陳 皓

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華東分公司， 安徽 合肥 230031)

基于水平衡測(cè)試的火電廠水務(wù)管理與優(yōu)化

陳 皓

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華東分公司， 安徽 合肥 230031)

通過(guò)對(duì)安徽省各電廠水平衡測(cè)試結(jié)果的分析，指出安徽區(qū)域火電廠水務(wù)管理工作的現(xiàn)狀，總結(jié)區(qū)域內(nèi)火電廠水資源利用不合理的共同之處，并針對(duì)性的提出合理的優(yōu)化方案，為火電廠實(shí)施真正意義的“零排放”打下基礎(chǔ)。

水平衡測(cè)試；水務(wù)管理；節(jié)水；零排放

0 引言

火電廠作為用水大戶，節(jié)約用水不但與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益息息相關(guān)，而且具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。隨著國(guó)家節(jié)能減排工作的深入推進(jìn)，火電廠在設(shè)計(jì)時(shí)就充分地考慮到水務(wù)管理問(wèn)題，按照“零排放”進(jìn)行設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種必然。在安徽地區(qū)，大部分電廠也已經(jīng)是“零排放”的設(shè)計(jì)，但從目前火電廠的用水現(xiàn)狀來(lái)看，水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象仍比較普遍，而且并不能做到真正的“零排放”，隨著2015年國(guó)家水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的開(kāi)展，火電廠真正意義上的零排放已成為必然趨勢(shì)。電廠要想做到零排放，必須杜絕由于設(shè)計(jì)或運(yùn)行不合理造成的水資源不合理利用現(xiàn)象。本文以安徽地區(qū)各廠水平衡測(cè)試為基礎(chǔ)[1]，找出電廠存在的水資源利用不合理的共性問(wèn)題，為電廠水務(wù)管理工作提供事實(shí)依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上提出可行的節(jié)約用水的措施。

1 安徽地區(qū)火力發(fā)電廠水務(wù)管理現(xiàn)狀

安徽省地處中緯度，按水系分屬淮河、長(zhǎng)江及新安江流域。安徽省火電廠主要集中在淮河及長(zhǎng)江流域，水資源相對(duì)較豐富，各電廠取、排水費(fèi)用相對(duì)較低，所以各廠水資源的重復(fù)利用率普遍不高。下圖1為某廠2015年夏季水平衡測(cè)試簡(jiǎn)圖。

圖1表明該電廠在水資源利用方面存在許多不合理的地方：大量處理后的廢水外排，造成水資源的浪費(fèi)并增大了總排污量；工業(yè)水及消防水等存在不合理用戶且不回收；回用水用水量偏低造成水資源溢流外排等。下面分系統(tǒng)將安徽省火電廠水務(wù)管理現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)說(shuō)明。

1.1 原水預(yù)處理系統(tǒng)

安徽地區(qū)超超臨界機(jī)組原水預(yù)處理系統(tǒng)主要包括混凝、澄清和過(guò)濾設(shè)備，一般采用反應(yīng)沉淀池加空氣擦洗濾池的設(shè)計(jì)，大部分電廠原水采用長(zhǎng)江水、淮河水或其他地表水。原水預(yù)處理系統(tǒng)混凝、澄清設(shè)備運(yùn)行期間會(huì)定期進(jìn)行排泥，過(guò)濾設(shè)備也會(huì)根據(jù)運(yùn)行壓差或時(shí)間進(jìn)行反洗，這些都會(huì)產(chǎn)生一定量的排水，這類排水的特點(diǎn)是懸浮物含量較高。

原水預(yù)處理系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)污泥沉淀池及污泥脫水系統(tǒng)，先對(duì)此類廢水進(jìn)行沉淀處理，通過(guò)回收水泵將上清水回收至反應(yīng)沉淀池進(jìn)口重新利用，污泥進(jìn)行脫水后則外運(yùn)填埋處理。

電廠在運(yùn)行期間，因系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或設(shè)備操作不規(guī)范，會(huì)經(jīng)常導(dǎo)致脫水系統(tǒng)污泥堵塞而不能正常運(yùn)行，且此現(xiàn)象比較普遍。久而久之有的電廠就將此系統(tǒng)閑置，污泥水經(jīng)沉淀后上清水直接外排，淤泥采用人工定期清理的方式。

1.2 鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)

“十一五”與“十二五”期間，安徽省火力發(fā)電發(fā)展迅速，水處理技術(shù)應(yīng)用也快速轉(zhuǎn)變，新投產(chǎn)發(fā)電企業(yè)鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)基本配備超濾、反滲透系統(tǒng)。前期一般設(shè)計(jì)超濾反洗排水、反滲透濃水及再生廢水直接排放至工業(yè)廢水池。

近年來(lái)隨著火電廠環(huán)境和節(jié)水問(wèn)題的突出，電廠在設(shè)計(jì)時(shí)或通過(guò)改造加強(qiáng)了超濾反洗排水及反滲透濃水的重復(fù)利用，例如將超濾反洗排水回收至原水預(yù)處理進(jìn)口；將反滲透濃水作為脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水、輸煤系統(tǒng)補(bǔ)水等。水平衡測(cè)試結(jié)果表明，大部分電廠超濾、反滲透系統(tǒng)排水能得到很好的回用，僅再生廢水排至工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。

1.3 工業(yè)水系統(tǒng)

安徽省內(nèi)火電廠工業(yè)水系統(tǒng)用水管理普遍較差，主要表現(xiàn)在兩方面：第一工業(yè)水用戶較多且存在不合理的現(xiàn)象，比如濕除渣系統(tǒng)補(bǔ)水采用新鮮工業(yè)水、輸煤系統(tǒng)用水使用新鮮工業(yè)水、循泵冷卻水使用大量新鮮工業(yè)水等；第二工業(yè)水使用后回收量少甚至不回收。如圖1中該電廠循泵冷卻水設(shè)計(jì)啟動(dòng)期間使用工業(yè)水，正常運(yùn)行期間采用循環(huán)水自冷卻，但是電廠在正常運(yùn)行期間仍有大量工業(yè)水去循泵冷卻水，造成工業(yè)水量大增；另外工業(yè)水至原水預(yù)處理及其他用戶的水量均未回收，不但增加了外排水量也造成了水資源的浪費(fèi)。

水平衡測(cè)試結(jié)果及工業(yè)水用水量統(tǒng)計(jì)情況表明，安徽地區(qū)火電廠工業(yè)水最大的兩個(gè)用戶分別為循泵冷卻水和脫硫系統(tǒng)用水。循泵冷卻水冷卻后一般直接排入循環(huán)水，脫硫系統(tǒng)用水被消耗，其他工業(yè)水一般作為冷卻水使用后回收至復(fù)/雜用水池或者循環(huán)冷卻水池或直接排放?，F(xiàn)階段各電廠使用的工業(yè)水基本都是取用的新鮮水，極少有電廠取用合適的回用水，極大的增加了新鮮水的取用量，并且有大量用作冷卻的工業(yè)水被排放，造成水資源的大量浪費(fèi)。

1.4 工業(yè)廢水處理系統(tǒng)

工業(yè)廢水處理系統(tǒng)是主要處理全廠經(jīng)常性廢水和非經(jīng)常性廢水，其出水一般設(shè)計(jì)回用。目前安徽地區(qū)電廠工業(yè)廢水僅小部分回用，多數(shù)電廠則是處理合格后達(dá)標(biāo)排放。

1.5 回用、雜用水系統(tǒng)

回用、雜用水系統(tǒng)是火電廠主要的復(fù)用水系統(tǒng)，一般其水源為工業(yè)廢水處理系統(tǒng)處理合格的澄清水，或者回收的工業(yè)水，或其他系統(tǒng)排放的水質(zhì)較好的水。

水平衡測(cè)試結(jié)果表明，安徽各電廠回用水系統(tǒng)運(yùn)行情況并不是很好，在水平衡測(cè)試的過(guò)程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有復(fù)用水池溢流或者采用工業(yè)水補(bǔ)水的情況，這些都是由于水資源重復(fù)利用過(guò)程中對(duì)各用戶用水量錯(cuò)誤估算導(dǎo)致的，間接的反應(yīng)了水務(wù)管理工作不到位的現(xiàn)象。復(fù)用水系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)是火力發(fā)電廠真正實(shí)現(xiàn)“零排放”的重要步驟。

1.6 輸煤、除渣系統(tǒng)

輸煤、除渣系統(tǒng)是現(xiàn)階段各電廠處理后的工業(yè)廢水或者復(fù)用水的最大用戶。

各廠輸煤系統(tǒng)自設(shè)含煤廢水處理設(shè)備，其使用過(guò)的水經(jīng)回收處理后循環(huán)使用，其補(bǔ)給水源一般設(shè)計(jì)為經(jīng)工業(yè)廢水處理站處理后的廢污水、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)反滲透濃水等。除渣系統(tǒng)若采用刮板撈渣機(jī)濕式除渣方案，則除渣水循環(huán)利用，間歇性補(bǔ)水。一般采用回用水或處理后的工業(yè)廢水補(bǔ)充。

目前，已經(jīng)有不少電廠采用了更為節(jié)水的干除灰、干除渣方式，極大的節(jié)約了水資源。但在輸煤系統(tǒng)，仍有不少電廠直接采用工業(yè)水補(bǔ)水，造成工業(yè)水的浪費(fèi)。

1.7 脫硫廢水處理系統(tǒng)

脫硫廢水中不僅含有懸浮物、過(guò)飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽，還含有包括如F、Cd、Hg、Pb、Ni、As、Se、Cr等重金屬元素在內(nèi)的多種元素，是火電廠重點(diǎn)需處理廢水之一。電廠一般按如下圖2進(jìn)行處理，其最終水質(zhì)達(dá)標(biāo)后排放或送至重復(fù)利用系統(tǒng)。

脫硫系統(tǒng)廢水雖然流量不大，但其水質(zhì)較差，目前能重復(fù)利用脫硫廢水的用戶很少，現(xiàn)國(guó)內(nèi)有電廠對(duì)此部分廢水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶等終端處理[2]，實(shí)現(xiàn)真正意義上的零排放。

2 水務(wù)管理優(yōu)化建議

水資源的優(yōu)化利用根據(jù)各廠的實(shí)際情況應(yīng)有所區(qū)別，但都必須建立在對(duì)全廠取、用、排水水量及水質(zhì)充分掌握的情況下進(jìn)行，并且要充分考慮各系統(tǒng)的用水平衡，這也是電廠實(shí)現(xiàn)“零排放”的基礎(chǔ)。

2.1 工業(yè)水系統(tǒng)優(yōu)化

作為火力發(fā)電廠新鮮取水量的大戶，工業(yè)水取用量必須合理，可以通過(guò)“開(kāi)源節(jié)流”的方式減少工業(yè)水用量。

首先“開(kāi)源”，現(xiàn)階段各電廠使用的工業(yè)水基本都是新鮮水，極少有電廠取用合適的回用水。根據(jù)工業(yè)水的水質(zhì)要求，有些系統(tǒng)回水是完全可以滿足的，比如化學(xué)再生過(guò)程中的潔凈水等，如果將這些回用水與新鮮水混兌使用，可以大量減少新鮮水的取用量。

其次“節(jié)流”，在工業(yè)水用戶方面，可以選擇使用閉式水或開(kāi)式水替代工業(yè)水來(lái)冷卻部分各輔機(jī)設(shè)備；脫硫系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)補(bǔ)水可以選擇合適的復(fù)用水等[3]；循環(huán)水泵可以使用自冷卻或者建立機(jī)力通風(fēng)冷卻塔等；作為冷卻用且未受到污染的工業(yè)水盡量回收后合理化利用。

2.2 復(fù)用水系統(tǒng)優(yōu)化

復(fù)用水系統(tǒng)主要是處理后的工業(yè)廢水或其他廢水的回用系統(tǒng)，目前火電廠可以完全以復(fù)用水為水源的用戶主要有輸煤系統(tǒng)、濕式撈渣機(jī)系統(tǒng)等。有些電廠已經(jīng)將除灰除渣系統(tǒng)改造成干式除灰除渣，更減少了復(fù)用水用戶，因此，電廠必須根據(jù)本廠的實(shí)際情況，綜合考慮全廠各系統(tǒng)水質(zhì)水量，減少?gòu)?fù)用水量的產(chǎn)生并尋找新的復(fù)用水用戶，以保證復(fù)用水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.3 “零排放”新技術(shù)應(yīng)用

近兩年，隨著國(guó)家對(duì)廢水排放日益嚴(yán)格的要求，新型工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究成果逐漸得到應(yīng)用，為火電廠實(shí)現(xiàn)真正意義上的“零排放”提供了技術(shù)保障。

(1)超濃縮蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)—SMECS系統(tǒng)

超濃縮蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)—SMECS系統(tǒng)是以超級(jí)膜濃縮(KD-UCW)和外換熱式機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)(VACOM系統(tǒng))為核心的廢水零排放技術(shù)。

SMECS系統(tǒng)進(jìn)水可以是高含鹽量、高硬度、高懸浮物、高含油及高有機(jī)物等各種高濃度難處理廢水，它通過(guò)膜法超濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶，將廢水最終蒸干并幾乎全部回用，僅產(chǎn)出含水率極低的鹽固體打包外送，從而實(shí)現(xiàn)廢水真正意義的零排放。其工藝主流程示意圖如圖3和圖4。

目前，蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)在國(guó)內(nèi)電廠已有應(yīng)用的實(shí)例。為有效、穩(wěn)定處理脫硫廢水，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水循環(huán)利用，廣東河源電廠采用“二級(jí)預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶深度處理”工藝對(duì)脫硫廢水進(jìn)行終端處理，制出優(yōu)質(zhì)冷凝水和結(jié)晶鹽,冷凝水回冷卻塔循環(huán)利用，結(jié)晶鹽資源化綜合利用。

(2)正滲透膜處理技術(shù)

正滲透膜處理技術(shù)美國(guó)Oasys公司在其Permian盆地的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中，在全球范圍內(nèi)首次應(yīng)用的石油化工廢水處理，并實(shí)現(xiàn)了零排放。此項(xiàng)技術(shù)由北京沃特爾公司引入中國(guó)。

正滲透過(guò)程是以選擇性分離膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力，溶液中的水分子從高水化學(xué)勢(shì)區(qū)(原料液側(cè))通過(guò)選擇性分離膜向低水化學(xué)勢(shì)區(qū)(汲取液側(cè))傳遞，而溶質(zhì)分子或離子被阻擋的一種膜分離過(guò)程。

2014年8月，北京沃特爾水技術(shù)股份有限公司與華能國(guó)際就長(zhǎng)興電廠“上大壓小”工程脫硫廢水零排放項(xiàng)目正式簽約。該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首個(gè)運(yùn)用正滲透技術(shù)的廢水零排放項(xiàng)目，其采用了國(guó)際領(lǐng)先的正滲透技術(shù)濃縮結(jié)晶工藝處理脫硫廢水。

作為廢水處理的前沿技術(shù)，目前在新技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中還存在著設(shè)備成本投入高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。建議廠里在對(duì)新技術(shù)充分調(diào)研的情況下，根據(jù)廠里的資金、場(chǎng)地等因素，選擇合理的終端處理技術(shù)。

3 總結(jié)

節(jié)水是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，需要合理的工程設(shè)計(jì)和科學(xué)的水務(wù)管理，同時(shí)也離不開(kāi)采用高效的節(jié)水技術(shù)和先進(jìn)的水處理設(shè)備。

目前，安徽地區(qū)火電廠在水資源管理方面多多少少都存在一些問(wèn)題，面對(duì)日益緊張的水資源取用和排放問(wèn)題，“零排放”必然成為火力發(fā)電廠的趨勢(shì)。因此電廠必須對(duì)本廠水資源利用情況充分掌握，合理設(shè)計(jì)各用戶水源及水量，提高水資源重復(fù)利用率，并積極引進(jìn)先進(jìn)節(jié)水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正的“零排放”。

[1] 劉偉，高海瑞. 基于水平衡測(cè)試的火電廠節(jié)水技術(shù)分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2013,31(2):103-106.

[2] 莫華，吳來(lái)貴，周加桂. 燃煤電廠廢水零排放系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與工程應(yīng)用[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013,36(11):1368-1372.

[3] 楊佳珊，黃濤. 火電廠廢水處理后回用于煙氣脫硫系統(tǒng)的可行性[J].東北電力技術(shù)，2007,11: 35-37.

[責(zé)任編輯：薛寶]

Water Management and Optimization of Thermal Power Plants Based on Water Balance Test

CHENHao

(ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstituteCo.,Ltd.EasternChinaBranch,Hefei230031,China)

It introduces water management of thermal power plants in Anhui region based on water balance test. It also points out that the unreasonable use of water resources in common, and provids a targeted rational optimization program. At the same time, it lays a foundation for the true ″zero-discharge″ in thermal power plant.

water balance test; water management; water conservation; zero-discharge

2015-06-10

陳 皓(1984-)，男，湖北襄陽(yáng)人，中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司，助理工程師。

TK223.5

A

1672-9706(2015)03- 0069- 05