(寶山鋼鐵股份有限公司電廠, 上海 200941)

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和社會的進步,人們對資源和環(huán)境的保護意識也逐漸提高[1].近年來,國家對水資源管理要求越來越高,陸續(xù)頒布了最嚴格水資源管理制度[2]、“水十條”等法律法規(guī),并實施最嚴格的水資源管理.電廠作為用水大戶[3-4],是國家重點監(jiān)管的對象.

國家也逐步提高了對電廠污染排放的要求,要求電廠逐步實現(xiàn)廢水“零排放”[5-6],生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后全部回用.

火力發(fā)電的用水項目主要有凝汽器及輔機冷卻器的冷卻水、沖灰及沖渣水、鍋爐補給水、工業(yè)冷卻水以及生活用水等.耗水主要包括循環(huán)水的蒸發(fā)、排污、沖灰水的消耗、廢水排放及煤場噴淋等.各用水項目對水質(zhì)要求不同,水量差別大.火電廠消耗大量的水資源,節(jié)水要求較為迫切.在目前開展節(jié)水的工作中,主要在水平衡測試的基礎(chǔ)上,綜合采取提高循環(huán)水濃縮倍率、降低水灰比等措施,實現(xiàn)分級使用和廢水回收.寶山鋼鐵股份有限公司電廠(以下簡稱“電廠”)機組投產(chǎn)早,在用水量控制方面比較粗放,存在用水效率低的問題,因此需要進行廢水綜合利用和“零排放”技術(shù)研究,以滿足國家對電廠取、用水管理的要求.

1 電廠取、用水和廢水系統(tǒng)概述

1.1 電廠取、用水系統(tǒng)介紹

電廠有5臺機組,裝機容量1.55×106kW.每年從長江取水約9.0×108m3,其中最大的一部分用做凝汽器冷卻水,這部分水經(jīng)過機組循環(huán)后只有溫度的上升,不產(chǎn)生有害物質(zhì).剩余的2.5×106t左右的水到制水系統(tǒng),為電廠生產(chǎn)提供生產(chǎn)用純水、工業(yè)水等.化學制水系統(tǒng)分兩套:1期、3期制水系統(tǒng)和新增二級除鹽系統(tǒng).全廠水系統(tǒng)可分為新鮮水源及預處理系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、化學制水及供水系統(tǒng)、純水系統(tǒng)、機組生產(chǎn)用水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)等6個系統(tǒng).

1.2 電廠廢水系統(tǒng)介紹

電廠的廢水主要有3大來源:一是電廠生產(chǎn)過程使用的純水、工業(yè)水等經(jīng)過機組使用后產(chǎn)生的廢水;二是化學制水車間取長江原水制生產(chǎn)用的工業(yè)水、純水過程中產(chǎn)生的廢水;三是脫硫工藝系統(tǒng)廢水.第1部分和第2部分廢水集中排放到化學水處理站集中處理達標后排放,第3部分廢水經(jīng)過脫硫區(qū)域pH值調(diào)整、絮凝、沉淀以及中和等步驟處理達標后,合并前兩路廢水,從電廠廢水排口排入長江.早期的系統(tǒng)設(shè)計沒有考慮到廢水回用,每年約1.0×106t廢水排入長江.廢水檢測指標主要包括化學需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)、石油類污染物含量、氨氮、鈣、鎂等,目前電廠廢水全部達標排放,幾乎沒有廢水回收再利用.

2 水平衡測試和水質(zhì)分析

水平衡測試是客觀反映電廠實際用水需求和管理水平的必要環(huán)節(jié).寶山鋼鐵股份有限公司所有機組脫硫系統(tǒng)投產(chǎn)運行后,對電廠生產(chǎn)用水和生活用水進行了水平衡測試.水平衡測試總圖如圖1所示.本文通過對全廠各系統(tǒng)供用水管網(wǎng),以及取、用、排、耗水量和水質(zhì)進行檢測分析,掌握全廠取用水、排水現(xiàn)狀,評估現(xiàn)有用水狀況及相應(yīng)水平.根據(jù)現(xiàn)有用水和排廢水狀況,結(jié)合廢水處理新技術(shù),研究和制定節(jié)水措施和復用適用技術(shù),編制節(jié)水規(guī)劃,研究排廢水復用的途徑與方案以及廢水零排放的可行性方案.

圖1 水平衡測試總示意

通過水平衡測試梳理了全廠取用水、廢水現(xiàn)狀,同時對各路廢水進行了水質(zhì)檢測,主要的廢水水量和水質(zhì)情況,如表1所示.通過水質(zhì)檢測發(fā)現(xiàn),真空脫碳器冷卻水排水水質(zhì)與原水相同,僅溫度升高,可降溫后回用;循泵冷卻用水排水水質(zhì)為工業(yè)水,可直接回用;化學制水系統(tǒng)中含泥廢水、反洗水、RO濃水水質(zhì)相對較好,可簡單處理后回用;鍋爐排污水水質(zhì)優(yōu)于工業(yè)水,可直接回用;機組公共及雜用排水水質(zhì)較復雜,需集中處理;脫硫廢水雖經(jīng)單獨處理,但是水質(zhì)仍然很差,需進一步集中處理.

表1 電廠主要廢水水量、水質(zhì)情況

3 廢水綜合利用方案設(shè)計

由圖1所示的水平衡測試可知,全廠用水水平盡管符合國家標準的用水定額,但與優(yōu)等用水水平相比仍有差距.根據(jù)現(xiàn)有用水、排水狀況,結(jié)合電廠現(xiàn)有用戶對水量、水質(zhì)的需求,廢水綜合利用可以分近期措施和遠期措施來實施.

3.1 近期廢水綜合利用方案

3.1.1 沉淀池溢流改造

對沉淀水池進、出水量的不平衡狀況進行計算,水池溢流損失的水量約為800 m3/d.溢流原因是沉淀水泵的吸水口設(shè)置的位置較高,為保證水泵不抽空,要經(jīng)常保持沉淀水池的高水位,因而有時出現(xiàn)溢流造成損失.

解決方法可有以下3種:

(1) 更換水泵,選用合適的水泵以增加吸水口的深度;

(2) 安裝可靠的水位計,保持沉淀水池的水位不出現(xiàn)溢流;

(3) 將溢流水收集回用至原水槽.

其中,第一種方法較徹底;第二種方法會影響沉淀池的運行連續(xù)性;第三種方法浪費已凈化的沉淀水,且增加沉淀池運行負荷,經(jīng)濟性較差.

因此,建議采用第一種方法.此措施可直接減少新水取水量800 m3/d.

3.1.2 含泥廢水外排方式改造

電廠化學水系統(tǒng)中澄清器及沉淀池的含泥廢水排出量約為530 m3/d.含泥廢水的主要污染物是懸浮物,檢測顯示廢水懸浮物濃度達到377 mg/L,是原水的3～4倍,而其他組分與原水相近.

采用干法排泥的方式替代現(xiàn)有水力排泥方式,可回收90%水量,澄清水可直接回用至沉淀池,此措施可減少新水取水量約為470 m3/d.

3.1.3 化學水系統(tǒng)反洗水回用

化學水系統(tǒng)中,1期濾池的反洗水約為18 m3/d,3期濾池反洗水約為 170 m3/d,超濾反洗水約為440 m3/d,3期精密過濾器和活性炭過濾器的反洗水約為100 m3/d,合計650 m3/d.濾池反洗水的水質(zhì)測量顯示,反洗水中主要污染物是懸浮物,經(jīng)過對3期反洗水的檢測,懸浮物濃度為92 mg/L.長江原水的懸浮物濃度測試值為115 mg/L,兩者結(jié)果相近.因此,可將電廠化學水系統(tǒng)中反洗水回用至原水池,減少新水取水量約為660 m3/d.

3.1.4 循泵冷卻水改造

從化學自制過濾水(濾池產(chǎn)水)經(jīng)工業(yè)水泵供給取水循泵房的工業(yè)水為 426 m3/d,從3#工業(yè)水管網(wǎng)供給循泵房工業(yè)水約為246 m3/d,從4#工業(yè)水管網(wǎng)供給循泵房工業(yè)水約為257 m3/d,合計為929 m3/d.經(jīng)現(xiàn)場觀察,在循泵房,工業(yè)水用于軸封和冷卻,水質(zhì)基本不受污染,與工業(yè)水相近.

因此,可將循泵冷凝水回用至脫硫系統(tǒng),減少公司供工業(yè)水約為929 m3/d.

3.1.5 重新啟用EP洗凈水回用系統(tǒng)

0#機組濕式電除塵器以能源部工業(yè)水作為洗凈用水,設(shè)計運行水量34 t/h,經(jīng)過一次性使用后直接排放到電廠灰場,年消耗工業(yè)水2.6×105t.電廠曾對該系統(tǒng)進行改造,但由于設(shè)備故障,循環(huán)利用系統(tǒng)已停止運行.

通過對洗凈水樣的分析發(fā)現(xiàn),在洗凈水中懸浮物含量較多,水的腐蝕性、結(jié)垢性也有所增加,造成了水資源浪費以及對環(huán)境的污染.之前所做的洗凈水回用項目,通過對洗凈水系統(tǒng)進行改造,達到系統(tǒng)所需水質(zhì)的要求后,再進行循環(huán)使用,以節(jié)約水資源,減少廢水排放量.

改造的方案為流出除塵器的洗凈水,直接引至集水池內(nèi),過濾器運行與反沖洗由可編程控制器(PLC)、氣動閥實施自動控制.集水池與冷卻水池內(nèi)設(shè)液位計,由PLC和調(diào)節(jié)回路裝置實施控制.系統(tǒng)在電除塵洗凈水箱進行補水,過濾器反沖洗與冷水池出水水泵共用,管路采用氣動閥切換.反沖洗污水排入原有洗凈水排水池.系統(tǒng)內(nèi)設(shè)流量檢測裝置,補充水增設(shè)水量累計表.實施后減少原系統(tǒng)95%的廢水排放量,每年節(jié)約工業(yè)水2.4×105t.

由于0#機組電除塵洗凈水的使用量較大,故針對原有設(shè)備與系統(tǒng)在使用中存在的問題,進行技術(shù)分析,設(shè)法恢復回用功能.經(jīng)過調(diào)查,原有的電除塵洗凈水無法如期回用,一方面是設(shè)計的洗滌與過濾能力不足,造成0#機組電除塵效率下降;另一方面是高爐煤氣中含塵量呈上升趨勢,使得除塵能力不夠.原有系統(tǒng)的洗凈水處置后的回用量較大,應(yīng)通過詳細的系統(tǒng)分析與水質(zhì)分析,合理調(diào)低回用水量.建議重新設(shè)計0#機組電除塵洗凈水回用設(shè)備與系統(tǒng),增設(shè)安全、可靠的流量計和水質(zhì)分析儀,參照電力行業(yè)主流濕式電除塵裝置的廢水回用裝置的實際應(yīng)用情況,在確保除塵效率的前提下設(shè)定廢水回用率.

日常運行時洗凈水系統(tǒng)要消耗的工業(yè)水量約為700 m3/d,將0#機組煤氣洗凈水回用裝置修復并重新使用后,能節(jié)約80%的水量,即減少工業(yè)水量560 m3/d.

3.1.6 脫硫塔溢流水改造

脫硫系統(tǒng)公用循環(huán)冷卻塔盛水盤溢流損失水量約為180 m3/d.通過水位控制,防止溢流損失,合理排污,降低補充水量,可節(jié)約90%的水量,即160 m3/d的工業(yè)水量.

3.1.7 真空脫碳器冷卻水計量及排放方式改造

新增真空脫碳器的冷卻使用原水,經(jīng)測量平均水量為3 400 m3/d.這部分用水僅有溫升,排入雨排水管網(wǎng),進入護廠河.根據(jù)目前計量方式,該用水不屬于直流冷卻水,需要計入電廠用水指標,其水量約占電廠取水量(除直流冷卻水)的35%,對用水指標計算有較大影響.

因此,可以將原水取水管流量計測點移至脫碳器冷卻支管后,對新增真空脫碳器的冷卻使用原水單獨計量,且其排水并入電廠直流冷卻水排放系統(tǒng).此措施可減少電廠新水取水量約為3 400 m3/d.

3.1.8 修復煤場水回用系統(tǒng)

輸煤系統(tǒng)現(xiàn)有的輸煤棧橋沖洗廢水及煤場雨排水經(jīng)沉淀池初步沉淀后排入廢水處理站.電廠曾進行技術(shù)改造,將輸煤棧橋沖洗廢水和煤場雨排水全部收集,經(jīng)廢水處理系統(tǒng)處理后達到工業(yè)水標準,再循環(huán)回用,供輸煤棧橋沖洗及貯煤場水噴淋,煤場用水基本不需要補充新鮮水.

但是由于濾膜堵塞,部分設(shè)備損壞,煤場水回用系統(tǒng)已經(jīng)停止運行.建議更換濾膜及損壞設(shè)備并重新啟用,可減少工業(yè)水量180 m3/d,并相應(yīng)減少廢水外排量.

由此,采用以上8項措施,可減少取水量約為6 970 m3/d,其中包括電廠新水取水量5 330 m3/d,公司供工業(yè)水1 640 m3/d.單位發(fā)電用水量可從0.52 m3/MWh降低至0.26 m3/MWh,滿足國家和上海市最新用水定額的要求,達到國內(nèi)較先進水平.

同時,通過以上措施可以減少排水量3 370 m3/d,其中通過雨排水系統(tǒng)排放水量約為800 m3/d,直接排放長江水量910 m3/d,減少排入污水處理站水量1 660 m3/d.

3.2 遠期廢水綜合利用方案

為進一步提高用水效率,減少廢水排放,遠期可采用以下措施.

(1) 機組排水槽排水回用 機組排水槽有一部分排水的水質(zhì)較好,如擴容膨脹箱排水、蒸汽疏水、應(yīng)急時爐水排放、機械軸冷排水等,4臺機組的這部分水量估算約為200 m3/d.可采用分隔排水槽的方式,按照水質(zhì)分別放置,水質(zhì)好的可以直接回用至原水槽,水質(zhì)較差的可回用至煤場系統(tǒng).

(2) RO濃水回收利用 化學水系統(tǒng)中,3 期反滲透產(chǎn)生濃水約為370 m3/d,新增反滲透產(chǎn)生濃水約為520 m3/d,二者合計為890 m3/d.RO濃水外觀清澈透明,水質(zhì)的主要特征是含鹽量較高,氯根含量高.經(jīng)檢測,3 期RO濃水的全固型物含量為975 mg/L,氯根含量為141 mg/L,濃縮倍率約為原水的4倍.電廠對RO濃水已設(shè)置了回收設(shè)施,將濃水回收至工業(yè)水箱,再回用到機組雜用.由于1期機組的工業(yè)水用量較少,摻入后會影響工業(yè)水的水質(zhì),目前基本停止使用.可將水質(zhì)較好的回用至脫硫系統(tǒng)用水,水質(zhì)差的回用至煤場系統(tǒng).實施后可減少工業(yè)水約為1 100 m3/d,單位發(fā)電量取水量可從0.40 m3/MWh降低至0.39 m3/MWh.

4 結(jié) 語

通過以上措施,使電廠80%的廢水得到回用,節(jié)約了大量的長江原水,很好地實現(xiàn)節(jié)水的目的.本文提出的綜合利用方案,在回用過程中充分考慮到系統(tǒng)用戶對水質(zhì)和水量的要求,改造工程較小,工藝技術(shù)相對成熟.對于剩下的少量廢水和脫硫廢水,在后續(xù)工作中將進一步研究處理方案,擬通過采用“軟化預處理+膜法高鹽水濃縮正滲透濃縮+結(jié)晶干燥”的工藝最終實現(xiàn)電廠廢水零排放,從而滿足國家最嚴格水資源管理要求,使電廠成為環(huán)保電廠.

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