350MW濕冷燃煤供熱機(jī)組循環(huán)冷卻水生化處理試驗(yàn)研究

廖洪峰 劉明海 馮培峰 王金燦 馮寶泉 劉政修 郭 強(qiáng) 趙瀟然

（1. 京能十堰熱電有限公司，湖北 十堰 442000；2. 北京京能能源技術(shù)研究有限責(zé)任公司，北京 100022）

0 引言

《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國水污染防治法》、《中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法》以及地方政府制定的環(huán)保制度和標(biāo)準(zhǔn)，要求排入河湖的污染物不得超過國家或者地方規(guī)定的水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。2015年04月，國務(wù)院頒布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（水十條），提出了水污染防治的總體要求，并制定了2020～2030年工作目標(biāo)及主要指標(biāo)。2018年《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》提出，著力打好碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。

火電廠是工業(yè)用水大戶，用、排水量巨大，積極開展火力發(fā)電廠深度節(jié)水，實(shí)現(xiàn)全廠廢水零排放高度契合國家政策，是應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任，并關(guān)系到企業(yè)的生存和可持續(xù)發(fā)展。

京能十堰熱電有限公司（以下簡稱十堰熱電）是北京市與十堰市對(duì)口協(xié)作項(xiàng)目。廠址位于十堰市張灣區(qū)工業(yè)開發(fā)園區(qū)，距離市中心5km。該項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)4×350MW燃煤供熱機(jī)組，按“一次規(guī)劃、分期建設(shè)”的方式實(shí)施。項(xiàng)目一期建設(shè)2×350MW國產(chǎn)超臨界抽凝式供熱機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝設(shè)施，是京能集團(tuán)和十堰市政府共同建設(shè)的‘南水北調(diào)標(biāo)桿工程、民生工程、生態(tài)環(huán)保工程及社會(huì)效益、生態(tài)效益和技術(shù)示范性工程。

十堰熱電現(xiàn)有裝機(jī)容量為2×350MW機(jī)組，鍋爐為上海電氣集團(tuán)股份有限公司制造；汽輪機(jī)是東方電氣集團(tuán)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、三缸兩排汽、單軸、8級(jí)回?zé)帷窭?、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組冷端采用帶自然通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)冷卻，兩機(jī)一塔、一機(jī)三泵擴(kuò)大單元制方式；發(fā)電機(jī)系東方電氣集團(tuán)生產(chǎn)的水-氫-氫冷卻、靜態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。

目前，循環(huán)冷卻水處理工藝采用“阻垢+緩蝕”、沖擊式加殺菌滅藻劑方式，循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水為城市中水。為保證“南水北調(diào)”工程最大生態(tài)效益及社會(huì)效益，節(jié)約水資源，降低發(fā)電綜合水耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，十堰熱電積極開展全廠深度節(jié)水工作，實(shí)現(xiàn)全廠廢水零排放。

循環(huán)冷卻水生化處理技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)的火電廠循環(huán)冷卻水加酸、加阻垢緩蝕劑等聯(lián)合化學(xué)處理方法，利用經(jīng)過篩選、培養(yǎng)、馴化的有益微生物菌群和相適應(yīng)的營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)敞開式循環(huán)冷卻水進(jìn)行微生物化學(xué)處理，根據(jù)循環(huán)冷卻水補(bǔ)水水質(zhì)，循環(huán)冷卻水倍率控制在8～20倍運(yùn)行的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的阻垢、緩蝕、避免藻類滋生粘泥等處理目標(biāo)。為保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，十堰熱電進(jìn)行了循環(huán)冷卻水生化處理動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證循環(huán)冷卻水生化處理技術(shù)效果，并確定實(shí)際運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)。

1 循環(huán)冷卻水生化處理動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

十堰熱電全廠生產(chǎn)用水水源取自神定河污水處理廠處理后出水，動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 循環(huán)冷卻水補(bǔ)水水質(zhì)

1.2 試驗(yàn)過程

循環(huán)冷卻水生化處理動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)分三個(gè)階段：

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)備：接取試驗(yàn)用水、動(dòng)模裝置（裝置配備儀器、儀表、熱力、動(dòng)力系統(tǒng)、管路閥門等）調(diào)試、試驗(yàn)需用藥品及試片、試管用品材料、常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)分析化驗(yàn)準(zhǔn)備；

（2）試驗(yàn)階段：主要是正式啟動(dòng)循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置后，循環(huán)冷卻水濃縮、穩(wěn)定倍率運(yùn)行兩個(gè)階段，主要包括金屬試片加掛、日常水質(zhì)化驗(yàn)分析、運(yùn)行數(shù)據(jù)查看等；

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：模擬試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)、金屬試片、試管管樣及試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析等。

1.2.1 循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)濃縮階段

循環(huán)冷卻水濃縮階段：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)只進(jìn)行補(bǔ)水，不排污，進(jìn)行循環(huán)冷卻水濃縮，基本上每天濃縮倍率增加1倍左右，至16d時(shí)循環(huán)冷卻水濃縮倍率達(dá)到 16倍，在此期間調(diào)控循環(huán)冷卻水主要指標(biāo)pH在7.5～8.2之間，堿度＜2.0mmol/L，從日常水質(zhì)分析數(shù)據(jù)看均在此范圍內(nèi)，兩組試管在線污垢熱阻在0.002～0.004×10-4（m2·K/W）之間，在線電導(dǎo)率成線性趨勢(shì)上升，最高至7630μS/cm。

表2 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)循環(huán)冷卻水水質(zhì)

1.2.2 循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)運(yùn)行階段

循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)日常運(yùn)行控制階段，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)維持濃縮倍率在15～16倍區(qū)間運(yùn)行。調(diào)整設(shè)定動(dòng)態(tài)模擬裝置在線電導(dǎo)率，對(duì)應(yīng)電磁閥開啟停止上下限在7500～7600μS/cm，排污流量設(shè)定6L/h，保持循環(huán)冷卻水濃縮倍率在15～16倍間波動(dòng)，分析控制循環(huán)冷卻水pH與堿度等指標(biāo)，觀察控制電腦在線污垢熱阻變化情況，觀察各試片情況，觀察冷卻塔內(nèi)部填料有無綠藻類滋生。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)循環(huán)冷卻水日常分析是指試驗(yàn)裝置啟動(dòng)運(yùn)行后，每天定點(diǎn)取循環(huán)冷卻水樣化驗(yàn)分析，確認(rèn)循環(huán)冷卻水生化處理調(diào)控在預(yù)計(jì)控制范圍之內(nèi)。

（1）循環(huán)冷卻水pH及堿度分析

模擬試驗(yàn)循環(huán)冷卻水pH總體在7.5～8.2區(qū)間波動(dòng)，堿度總體在1.0～2.0mmol/L區(qū)間波動(dòng)，與循環(huán)冷卻水生化處理調(diào)控pH 7.5～8.2、堿度≤2.0相吻合，循環(huán)冷卻水沒有酚酞堿度出現(xiàn)，無碳酸鈣水垢形成，說明以此做補(bǔ)充水的循環(huán)冷卻水生化處理可控。動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)循環(huán)冷卻水主要水質(zhì)指標(biāo)分析數(shù)據(jù)參如表2所示，循環(huán)冷卻水在線pH曲線圖如圖1所示；

（2）循環(huán)冷卻水結(jié)垢傾向分析

分析以Cl-和Ca2+計(jì)算的循環(huán)冷卻水濃縮倍率，兩者相差最大值為0.11，說明Ca2+沒有結(jié)垢析出，循環(huán)冷卻水生化處理可實(shí)現(xiàn)高濃縮倍率15～16倍穩(wěn)定運(yùn)行。循環(huán)冷卻水日常監(jiān)測濃縮倍率（以Cl-計(jì)）曲線如圖2所示，循環(huán)冷卻水化驗(yàn)日常監(jiān)測Ca2+變化曲線如圖3所示，循環(huán)冷卻水Ca2+與Cl-濃縮倍率比較參如圖4所示；

（3）循環(huán)冷卻水電導(dǎo)率分析

模擬試驗(yàn)循環(huán)冷卻水電導(dǎo)率與含鹽量基本成線性比例關(guān)系，由于生化處理的特點(diǎn)，要消耗堿度等帶電離子，所以電導(dǎo)率的濃縮倍率比氯離子和鈣離子濃縮倍率同比低約1倍左右，為此，生化處理的循環(huán)冷卻水電導(dǎo)率可作為判斷循環(huán)冷卻水濃縮倍率的指標(biāo)。循環(huán)冷卻水在線電導(dǎo)率曲線如圖5所示，循環(huán)冷卻水化驗(yàn)日常監(jiān)測Ca2+變化曲線如圖3所示；

（4）循環(huán)冷卻水水質(zhì)分析

循環(huán)冷卻水濁度及懸浮物無明顯變化，符合GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]要求；循環(huán)冷卻水色度有較大幅度增加，符合生化處理特點(diǎn)；循環(huán)冷卻水CODcr較高，基本為很難生物降解的CODcr部分；循環(huán)冷卻水氨氮較低，符合GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》不大于5mg/L要求。循環(huán)冷卻水水質(zhì)如表3所示；

（5）動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)在線污垢熱阻分析

污垢熱阻是循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)重要的指標(biāo)，是確定循環(huán)冷卻水阻垢處理效果的重要表征。循環(huán)冷卻水生化處理在高濃縮倍率下阻垢效果異常優(yōu)異，整個(gè)模擬試驗(yàn)期間最高污垢熱阻為0.0035×10-4（m2.K/W），遠(yuǎn)小于GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求不大于3.44×10-4（m2.K/W）的要求。循環(huán)冷卻水在線污垢熱阻曲線如圖6所示；

表3 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)循環(huán)冷卻水水質(zhì)

（6）動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)不銹鋼金屬試片腐蝕情況分析

金屬試片的腐蝕情況也是循環(huán)冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)重要指標(biāo)，是循環(huán)冷卻水處理緩蝕效果的重要表征。試驗(yàn)結(jié)果表明，不銹鋼金屬試片平均腐蝕率為0.00014mm/a，均遠(yuǎn)小于0.005mm/a，沒有局部腐蝕，緩蝕效果顯著，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，試片平均腐蝕速率計(jì)算評(píng)價(jià)情況如表4所示，腐蝕指示片外觀如圖7所示；

（7）動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)不銹鋼金屬試管粘附速率情況分析

不銹鋼試管的粘附速率主要表征循環(huán)冷卻水污垢沉積吸附在金屬管內(nèi)表面的情況，也是反映循環(huán)冷卻水處理阻垢分散、抑垢、除垢的效果。根據(jù)本次動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)兩支換熱管的肉眼觀察和處理后定量分析，平均粘附速率為0.095mg/cm2.月，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》不應(yīng)大于15mg/cm2.月要求，試管處理數(shù)據(jù)分析如表5所示；

（8）動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)抑制有害菌藻情況分析

由于動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)總體運(yùn)行時(shí)間較短，所以試驗(yàn)結(jié)束時(shí)運(yùn)行20d的水樣進(jìn)行循環(huán)冷卻水異養(yǎng)菌總數(shù)分析，按國標(biāo)GB/T 14643.1-2009《工業(yè)循環(huán)冷卻水中粘液形成菌的測定平皿計(jì)數(shù)法》[2]進(jìn)行測定分析，經(jīng)過培養(yǎng)最終測定A組循環(huán)冷卻水中異養(yǎng)菌總數(shù)為32000CFU/mL，B組循環(huán)冷卻水中異養(yǎng)菌總數(shù)為31500CFU/mL，均符合GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》不應(yīng)大于100000CFU/mL要求。

3 結(jié)語

（1）循環(huán)冷卻水生化處理技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)的火電廠循環(huán)冷卻水化學(xué)藥劑處理方法，利用經(jīng)過篩選、培養(yǎng)、馴化的有益微生物菌群和相適應(yīng)的營養(yǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)敞開式循環(huán)冷卻水進(jìn)行微生物化學(xué)處理，大幅度提高循環(huán)冷卻水倍率，實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的阻垢、緩蝕、殺菌滅藻等目標(biāo)，保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保運(yùn)行；

表4 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)兩組循環(huán)冷卻水金屬試片腐蝕速率及評(píng)價(jià)

表5 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)兩組循環(huán)冷卻水金屬試管粘附速率及評(píng)價(jià)

（2）循環(huán)冷卻水生化處理動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，碳鋼及不銹鋼腐蝕速率、污垢熱阻、粘附速度及有害微生物指標(biāo)均能滿足GB/T50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》要求；

（3）通過循環(huán)冷卻水生化處理技術(shù)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，確定了實(shí)際生產(chǎn)控制指標(biāo)：pH7.5～8.2、氯離子不大于1200mg/L、鈣離子不大于900mg/L，循環(huán)冷卻水濃縮倍率控制在10～15倍之間；

（4）循環(huán)冷卻水生化處理技術(shù)與傳統(tǒng)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)相比，具有節(jié)水減排、對(duì)環(huán)境無二次污染、運(yùn)行參數(shù)控制穩(wěn)定、補(bǔ)充水質(zhì)變化容忍度超強(qiáng)、阻垢和溶垢同步、沒有新增設(shè)備投資和原有設(shè)備改造投資、綜合運(yùn)營成本較低等系列優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新了火力發(fā)電廠節(jié)水方法及循環(huán)冷卻水管理手段，可應(yīng)用于火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水處理；

（5）根據(jù)GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》，考慮循環(huán)冷卻水系統(tǒng)風(fēng)吹泄漏損失，當(dāng)循環(huán)冷卻水濃縮倍率達(dá)到15及以上時(shí)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)無排污水，實(shí)現(xiàn)全廠廢水零排放，對(duì)“南水北調(diào)”工程具有巨大的生態(tài)效益及社會(huì)效益；

（6）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用生化處理技術(shù)后，循環(huán)冷卻水濃縮倍率可以達(dá)到10倍以上，經(jīng)核算每年減少循環(huán)冷卻排污水180萬噸，直接經(jīng)濟(jì)效益252萬元；循環(huán)冷卻水生化處理藥劑費(fèi)用比傳統(tǒng)藥劑處理費(fèi)用多100萬元，每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用152萬元；

（7）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用生化處理技術(shù)后，每年減少生產(chǎn)水取水量180萬噸，可降低發(fā)電綜合水耗0.6m3/MW·h以上。