趙麗蕊

(西北電力設(shè)計院有限公司，陜西 西安 710075)

1 概述

通?；鹆Πl(fā)電廠的水處理系統(tǒng)是按照設(shè)計院的專業(yè)劃分，由化學(xué)專業(yè)、水工專業(yè)分別完成預(yù)處理、化水、工業(yè)廢水、生活污水、循環(huán)冷卻水、煤水、灰渣水、脫硫廢水、凝結(jié)水精處理的設(shè)計工作，因?qū)I(yè)劃分問題，系統(tǒng)相對獨立，布置分散，缺乏全廠統(tǒng)籌，各水系統(tǒng)的調(diào)配和廢水重復(fù)利用不易實現(xiàn)，造成水資源浪費。水島是以設(shè)計技術(shù)作支撐，以EPC建設(shè)為手段，進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一調(diào)試管理。其主導(dǎo)思想是節(jié)水、經(jīng)濟、環(huán)保、便于運行。水島模式可結(jié)合火電廠水系統(tǒng)水質(zhì)水量特點，統(tǒng)籌全廠用水、排水、廢水再生利用，對全廠水平衡體系優(yōu)化和整合，選擇合理的水處理工藝路線，在確保電廠生產(chǎn)用水要求的同時，穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)綜合循環(huán)處理，節(jié)約水資源并減少廢水排放污染。水島模式在構(gòu)建完整的水系統(tǒng)體系基礎(chǔ)上，統(tǒng)一規(guī)劃電廠的各個水處理單元，集中布置，合并部分相同功能的構(gòu)筑物，使整體工藝設(shè)計更加合理。

2 火力發(fā)電廠水島方案原則及優(yōu)勢

2.1 水島方案原則及優(yōu)勢

水島設(shè)計原則是：節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)整合、經(jīng)濟適用。

水島設(shè)計優(yōu)勢：

(1)節(jié)省投資

水處理系統(tǒng)集中布置，可實現(xiàn)藥劑貯存設(shè)備、變壓器、供配電設(shè)備、控制系統(tǒng)、儀用、工藝用壓縮空氣系統(tǒng)等公用設(shè)備的統(tǒng)一規(guī)劃，避免重復(fù)建設(shè)，節(jié)省設(shè)備投資。

節(jié)省各處理單元間連接管道、支吊架等安裝材料成本。

電廠水處理系統(tǒng)及構(gòu)筑物集中布置，可合并部分相同功能的廠房、水池、泵房，節(jié)省土建結(jié)構(gòu)成本。

(2)降低能耗

有利于將主要的動力消耗設(shè)備(水泵、風(fēng)機、電加熱器等)集中布置，形成動力中心，大量節(jié)省成本較高的電纜、橋架等安裝材料成本。

(3)節(jié)省占地

水島集中布置使得整體布局更為緊湊，處理構(gòu)筑物之間的連接管道和廠區(qū)管道、以及供電電纜、控制電纜等都可以大大減少。這些，都將有效降低工程投資。

(4)節(jié)水減排

水島模式使各水處理系統(tǒng)相互銜接完善，運行穩(wěn)定，能最大限度的提高全廠水資源的重復(fù)利用率，減少新鮮用水的取用量，減少廢水排放甚至實現(xiàn)“零排放”。

根據(jù)水質(zhì)優(yōu)先采取梯級利用措施，避免高品質(zhì)水用于低水質(zhì)要求的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，造成不必要的浪費，減少新鮮用水的取用量，減少廢水排污費，從而降低水處理系統(tǒng)處理運行費用。

(5)減少運行人員

建立全廠水網(wǎng)的集中控制系統(tǒng)，對全廠的各個水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的運行和管理，既可減少各分系統(tǒng)和專業(yè)間的接口，提高工作效率，又可實時監(jiān)控，全面調(diào)配，并回收廢水重復(fù)利用，把全廠用水指標(biāo)控制在較先進(jìn)的水平上，同時，還可減少運行維護人員，降低運行管理成本。

(6)縮短施工工期

水島工程各環(huán)節(jié)溝通、銜接更順暢，通過加強專業(yè)化管理，可以有效提高施工效率，縮短施工工期。

2.2 優(yōu)化設(shè)計與系統(tǒng)選擇

以下分析是根據(jù)現(xiàn)已完成的一個2×300 MW空冷機組項目水島為例，包含了水質(zhì)凈化系統(tǒng)、鍋爐補給水處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)(工業(yè)廢水處理子系統(tǒng)、含油廢水處理子系統(tǒng)、脫硫廢水處理子系統(tǒng)、生活污水處理子系統(tǒng)等)、加藥系統(tǒng)、污泥系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、汽水取樣及化學(xué)加藥系統(tǒng)。

(1)總平面設(shè)計

合理調(diào)整總平面圖，有機整合相關(guān)單元，節(jié)省項目占地面積，設(shè)備管道高度集中。常規(guī)分散布置占地為三塊區(qū)域，見表1，包括中水處理區(qū)域、鍋爐補給水區(qū)域和工業(yè)廢水區(qū)域，原設(shè)計總平面面積約為22767.5 m2，采用水島集中布置后占地面積為12420 m2，為常規(guī)處理總占地面積的55%。

表1 水島與常規(guī)設(shè)計占地對比

(2)廠房與建構(gòu)筑物優(yōu)化布置

采用分別合并相同或相近建筑物、構(gòu)筑物、設(shè)備的方式，節(jié)省建(構(gòu))筑物和設(shè)備，見表2，把常規(guī)分散布置都需要的加藥間、控制室、配電間等分別合并。水島總建筑物面積節(jié)省了3164 m2，為原來面積的65%。

表2 水島與常規(guī)設(shè)計方案建筑物面積對比

(3)工藝優(yōu)化與設(shè)備選型

原設(shè)計采用生物濾池進(jìn)行生化處理，因為來水水質(zhì)較差，無法滿足除鹽設(shè)備，尤其是反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?；谖覈鞘形鬯幚韽S的設(shè)備及管理現(xiàn)狀，其出水水質(zhì)不穩(wěn)定，今后在電廠得到應(yīng)用的主流中水深度處理工藝將是膜生物反應(yīng)器工藝和曝氣生物濾池+石灰澄清處理工藝的組合選型，見表3～表6。

表3 水島優(yōu)化工藝與原設(shè)計工藝技術(shù)方案對比

表4 電氣部分方案對比

表5 控制部分方案對比

表6 中水處理工藝對比

(4)現(xiàn)場總線技術(shù)的研究及應(yīng)用

采用數(shù)字化水島控制技術(shù)，可充分利用集中控制投資低、安全性高、可靠性強的優(yōu)勢，充分體現(xiàn)水島集中布置的優(yōu)勢，更好地為水島服務(wù)，最終大大提高水島的運行管理水平。

(5)主要系統(tǒng)控制指標(biāo)

鍋爐補給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：

二氧化硅：≤10 μg/L

TOC ：≤ 200 μg/L

除鹽水箱進(jìn)水電導(dǎo)率(25℃)：≤0.15μS/cm

工業(yè)廢水指標(biāo)：

工業(yè)廢水出水水質(zhì)：SS≤10ppm，含油≤5ppm，pH 為6～9

主要系統(tǒng)及設(shè)備運行控制指標(biāo)：

石灰澄清預(yù)處理：懸浮物≤20mg/L，控制出水碳酸鹽硬度1～2 mmol/L

超濾設(shè)備產(chǎn)水濁度：≤0.1NTU

反滲透設(shè)備脫鹽率：一年內(nèi) ≥98% ，三年內(nèi) ≥97% ，五年內(nèi)≥96%

3 水島技術(shù)經(jīng)濟分析

3.1 投資費用比較

綜合以上比較，主要經(jīng)濟指標(biāo)和效益如下：

(1)水處理島布置節(jié)省2480萬元，約占總投資的30%，采用MBR工藝增加投資1370萬元，最終節(jié)省基建投資約1110萬元。

(2)設(shè)備材料節(jié)省2480萬元，約占總投資的30%。

(3)年節(jié)省運行費用約100萬元。

(4)年節(jié)省水資源費用約400萬元。

(5)年節(jié)省維護費用約40萬元。

(6)社會效益：投運后每年利用城市中水266萬t左右，COD減排80 t以上。

本項目經(jīng)過前期調(diào)研分析和施工圖的全面優(yōu)化設(shè)計，建成了高度集成、工藝合理、投資節(jié)省的水處理島，使水處理島成為全廠用水、排水及廢水回用的樞紐，運行后正常發(fā)電水耗為0.08 m3/(s·GW)，遠(yuǎn)低于達(dá)標(biāo)機組的要求0.15 m3/(s·GW)。

3.2 水島技術(shù)主要經(jīng)濟指標(biāo)

綜上所述，通過個案分析及現(xiàn)已完成的水島工程統(tǒng)計，水島模式較常規(guī)建設(shè)模式可達(dá)到的主要指標(biāo)見表7。

表7 水島優(yōu)勢與經(jīng)濟指標(biāo)

4 電廠耗水率設(shè)計與智能水處理平臺

4.1 全廠耗水率先進(jìn)控制指標(biāo)

通過對各類供水、用水、排水進(jìn)行全面規(guī)劃、綜合平衡和優(yōu)化比較，達(dá)到一水多用、綜合利用，提高重復(fù)用水率，降低全廠耗水指標(biāo)。

表8 水島設(shè)計耗水率先進(jìn)控制指標(biāo)

4.2 電廠智能水務(wù)管理與自動水平衡

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來越高，環(huán)保監(jiān)管越來越嚴(yán)，電廠水環(huán)境的形勢日趨嚴(yán)峻。電廠自動水平衡通過全廠實時在線的水平衡分析及根據(jù)工況、季節(jié)進(jìn)行智能化的調(diào)節(jié)管控，為電廠節(jié)水減排和智能水務(wù)管理提供了可行的解決方案。通過合理調(diào)配水資源，增加水的梯級利用級數(shù)，減少廢水零排放處理水量，提高全廠水務(wù)管理和自動化水平。自動水平衡設(shè)計是今后智能電廠的重要組成部分。

5 結(jié)語

2015年4月16日，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計劃》(又稱“水十條”)，國家提出源頭保護和生態(tài)修復(fù)制度，全面控制污染物排放，把水環(huán)境保護上升到國家戰(zhàn)略層面。火電廠加快落實深度梯級節(jié)水和廢水零排放的進(jìn)度，廢水減排和零排放已成為火電廠水處理的新型重點業(yè)務(wù)。今后在創(chuàng)立電廠水處理及環(huán)保治理一體化設(shè)計建設(shè)模式基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)工業(yè)廢水的高效處理工藝，研究高級氧化核心技術(shù)，中水深度處理核心技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有科技成果和經(jīng)驗，推廣電膜耦合水處理技術(shù)、高效低能耗反滲透膜脫鹽技術(shù)、綠色環(huán)保藥劑、智能水務(wù)等，逐步實現(xiàn)綠色清潔的火力發(fā)電目標(biāo)。

水處理設(shè)計要從全廠水平衡的各個環(huán)節(jié)開發(fā)，采用先進(jìn)的降低水耗措施，全面的解決火電零排放問題。對于電廠常規(guī)的鍋爐補給水處理、廢水處理、中水處理等設(shè)施建議推廣“水島”設(shè)計建設(shè)模式，通過優(yōu)化設(shè)計使得整體工藝流程更加合理，布置更加緊湊，減少占地面積，便于運行管理。火電廠水系統(tǒng)是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，水系統(tǒng)的構(gòu)成隨電廠地理位置、氣候特征、水源特征、機組規(guī)模、機組運行方式等具體情況的不同而變化，并沒有一個所謂標(biāo)準(zhǔn)化的水系統(tǒng)模型可以適用于大多數(shù)電廠。因此，為實現(xiàn)全廠水資源的真正意義的綜合利用，需要針對每一個電廠的具體情況，在深入研究電廠各用水設(shè)備的詳細(xì)運行方式及運行參數(shù)的基礎(chǔ)上，完成水系統(tǒng)的整體設(shè)計。

[1]韓買良.火力發(fā)電廠水資源分析及節(jié)水減排技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.