某光熱電站水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張嵐

中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，中國·浙江 杭州 310012

1 引言

光熱電站在中國多建于西北荒漠戈壁灘，氣候干旱少雨，水資源較為缺乏。機(jī)組主機(jī)采用直接空冷系統(tǒng)，輔機(jī)采用機(jī)械通風(fēng)濕冷系統(tǒng)，末端廢水采用蒸發(fā)塘零排放。隨著環(huán)保要求日趨嚴(yán)苛，環(huán)評(píng)禁用蒸發(fā)塘的情況下，如何經(jīng)濟(jì)便捷的減少末端廢水量。本文通過技術(shù)調(diào)研，確定了最佳工藝路線，旨在為將來類似項(xiàng)目提供可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

某135MW 光熱電站，計(jì)劃于2022年投產(chǎn)，電廠水源為城市自來水，機(jī)組主機(jī)采用直接空冷系統(tǒng)，輔機(jī)采用機(jī)械通風(fēng)濕冷系統(tǒng)。環(huán)評(píng)要求廢水零排放且不允許采用蒸發(fā)塘。

3 水處理設(shè)計(jì)流程

3.1 水源水質(zhì)

為盡量減少末端廢水量，循環(huán)水排污水8.5m3/h 必須回用。擬與自來水一起進(jìn)行處理后作為蒸汽發(fā)生器補(bǔ)給水處理系統(tǒng)進(jìn)水水源。該項(xiàng)目自來水主要水質(zhì)見表1。

表1 自來水水質(zhì)資料

3.2 原水預(yù)處理系統(tǒng)

考慮到項(xiàng)目地處偏遠(yuǎn)及新能源環(huán)保型電廠的實(shí)際需求，本工程擬采用結(jié)晶造粒+固液分離工藝對(duì)蒸汽發(fā)生器補(bǔ)給水處理系統(tǒng)原水進(jìn)行預(yù)處理。其工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

其核心機(jī)理是利用更環(huán)保的結(jié)晶造粒替代傳統(tǒng)的石灰加藥澄清工藝，去除水中鈣、鎂離子和活性硅，其出水PH值控制在11 左右，去除原水中的大部分鈣硬度，通過形成碳酸鈣顆粒排出裝置外從而降低鈣硬[1]；同時(shí)水中鎂離子形成的氫氧化鎂沉淀，以及氫氧化鎂與硅酸根離子反應(yīng)產(chǎn)生的硅酸鎂沉淀隨出水進(jìn)入高速固液分離流化床，通過投加微砂與絮凝劑、助凝劑，將水中的氫氧化鎂、硅酸鎂與懸浮物等不溶物質(zhì)以沉淀污泥形式排出，達(dá)到降低水中硬度與濁度的目的，其中鈣除去率≥90%、鎂去除率≥80%、硅去除率≥60%，確保出水硬度、硅、濁度指標(biāo)滿足后續(xù)超濾、反滲透進(jìn)水要求。無需過濾設(shè)備，工藝流程短，系統(tǒng)自身沒有自用污水產(chǎn)生。

3.3 蒸汽發(fā)生器補(bǔ)給水處理系統(tǒng)

蒸汽發(fā)生器補(bǔ)給水處理系統(tǒng)擬采用全膜法（UF+2 級(jí)RO+EDI）方案，其中一級(jí)反滲透擬采用倒向反滲透，以提高反滲透的回收率，減少濃水排放量。

常規(guī)反滲透回收率一般為70%～80%，一級(jí)反滲透通?；厥章释ǔＨ?5%。提高回收率就會(huì)造成無機(jī)鹽的濃縮，造成膜表面污堵從而導(dǎo)致脫鹽率下降和運(yùn)行壓力增加。膜表面的污堵需要化學(xué)清洗恢復(fù)性能，頻繁清洗產(chǎn)生大量自用廢水，并縮短反滲透膜壽命。

倒向反滲透技術(shù)是從以色列引進(jìn)的獨(dú)有水處理技術(shù)，該技術(shù)是一種可以提高系統(tǒng)出水回收率、節(jié)約制水成本，在不降低脫鹽率的同時(shí)，避免產(chǎn)生膜結(jié)垢的反滲透技術(shù)。

其核心技術(shù)是在通過在反滲透系統(tǒng)中增加自動(dòng)控制閥門，并通過專利控制程序來控制這些自動(dòng)閥門，從而控制系統(tǒng)水流的方向，將同一膜組件在不同運(yùn)行時(shí)段放置在不同的位置。即每組膜組件周期性在一段，二段位置間切換。該控制方式可將上一時(shí)段處于系統(tǒng)末端的具有結(jié)垢趨勢的膜組件在本時(shí)段內(nèi)處于系統(tǒng)的進(jìn)水段，由于進(jìn)水段各種離子的溶度積遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于系統(tǒng)末端各種離子的溶度積，上一時(shí)段產(chǎn)生的松散的結(jié)垢到了進(jìn)水端具有溶解的趨勢，所以避免了長時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生致密的結(jié)垢物質(zhì)。這種周而復(fù)始的自身修復(fù)的運(yùn)行方式大大延緩了系統(tǒng)的結(jié)垢速率，大大延長了膜組件的化學(xué)清洗周期[2]。

控制程序亦能不斷根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化。

采用倒向反滲透技術(shù)，可以將反滲透的回收率提高至90%～95%，有效減少了一級(jí)反滲透濃水的產(chǎn)生。

3.4 廢水零排放系統(tǒng)

由于項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告中要求廢水零排放且不允許采用蒸發(fā)塘，因此需對(duì)倒向反滲透濃水進(jìn)行結(jié)晶蒸發(fā)處理。濃水量約1.1t/h，采用MVR 蒸發(fā)器+MVR 烘干系統(tǒng)處理該濃水，分離出固態(tài)鹽，產(chǎn)水回用，從而達(dá)到零排放要求。

其工藝流程如下：

一級(jí)反滲透濃水進(jìn)入不凝氣換熱器中與系統(tǒng)中原液蒸發(fā)產(chǎn)生的不凝性氣體進(jìn)行熱值傳遞，不凝氣排出系統(tǒng)，濃水升溫，升溫后的濃水與蒸餾水在蒸餾水板式換熱器中進(jìn)行熱值回收，濃水進(jìn)一步升溫。經(jīng)過換熱后的濃水進(jìn)入系統(tǒng)的熱井水箱，在熱井中被循環(huán)泵以大流量的形式泵入到MVR 蒸發(fā)器罐體上方，均勻地噴淋在整個(gè)罐體內(nèi)部的換熱管上，從上至下，不斷的流動(dòng)，在管外壁形成一層均勻的液膜[3]。濃水中的水分被蒸發(fā)形成二次蒸汽，部分蒸汽凝結(jié)成蒸餾水進(jìn)入蒸餾水罐，蒸餾水通過蒸餾水板式換熱器回收熱值后回用，同時(shí)濃水中鹽的濃度不斷地升高，濃水蒸發(fā)后的殘留液從罐體下方進(jìn)入熱井混合后又被循環(huán)泵泵到噴淋管，此時(shí)，濃水不斷地被蒸發(fā)，鹽濃度不斷地升高，當(dāng)達(dá)到一定的濃度時(shí)，通過出料泵泵出到MVR 烘干裝置，烘干后的結(jié)晶鹽外運(yùn)，蒸餾水回用。

4 結(jié)論

①充分考慮光熱電站制水量少，水質(zhì)要求高，廢水回用途徑少（幾乎沒有），化學(xué)專業(yè)人員配備少（甚至沒有），環(huán)保要求高（零排放）等特別，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程短，加藥少，自動(dòng)化程度高，所有設(shè)備集成化、模塊化，系統(tǒng)可用率高。

②所有系統(tǒng)集中布置，占地58m×31m。

③系統(tǒng)設(shè)備投資預(yù)處理部分約230 萬元，補(bǔ)給水處理部分約350 萬元，蒸發(fā)烘干零排放部分約500 萬。

④即使環(huán)評(píng)允許設(shè)置蒸發(fā)塘的光熱電站，亦可參考上述方案，真正做到節(jié)水減排。