胡四明 付小平

(中國能源建設(shè)集團(tuán) 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510663)

0 引言

除渣系統(tǒng)在燃煤發(fā)電廠占有重要位置，而渣水凈化系統(tǒng)是重要的組成部分，合理選擇設(shè)計(jì)方案，將直接影響到今后電廠是否能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 較早設(shè)計(jì)的電廠渣處理系統(tǒng)，是采用水力輸送方式，及渣水由渣漿泵輸送至灰場(chǎng)堆放，但該方案因受場(chǎng)地限制、環(huán)境影響，近年來電廠已基本不采用此方案[1]。之后，渣水較多采用老式沉淀池處理方式，即配置橋式抓斗起重機(jī)等裝渣設(shè)備清渣；該方式清渣工作強(qiáng)度大，對(duì)設(shè)備破壞性強(qiáng)，此外，因無輔助手段，渣池面積也特別大，所有渣水均在池內(nèi)進(jìn)行澄清及處理，系統(tǒng)負(fù)荷重，經(jīng)自然沉淀的回水達(dá)不到環(huán)保排放要求，尚需不斷補(bǔ)充工業(yè)水進(jìn)行稀釋?；谝陨锨闆r，隨著國家環(huán)保政策愈來愈嚴(yán)格，業(yè)主的要求也越來越高，急需研究一種技術(shù)安全可靠、又能滿足環(huán)保要求的方案。我院進(jìn)行了調(diào)研，提出了具體的解決辦法，重點(diǎn)是要控制進(jìn)入系統(tǒng)的渣水混合物量，減少懸浮物排放量，達(dá)到回水可重復(fù)使用的目的，以滿足國家節(jié)能減排環(huán)保政策要求[2]。

1 工程概況

本工程建設(shè)規(guī)模為2×600MW 亞臨界燃煤機(jī)組，一期為5×600MW亞臨界燃煤機(jī)組，最終規(guī)劃為（5×600MW 亞臨界+4×1000MW 超超臨界）燃煤機(jī)組。

2 設(shè)計(jì)原始資料

2.1 渣、石子煤量

（1）每小時(shí)渣、石子煤量 7.03～12.38 t/h；

（2）每日小時(shí)渣、石子煤量 168～297.12 t/d。

2.2 除渣方式

（1）渣采用水浸式大傾角刮板撈渣機(jī)直接上渣倉方式；

（2）石子煤系統(tǒng)采用水力噴射器輸送至刮板撈渣機(jī)方式；

（3）廢水來源：除渣系統(tǒng)、石子煤系統(tǒng)、地面沖洗排污三個(gè)系統(tǒng)。

3 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)業(yè)主對(duì)工程要求“創(chuàng)精品設(shè)計(jì)，廢水集中處理重復(fù)利用，達(dá)標(biāo)排放率接近零”以及國家環(huán)保政策為設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，結(jié)合項(xiàng)目具體情況，尋找解決關(guān)鍵問題的技術(shù)方案[3]。 以往設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，大多采用常規(guī)的沉淀池或濃縮池配渣倉方案，這些方案，污水排放濃度〉500ppm，達(dá)不到環(huán)保排放要求，系統(tǒng)運(yùn)行需大量的補(bǔ)充水，且設(shè)備磨損嚴(yán)重，維護(hù)工作量大[4]。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案主要從兩方面考慮，一是解決外部灰渣問題，作為輔助手段，盡可能在外部除渣系統(tǒng)處理完大部分的灰渣顆粒，這一環(huán)節(jié)可減少后續(xù)凈化系統(tǒng)的處理負(fù)荷；其次是后續(xù)污水凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證污水濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)和重復(fù)使用的要求，是設(shè)計(jì)方案選擇的重點(diǎn)[5]。

4 系統(tǒng)方案選擇

4.1 外部系統(tǒng)

本系統(tǒng)有渣、石子煤、地面沖洗等灰、渣混合物需進(jìn)行處理和排棄，根據(jù)設(shè)計(jì)原則，污水需重復(fù)使用并滿足環(huán)保排放要求。根據(jù)這些條件，外部系統(tǒng)的選擇對(duì)后處理系統(tǒng)產(chǎn)生的效果將起著重要作用，為盡可能減少對(duì)后處理系統(tǒng)的壓力，控制進(jìn)入后處理系統(tǒng)的渣水混合物量非常重要。外部系統(tǒng)方案選擇見2.2。渣與石子煤在撈渣機(jī)混合后輸送至渣倉，約95%的渣、石子煤通過渣倉裝車外運(yùn)，僅剩余少量顆粒排入渣水處理系統(tǒng)，極大地降低了后續(xù)渣水凈化系統(tǒng)的處理負(fù)荷。 排入后續(xù)渣水凈化系統(tǒng)污水主要是：刮板撈渣機(jī)溢流水（渣水、石子煤水）、地面沖洗水（除塵器地面、灰?guī)斓孛妫?。地面沖洗水混合物流量較小，主要是撈渣機(jī)溢流污水流量， 該污水由渣漿泵集中后輸送至渣水凈化系統(tǒng)，考慮到污水尚有少量灰渣顆粒；此外，特殊情況下，清理撈渣機(jī)底部、石子煤設(shè)備等檢修有部分較大顆粒物體。 系統(tǒng)阻力計(jì)算要考慮一定的裕量，除計(jì)算管道清水阻力外，尚要考慮附加阻力，即管道阻力按(1+ξ)λV2/2g·L/Dn+γhu·△h 計(jì)算，混合物最大流量（石子煤系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)）Qh1=214m3/h、流速V1=3.3m/s、管道阻力損失Hz1=52.22m；混合物最小流量Qh2=116m3/h、流速V2=1.6m/s、管道阻力損失Hz2=15.47m。 根據(jù)以上的技術(shù)參數(shù)， 為保證進(jìn)入凈化系統(tǒng)混合物流量不致于過大，渣漿泵采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)手段，以保證流量及流速在最佳工況下運(yùn)行，避免流量波動(dòng)過大造成對(duì)后續(xù)處理系統(tǒng)的沖擊[6]。

4.2 凈化系統(tǒng)

4.2.1 方案選擇

以往設(shè)計(jì)的工程，外部未設(shè)置輔助手段，使大量灰、渣直接輸送至沉淀池進(jìn)行處理，另沉淀池內(nèi)又無完善的澄清處理設(shè)施，僅有自然沉淀這個(gè)環(huán)節(jié)，造成了沉淀池處理負(fù)荷過大而難以承受，經(jīng)處理后的污水濃度非常高〉500ppm，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)和重復(fù)使用的要求[7]。

根據(jù)以上情況， 關(guān)鍵問題就是要在混合物進(jìn)入凈化系統(tǒng)之前，排棄大部分灰、渣顆粒。本系統(tǒng)外部已采取了有效措施，已將大部分及較大顆粒的灰、渣進(jìn)行了處理并裝車外運(yùn)，僅剩少量小顆粒懸浮物隨污水由泵輸送至污水凈化系統(tǒng)進(jìn)行處理。根據(jù)我們分析，這部分灰、渣顆粒分布情況見表1。

根據(jù)表1 所示，進(jìn)入凈化系統(tǒng)的混合物僅有少量﹥0.5 的顆粒，占大多數(shù)顆粒的在0.1～0.01 之間。 我們對(duì)這些灰、渣物理特性進(jìn)行了研究，這些顆粒在沉淀池中流態(tài)屬于異重流，灰、渣大部分粒徑在≤0.07mm[8]。 混合物進(jìn)入池中形成一定濃度的懸浮物層，它們靠相互之間碰撞消耗能量而下沉，且灰水比大、稠度低，顆粒較大的物體水力沉速快，見圖1 曲線2，固體比大稠度高時(shí)，水力沉速慢，見圖1 曲線1。 沉降過程可分為澄清區(qū)、沉降區(qū)、過渡區(qū)、壓縮區(qū)，在臨界點(diǎn)A 出現(xiàn)以前，灰水澄清速度主要取決于沉降區(qū)灰粒水力沉降沉速，臨界點(diǎn)出現(xiàn)以后，則主要取決于壓縮區(qū)的灰粒水力沉速，當(dāng)澄清區(qū)與壓縮區(qū)分界面恒定時(shí)，沉降過程結(jié)束[6]。 沉降特性曲線見圖1。

表1 灰、渣顆粒分布表

圖1 沉降特性曲線

根據(jù)以上情況，尚要注意混合物流速之間的關(guān)系，沉淀池異重流上升率速度Vshmm/s 與沉降速度V0mm/s 要滿足V0〉Vsh，要保證Vsh=Q/BL﹤V0，即混合物上升率應(yīng)小于灰、渣懸浮物水力沉降速度，以保證懸浮物能較好的沉降。 考慮凈化系統(tǒng)的選擇第一級(jí)采用自然沉淀，稍大一些的顆粒懸浮物在第一級(jí)已基本沉淀；根據(jù)小顆粒懸浮物其物理及化學(xué)成分特性，二級(jí)過濾考慮斜管、加藥絮凝處理方式，絮凝成較大塊狀的顆粒，使物體易在斜管內(nèi)快速沉淀，采用這些措施后，經(jīng)一級(jí)自然沉淀和二級(jí)斜管絮凝處理后， 回水已基本無雜質(zhì)， 排放濃度控制在≤50ppm～80ppm 以下，滿足環(huán)保排放及系統(tǒng)重復(fù)使用要求[9]。

4.2.2 系統(tǒng)工藝流程

凈化系統(tǒng)工藝流程圖見圖2。

圖2 凈化系統(tǒng)工藝流程

為減少混合物對(duì)沉淀池后處理系統(tǒng)的沖擊， 入口設(shè)有緩沖槽，使排入沉淀池混合物流量相對(duì)平緩，不至于流速過快，確保進(jìn)入到蜂窩斜管小顆粒的物體有較長(zhǎng)絮凝時(shí)間，使散狀物體能有效的結(jié)晶和及時(shí)沉淀，確?；厮_(dá)標(biāo)；系統(tǒng)設(shè)置的加藥設(shè)施，可保證系統(tǒng)在最惡劣情況投入使用。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，正常情況下，可不投加藥系統(tǒng)，回水排放濃度在≤50ppm～80ppm 之間，特殊情況下，才投入加藥設(shè)備[10]。外部排入凈化系統(tǒng)的混合物流量是波動(dòng)的，處理量在Q=100～200m3/h左右，一般情況下為Q=100m3/h，只有在石子煤系統(tǒng)投入運(yùn)行或特殊情況下短時(shí)間混合物量為Q=200m3/h，根據(jù)這些情況，外部及凈化系統(tǒng)均考慮有調(diào)節(jié)手段，保證系統(tǒng)在最佳平衡水量狀態(tài)下運(yùn)行，一是能節(jié)省運(yùn)行成本，二是控制水量及污水濃度，以減少凈化系統(tǒng)的負(fù)荷。采用以上防備手段后，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況較好，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。

此外，本系統(tǒng)采用了行之有效的污泥處理方式，所有澄清池、處理池底部均設(shè)有排泥管接至污水坑，系統(tǒng)設(shè)置簡(jiǎn)單，不需要大規(guī)模的裝泥設(shè)備。當(dāng)需要排泥時(shí)，開啟排泥管閥門將污泥排至污水坑，由污泥泵裝車直接外運(yùn)。 系統(tǒng)安全可靠，解決了以往采用大型裝車設(shè)備工作強(qiáng)度大的問題，取得了較好效果。

項(xiàng)目自投入運(yùn)行以來，無發(fā)生過較大事故，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)良好、維護(hù)工作量小，污水排放滿足環(huán)保要求，經(jīng)處理后的回水供系統(tǒng)重復(fù)使用，完全滿足國家節(jié)能減排環(huán)保的政策要求，已取得了明顯的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

5 結(jié)論

（1）該渣水凈化系統(tǒng)自電廠投入運(yùn)行以來，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較好，見表2。

表2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

（2）結(jié)論

(a)自電廠投入運(yùn)行以來，情況良好，經(jīng)處理后的污水排放濃度在≤50ppm～80ppm 之間，能滿足系統(tǒng)重復(fù)使用及環(huán)保排放要求，根據(jù)一期運(yùn)行的情況，電廠比較滿意，二期仍采用此方案。

(b)從目前我省已投入運(yùn)行的電廠情況信息，渣水采用該凈化處理系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)上是成功的，系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，已取得了較好的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益，可推薦作為今后類似工程渣水處理系統(tǒng)方案。

(c)本系統(tǒng)成功經(jīng)驗(yàn)已運(yùn)用在廣東多個(gè)電廠工程當(dāng)中，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效應(yīng)。

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