發(fā)電企業(yè)用水深度優(yōu)化與節(jié)水策略研究

黃彥彰

（中國(guó)華電集團(tuán)有限公司 北京 100000）

引言

火力發(fā)電廠是工業(yè)用水大戶(hù)，其用水量和排水量巨大。隨著國(guó)家各項(xiàng)環(huán)境保護(hù)政策、法規(guī)的逐步實(shí)施，各發(fā)電集團(tuán)公司為創(chuàng)建節(jié)約環(huán)保型燃煤發(fā)電廠，對(duì)火電廠的單位發(fā)電量取水量提出了嚴(yán)格的要求指標(biāo)；同時(shí)，對(duì)排水量和排水水質(zhì)的限制也越來(lái)越嚴(yán)格。要達(dá)到這些目標(biāo)，實(shí)施有效的節(jié)水措施是一條最佳途徑。

1 機(jī)組概述

北方某發(fā)電廠為一期4×300MW 機(jī)組和二期2×600MW 機(jī)組。一期4×300MW 機(jī)組于1996 年全部投產(chǎn)發(fā)電，二期2×600MW 機(jī)組于2008 年投產(chǎn)發(fā)電。一期總?cè)∷繛橐黄诓捎玫乇硭鳛檠a(bǔ)水水源，二期采用城市中水作為補(bǔ)水水源。通過(guò)水平衡試驗(yàn)對(duì)火力發(fā)電廠各個(gè)取水、用水、排水和耗水水量以及水質(zhì)的測(cè)定，查清火電廠的用水狀況，正確評(píng)價(jià)火力發(fā)電廠的用水水平，提出可行性節(jié)水措施和預(yù)計(jì)節(jié)水效果[1]。

2 生產(chǎn)用水狀況

一期全廠總?cè)∷繛?461.6t/h，一期全廠總排放水量為409.3t/h。一期循環(huán)水塔補(bǔ)水為1775.6t/h 地表水，水塔蒸發(fā)量為1332.2t/h，剩余部分全部為循環(huán)水的排污水，其中排污水有377.7t/h 排放至灰水系統(tǒng)，另外65.7t/h 補(bǔ)至一期脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水。一期脫硫系統(tǒng)還需補(bǔ)充187.3t/h 的地表水才能滿(mǎn)足補(bǔ)水要求。循環(huán)水塔和脫硫系統(tǒng)補(bǔ)充水占一期總?cè)∷康?4.8%，循環(huán)水塔和脫硫系統(tǒng)排放水量占一期總排放水量的92.3%。二期全廠總?cè)∷繛?375.1t/h，二期全廠總排放水量為381.6t/h。二期循環(huán)水塔補(bǔ)水為1900.7t/h 的城市中水，水塔蒸發(fā)量為1369.1t/h，剩余部分全部為循環(huán)水的排污水，其中排污水有348.1t/h 排放至灰水系統(tǒng)，另外183.5t/h 補(bǔ)至二期脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水。二期脫硫系統(tǒng)還需要補(bǔ)充54.6t/h 的地表水才能滿(mǎn)足補(bǔ)水要求。循環(huán)水塔和脫硫系統(tǒng)補(bǔ)充水占二期總?cè)∷康?2.3%，循環(huán)水塔和脫硫系統(tǒng)排放水量占一期總排放水量的91.2%。循環(huán)水塔和脫硫系統(tǒng)即是全廠取水的最大用戶(hù)，也是全廠廢水最大排放點(diǎn)。解決好兩個(gè)系統(tǒng)取水和用水問(wèn)題，找出系統(tǒng)中可能的節(jié)水方法，可以起到降低成本、提高水資源利用效率、減少?gòu)U水排放的作用。

3 節(jié)水潛力分析

通過(guò)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)用水和排水水質(zhì)狀況的分析，才能找到安全、有效的節(jié)水潛力。

3.1 循環(huán)水節(jié)水

一期地表水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 地表水全分析數(shù)據(jù)主要報(bào)表

從表1 的化驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，地表水水質(zhì)相對(duì)較好，含鹽量、堿度、氯離子、鈣鎂離子、懸浮物等含量均較低[2]。一期循環(huán)水塔濃縮倍率控制在3.0 左右，參照循環(huán)水阻垢劑動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)控制循環(huán)水濃縮倍率3.5～4.0 倍，一期循環(huán)水可以減少排水水量100t/h 左右，相應(yīng)減少地表水補(bǔ)水100t/h，一期循環(huán)水排污水量由443.4t/h 降低至340t/h 左右。濃縮后的循環(huán)水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 一期循環(huán)水排污水主要水質(zhì)數(shù)據(jù)表

從表2 的化驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)循環(huán)水濃縮后的排污水水質(zhì)相對(duì)較好，雜質(zhì)離子含量可以滿(mǎn)足脫硫系統(tǒng)用水要求，但是排水量相對(duì)較大，脫硫系統(tǒng)不能全部接收回用。由于一期循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)含有黃銅材質(zhì)設(shè)備，材質(zhì)耐氯性在50mg/L 以下，已經(jīng)不具備排水作為循環(huán)水補(bǔ)水回用的方式，也無(wú)法大幅度提升循環(huán)倍率?？紤]一期循環(huán)水排污水水質(zhì)相對(duì)較好，只簡(jiǎn)單回用到脫硫系統(tǒng)存在較大的水資源浪費(fèi)，尋找提高用水效率的可能性成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵[3]。二期城市中水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表3，二期循環(huán)水控制指標(biāo)見(jiàn)表4。

表3 二期城市中水水質(zhì)主要數(shù)據(jù)報(bào)表

表4 二期循環(huán)水運(yùn)行控制指標(biāo)

從表3 與表2 數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，一期循環(huán)水排污水水質(zhì)與二期城市中水水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，氯離子含量相對(duì)較低，鈣離子、硫酸根離子、COD 含量接近，雖然濁度、堿度、pH 值等指標(biāo)高于城市中水水質(zhì)。由于二期循環(huán)水系統(tǒng)全部為316L 不銹鋼材質(zhì)設(shè)備，耐腐蝕性相對(duì)較好，對(duì)補(bǔ)充水水質(zhì)要求相對(duì)較低[4]。從表4 的數(shù)據(jù)可以看出，一期循環(huán)水排污水水質(zhì)仍然可以滿(mǎn)足二期循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)要求，可以作為二期循環(huán)水補(bǔ)充水回用，二期循環(huán)水濃縮倍率可以由試驗(yàn)期間的3.0 倍左右提高至8～10 倍。二期循環(huán)水排污水氯離子含量1000mg/L 以下，水質(zhì)仍然可以作為一期、二期脫硫系統(tǒng)的補(bǔ)充水使用[5]。一期和二期機(jī)組作為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立用水和排水單位，經(jīng)過(guò)相互間的取水調(diào)整，可以有效的整合水資源使用效率，降低了企業(yè)取水量，大幅降低廢水排放量，綜合利用后可以達(dá)到零排放的要求。

全廠循環(huán)水節(jié)水主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）一期循環(huán)水提高濃縮倍率至3.5～4.0 倍，可以節(jié)約地表水補(bǔ)水100t/h 左右，一期循環(huán)水排污水量由443.4t/h下降至340t/h 左右。（2）一期循環(huán)水排污水全部回用至二期循環(huán)水塔補(bǔ)水使用，可以減少二期城市中水補(bǔ)水340t/h。（3）一期、二期脫硫系統(tǒng)用水優(yōu)先使用二期循環(huán)水排污水作為補(bǔ)水水源。二期循環(huán)水濃縮倍率由3.0 倍左右提高至8～10 倍。二期循環(huán)水排污水量可以由531.6t/h 降至150t/h 左右。

3.2 脫硫系統(tǒng)節(jié)水

隨著國(guó)家重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的協(xié)同發(fā)展，提出“超低排放”、“節(jié)能減排”、“綠色發(fā)展”等發(fā)展理念。我國(guó)脫硫技術(shù)得到了顯著提升，脫硫技術(shù)得到積極的推廣。但是在煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)需要消耗一部分水量。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行所產(chǎn)生的廢水含鹽量高，水中含有大量重金屬離子，廢水回收處理的難度相對(duì)較大，所以減少脫硫系統(tǒng)的用水和排放對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。

一期脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量為120t/h，二期脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)額定用水量為125t/h。一期實(shí)際使用水量為253t/h，二期實(shí)際使用水量為238.1t/h。脫硫系統(tǒng)的用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)用水量。減少脫硫系統(tǒng)的用水量和循環(huán)水排污水回收利用是解決問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。

一期脫硫系統(tǒng)用水量主要是3 號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵存在機(jī)封漏水現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)處理，一期脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水量降低至設(shè)計(jì)用水量以下。二期脫硫水耗主要集中在三個(gè)方面：（1）凈煙氣水蒸汽量及煙氣攜帶液態(tài)水滴量。（2）脫硫石膏結(jié)晶水及石膏附著水。（3）脫硫廢水排放。其中煙氣攜帶水量受負(fù)荷、煙氣溫度影響較大，人為調(diào)節(jié)空間不大。石膏帶走水分相對(duì)較少。

節(jié)水空間主要集中在脫硫廢水排放方面。二期兩臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)各級(jí)吸收塔均不同程度的連續(xù)發(fā)生漿液溢流和起泡現(xiàn)象。在運(yùn)行過(guò)程中錯(cuò)誤的認(rèn)為脫硫補(bǔ)水水質(zhì)不好是造成漿液溢流和起泡的原因，所以加大了脫硫工藝水的補(bǔ)水。吸收塔溢流起泡現(xiàn)狀見(jiàn)圖1。

圖1 脫硫吸收塔溢流起泡現(xiàn)狀

一般情況下，導(dǎo)致吸收塔漿液溢流起泡的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中投油、燃燒不充分，煤焦油和細(xì)煤粉等未燃盡的成分進(jìn)入吸收塔，造成吸收塔漿液有機(jī)物含量增加；

（2）除塵器運(yùn)行狀況不佳，吸收塔入口粉塵濃度超出設(shè)計(jì)值；

（4）脫硫廢水處理系統(tǒng)不能正常投入，導(dǎo)致吸收塔漿液品質(zhì)逐漸惡化；

（5）脫硫工藝水和吸收塔補(bǔ)充水的水質(zhì)不佳，導(dǎo)致COD、BOD 等含量超標(biāo)。

對(duì)二期脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析。從燃燒方式上看，二期機(jī)組鍋爐采取等離子點(diǎn)火的方式，燃燒效率正常，并且近期未出現(xiàn)溢流出黑色泡沫的情況。二期機(jī)組除塵器運(yùn)行基本正常，吸收塔入口煙塵濃度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)值要求。電廠脫硫系統(tǒng)的吸收塔漿液密度、漿液pH 值、吸收塔液位、漿液循環(huán)泵的切換等主要運(yùn)行參數(shù)均基本上控制在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。循環(huán)水補(bǔ)充吸收塔水質(zhì)COD、BOD 等含量指標(biāo)均在合格范圍之內(nèi)。查閱石灰石粉化驗(yàn)結(jié)果可知，近半年的石灰石粉中的CaO 含量基本在50%以上，但MgO 含量超過(guò)，粒徑（250 目）超標(biāo)，酸不溶物未檢測(cè)，從現(xiàn)有的石灰石化驗(yàn)項(xiàng)目和結(jié)果來(lái)看，石灰石品質(zhì)相對(duì)較差，無(wú)法滿(mǎn)足脫硫運(yùn)行的要求，所以石灰石粉的品質(zhì)不佳造成漿液起泡的直接原因。采用合格的石灰石粉后吸收塔漿液溢流起泡現(xiàn)象消除。吸收塔漿液氯離子濃度數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 吸收塔漿液氯離子濃度（mg/l）

從表5 的化驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，二期脫硫吸收塔漿液氯離子濃度控制在921～1732mg/l，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于DL/T 1477—2015《火力發(fā)電廠脫硫裝置技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》中石膏漿液氯離子含量宜控制在10000mg/l 以?xún)?nèi)的要求。脫硫廢水排放目的是為了維持吸收塔內(nèi)漿液氯離子和金屬離子的水平，保證石膏正常結(jié)晶，需要定期向外排放廢水。因此，運(yùn)行應(yīng)按照吸收塔漿液中氯離子濃度來(lái)確定脫硫廢水排放量，而非無(wú)序排放。

經(jīng)過(guò)對(duì)一期、二期循環(huán)水系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)用水情況排查與治理，脫硫系統(tǒng)總用水量已經(jīng)由491.1t/h 降低至230t/h 左右。采用優(yōu)化后的二期循環(huán)水排污水（150t/h）回用脫硫系統(tǒng)，輔助部分工業(yè)廢水系統(tǒng)處理后的產(chǎn)水，可以實(shí)現(xiàn)用水平衡，節(jié)水、排水量減少1066.9t/h，提高發(fā)電廠內(nèi)水的利用效率，減少原水取水量，提高復(fù)用水率，減少?gòu)U水排放量，在保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行的前提下，達(dá)到節(jié)約用水的目的。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)用水、排水水質(zhì)分析，尋找安全、有效的節(jié)水方法，達(dá)到了節(jié)水的目的。節(jié)水情況對(duì)比見(jiàn)圖2 和圖3。

圖2 調(diào)整前用水情況

圖3 調(diào)整后用水情況

調(diào)整前水塔和脫硫系統(tǒng)共需要補(bǔ)充原水3918.2t/h，而調(diào)整后水塔和脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水量降至2851.3t/h，可減少原水補(bǔ)水1066.9t/h，用水量下降27.2%，循環(huán)水系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)零排放。機(jī)組利用小時(shí)數(shù)按照5000h 計(jì)算，水費(fèi)每噸1.65 元，每年可以節(jié)約水費(fèi)880.2 萬(wàn)元。

結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家各項(xiàng)環(huán)境保護(hù)政策、法規(guī)的驅(qū)動(dòng)下，火力發(fā)電廠取水、用水、排水提出了更高的要求。水平衡試驗(yàn)可以掌握火力發(fā)電廠各個(gè)系統(tǒng)用水狀況，結(jié)合水質(zhì)化驗(yàn)分析，找出提高水復(fù)用效率的方法，從而減少?gòu)U水排放量和原水取水量，這樣即保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，有達(dá)到了節(jié)約用水的目的。