔補水。這樣可在循環(huán)水水質要求較高的設備中使用工業(yè)新水，既有效利用了冷卻塔補水，又減小了工業(yè)冷卻水泵的流量參數，降低了造價。

3 結束語

由于垃圾焚燒發(fā)電廠在國內實際發(fā)展的年限短，可查詢的國家規(guī)范及圖集有限，主要參考小型火力發(fā)電廠的規(guī)范及標準，因此相關研究人員不僅要研究規(guī)范中對于給排水的要求，還應該結合實際工程中的經驗和各個地區(qū)環(huán)保法規(guī)的要求變化，來調整并完善垃圾焚燒發(fā)電廠的給排水設計。