蘇 艷，降曉艷，樓新明，靳阿林，楊 永

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火電廠循環(huán)水零外排技術研究及應用

蘇 艷1，降曉艷1，樓新明2，靳阿林1，楊 永1

（1.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054； 2.浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司，浙江 蘭溪 321100）

針對循環(huán)水零外排技術在某火電廠4×600 MW機組的工業(yè)應用情況及節(jié)水減排效益進行研究。結果表明：采用具有阻垢、緩蝕、殺菌性能的新型高效藥劑，并設置循環(huán)水旁流過濾系統(tǒng)，維持循環(huán)水濁度在20 NTU以下，能夠保證循環(huán)水系統(tǒng)在濃縮倍率10~12時安全穩(wěn)定運行，循環(huán)水全部廠內消納不外排；該技術應用后，循環(huán)水補水量可減少934 m3/h，循環(huán)水外排量可減少645 m3/h，獲得節(jié)水減排效益457萬元/年。該研究成果可為低成本火電廠廢水零排放提供新思路。

循環(huán)水；零外排；新型高效藥劑；節(jié)水減排；旁流過濾系統(tǒng)；經(jīng)濟效益；控制方案

目前，循環(huán)水濃縮倍率普遍控制在3~5倍，且排污水量較大，下游用戶無法全部消納。因此，對于排污許可證要求廢水零排放的電廠，必須采取有效措施，減少循環(huán)水排污水量，常用的措施有以下2種。

1）對循環(huán)水排污水進行脫鹽處理。目前，已投運的循環(huán)水排污水回用工程多采用混凝澄清→過濾→超濾-反滲透處理工藝[1-4]，淡水回用于冷卻塔補水或鍋爐補給水系統(tǒng)，少量濃水回用至脫硫系統(tǒng)。由于循環(huán)水水質較差，含鹽量、致垢離子、有機物等均較高，且殘留一定量的水穩(wěn)劑等藥劑，易造成膜結垢、污堵或氧化[5-8]，多數(shù)循環(huán)水排污水回用系統(tǒng)運行效果較差，需要頻繁清洗。為保證循環(huán)水排污水回用系統(tǒng)安全運行，需增設軟化[9-12]、強化混凝[13-15]、臭氧-生物活性炭[16-17]等預處理單元，但投資和運行費用較高。

2）優(yōu)選藥劑，可大幅提高循環(huán)水濃縮倍率。受限于常規(guī)水穩(wěn)劑性能，濃縮倍率要提高至5倍以上，需采用更高要求的補充水處理工藝（如石灰處理、弱酸處理、膜脫鹽等），處理成本顯著升高。循環(huán)水零外排技術采用高性能的新型循環(huán)水處理藥劑，可將濃縮倍率提高到8~10倍或以上。

本文對循環(huán)水零外排技術優(yōu)選藥劑在某火電廠1號、2號機組的工業(yè)應用情況進行了研究，分析了循環(huán)水零外排技術應用效果及節(jié)水減排效益。

1 應用電廠簡介

某電廠裝機容量4×600 MW，擬實施廢水零排放改造。凝汽器換熱管為TP316L不銹鋼管，輔機過流材質有TP304、TP316不銹鋼和白銅。循環(huán)水補充水源為地表（江）水，原采用無磷系水穩(wěn)劑，濃縮倍率控制在3.50倍左右，部分排污水用作脫硫、除渣系統(tǒng)補水及綠化景觀用水，其余大部分排污水通過雨水井外排。4×600 MW機組循環(huán)水系統(tǒng)水量如圖1所示。由圖1可見，該電廠循環(huán)水外排量高達645 m3/h，必須采取有效措施，實現(xiàn)循環(huán)水排污水大幅減排。

圖1 循環(huán)水系統(tǒng)水量示意（m3/h）

2 循環(huán)水零外排技術

循環(huán)水零外排技術采用循環(huán)水新型高效藥劑。該藥劑為復配型，其阻垢劑成分能夠絡合鈣、鎂離子，中性除垢成分的高分子聚合物官能團能量遠大于碳酸鈣水垢的分子間力（即范德華引力），可迫使生成的水垢分子向官能團遷移并被吸附，從而避免在換熱設備表面結垢，達到防垢目的；該新型藥劑的復配進口殺菌劑成分，在殺滅菌藻的同時具有較強分散性，可有效控制生物粘泥；該新型藥劑的復配緩蝕劑，可減少管道及設備發(fā)生銹蝕。

該新型藥劑的投加方式不同于常規(guī)水穩(wěn)劑，以600 MW機組為例，投加步驟為：1）單機循環(huán)水系統(tǒng)水容積按25 000 m3計，初始一次性投加4 t新型藥劑；2）第2天開始，每天投加500 kg新型藥劑，連續(xù)均勻投加1個月，濃縮倍率達到預期值前系統(tǒng)不排污；3）達到預期濃縮倍率后，系統(tǒng)開始排污，同時補充水中加入新型藥劑，加藥量為每天100 kg。

循環(huán)水系統(tǒng)清潔度是影響系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的重要因素，循環(huán)水濁度及換熱設備黏附速率是系統(tǒng)清潔度的主要指示因子。循環(huán)水零外排技術應用期間，在1號循環(huán)水泵房配置1套循環(huán)水智能監(jiān)測換熱器，連接在1號、2號機組循環(huán)水出水連通管上，用以測定循環(huán)水系統(tǒng)換熱設備水側黏附速率。循環(huán)水零外排技術應用期間，對循環(huán)水濁度及換熱設備黏附速率進行測定，其變化情況如圖2所示。

圖2 循環(huán)水濁度及黏附速率變化趨勢

由圖2可見，循環(huán)水黏附速率與濁度同步增減。因此，為保證循環(huán)水系統(tǒng)清潔度，確保長期安全穩(wěn)定運行，在采用循環(huán)水零外排技術時，應設置循環(huán)水旁流過濾系統(tǒng)，使得循環(huán)水濁度維持在GB 50050—2017限值20 NTU以下，從而保證黏附速率滿足“設備傳熱面水側黏附速率不應大于每月15 mg/cm2”的規(guī)定。

3 應用效果

3.1 除垢效果

為考察采用循環(huán)水零外排技術后循環(huán)水系統(tǒng)結垢情況，對其濃縮倍率及主要水質進行分析，循環(huán)水補充水主要水質見表1，濃縮倍率變化情況如圖3所示。

表1 循環(huán)水補充水主要水質

Tab.1 Main water quality indexes of the make-up water

圖3 循環(huán)水濃縮倍率（以Cl–計）變化趨勢

由圖3可見：采用循環(huán)水零外排技術運行初期約3周內，為濃縮倍率升高階段，由3.50倍上升至10 倍以上并維持1周；其后進入穩(wěn)定運行階段，連續(xù)運行2個月，期間排污水全部用作脫硫系統(tǒng)補充水。圖3中濃縮倍率有一定幅度波動，這是由于機組負荷變化，導致脫硫系統(tǒng)用水量有所變動所致，但濃縮倍率均達到10~12倍。

圖4—圖6為采用循環(huán)水零外排技術后循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定運行階段循環(huán)水結垢性指標變化情況。

圖4 循環(huán)水總硬度變化趨勢

圖5 循環(huán)水鈣硬度變化趨勢

圖6 循環(huán)水全硅變化趨勢

由圖4—圖6可見：采用循環(huán)水零外排技術后循環(huán)水的總硬度、鈣硬度、全硅等結垢性指標與濃縮倍率呈同步增減趨勢，表明循環(huán)水系統(tǒng)未發(fā)生結垢。

圖7為采用循環(huán)水零外排技術后循環(huán)水總堿度變化情況。由圖7可見，采用循環(huán)水零外排技術后機組穩(wěn)定運行階段，循環(huán)水總堿度均維持在10 mmol/L以下。

由圖4—圖7可見，循環(huán)水總硬度、鈣硬度、總堿度等指標測試值低于按濃縮倍率計算的理論值。這是由于采用循環(huán)水零外排技術后，起始階段發(fā)揮阻垢作用的是新型藥劑中的阻垢劑成分，隨著濃縮倍率的升高，鈣、鎂硬度及堿度逐漸升高，達到阻垢劑容忍極限時，循環(huán)水中會有水垢分子析出，此時新型藥劑中的高分子聚合官能團會絡合、吸附生成的游離水垢分子以實現(xiàn)防垢功能。因此，隨著濃縮倍率的升高，總堿度、總硬度、鈣硬度不會一直升高，而是升高到一定數(shù)值后，僅隨濃縮倍率變化小幅波動。

圖7 循環(huán)水總堿度變化趨勢

新型藥劑性能及投加方式不同于常規(guī)藥劑，為保證阻垢效果，循環(huán)水必須維持一定的有機膦含量，有機膦質量濃度限值需經(jīng)模擬試驗確定。圖8為采用循環(huán)水零外排技術后循環(huán)水有機膦質量濃度變化情況。由圖8可見，采用循環(huán)水零外排技術后穩(wěn)定運行階段，循環(huán)水有機膦質量濃度基本維持在5 mg/L以上，循環(huán)水系統(tǒng)運行正常。

圖8 循環(huán)水有機膦質量濃度變化趨勢

循環(huán)水零外排技術應用期間，凝汽器端差及真空度等主要參數(shù)未發(fā)生明顯變化。運行3個月后停機檢修，循環(huán)水及輔機系統(tǒng)冷卻設備狀況如圖9所示。由圖9可見：采用循環(huán)水零外排技術后凝汽器、閉式水冷卻器及氫冷器換熱管均無垢、無銹蝕、無粘泥沉積；汽動給水泵汽輪機冷油器及定冷水冷卻器換熱片經(jīng)水沖洗后，表面清潔光亮；主汽輪機冷油器出水側有少量沉積物，高壓水沖洗后可去除。采用循環(huán)水零外排技術后，各輔機冷卻設備未發(fā)生結垢現(xiàn)象。

3.2 緩蝕效果

為考察循環(huán)水零外排技術應用期間循環(huán)水系統(tǒng)設備腐蝕情況，在1號、2號冷卻塔池懸掛白銅、TP304、TP316、TP316L不銹鋼等與凝汽器及輔機冷卻設備材質相同的腐蝕試片。發(fā)現(xiàn)TP304、TP316、TP316L不銹鋼試片基本無腐蝕，年均勻腐蝕速率測定值均在0.001 mm以下。白銅試片均勻腐蝕速率見表2。

表2 白銅試片腐蝕速率

Tab.2 Corrosion rate of the cupronickel mm/a

由表2可見，循環(huán)水零外排技術工業(yè)應用期間，白銅及TP304、TP316、TP316L不銹鋼試片均勻腐蝕速率均滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》（GB 50050—2017）中銅合金和不銹鋼設備傳熱面水側年腐蝕速率應小于0.005 mm的相關規(guī)定。

3.3 殺菌效果

為考察循環(huán)水零外排技術應用期間循環(huán)水系統(tǒng)菌藻生長情況，分別于循環(huán)水零外排技術應用前后，取1號、2號冷卻塔循環(huán)水水樣，檢測循環(huán)水菌落總數(shù)，結果見表3。

表3 菌落總數(shù)檢測結果

Tab.3 Detection result of the total bacterial count CFU/mL

由表3可見，循環(huán)水零外排技術應用期間濃縮倍率由原3.50倍左右升高到10~12倍，循環(huán)水菌落總數(shù)也相應升高至1 000 CFU/mL以上，但遠小于GB 50050-2017中間冷開式系統(tǒng)的異養(yǎng)菌總數(shù)不大于1×105CFU/mL的限值要求。

1號、2號機組停機檢查結果顯示，循環(huán)水零外排技術應用期間循環(huán)水系統(tǒng)的生物粘泥控制效果較好，凝汽器及輔機冷卻設備無生物粘泥沉積，有利于減少粘泥下銹蝕發(fā)生。

3.4 運行控制方案

根據(jù)循環(huán)水零外排技術工業(yè)應用效果，該電廠制定了采用循環(huán)水零外排技術時循環(huán)水系統(tǒng)運行主要指標控制方案，具體見表4。

表4 循環(huán)水系統(tǒng)運行主要指標控制方案

Tab.4 Main operation control schemes of the circulating water system

3.5 節(jié)水減排效益分析

該電廠采用循環(huán)水零外排技術時，4×600 MW機組循環(huán)水系統(tǒng)水量如圖10所示。對比圖1和 圖10可見，采用循環(huán)水零外排技術后，4×600 MW機組循環(huán)水補水量可減少934 m3/h，循環(huán)水外排量可減少645 m3/h。按年運行5 500 h、地表水取水費0.20元/t、排污費1元/t計，可獲得節(jié)水減排效益共計457萬元/年，同時還具有顯著的環(huán)保及社會效益。

圖10 循環(huán)水系統(tǒng)零外排水量示意（m3/h）

4 結 論

1）循環(huán)水零外排技術可使火電廠最大水量的循環(huán)水排污水實現(xiàn)廠內消納，大幅降低火電廠末端廢水的處理量及投資、運行成本，為火電廠提供了一種低成本實現(xiàn)廢水零排放的新思路，應用前景廣闊。

2）采用循環(huán)水零外排技術時，循環(huán)水濃縮倍率較高，為保證循環(huán)水系統(tǒng)的清潔度及運行安全，應設置循環(huán)水旁流過濾系統(tǒng)，并制定適宜的循環(huán)水運行控制方案。

［1］ 張江濤, 董娟. 火力發(fā)電廠循環(huán)排污水處理回用技術的比較分析[J]. 水處理技術, 2012, 38(8): 124-127.

ZHANG Jiangtao, DONG Juan. Compare and analysis of recycling utilization technology of blow-down water from circulating water of fossil-fired power plant[J]. Technology of Water Treatment, 2012, 38(8): 124-127.

［2］ 劉志江, 胡彥云, 郭焱. 浸沒式超濾技術在循環(huán)冷卻水排污水回用中的應用[J]. 熱力發(fā)電, 2013, 42(1): 84-86.

LIU Zhijiang, HU Yanyun, GUO Yan. Application of immersed ultrafiltration recycling technology for blowdown water of reclaimed water from 600 MW thermal power unit[J]. Thermal Power Generation, 2013, 42(1): 84-86.

［3］ 王廣珠, 柴紫儀, 王旭初, 等. 水處理用粉末離子交換樹脂質量指標探討[J]. 熱力發(fā)電, 2010, 39(4): 23-27.

WANG Guangzhu, CHAI Ziyi, WANG Xuchu, et al. An approach to quality indices of powdered ion-exchange resion used for water treatment[J]. Thermal Power Generation, 2010, 39(4): 23-27.

［4］ 毛進, 王璟, 張江濤, 等. 新型絮凝反應器工藝性能試驗研究[J]. 熱力發(fā)電, 2010, 39(5): 105-107.

MAO Jin, WANG Jing, ZHANG Jiangtao, et al. Study on performance test of new flocculation reactor process[J]. Thermal Power Generation, 2010, 39(5): 105-107.

［5］ 楊寶紅, 余耀宏. 火電廠循環(huán)水排污水回用處理中超濾膜污染過程分析[J]. 電力科學與技術學報, 2007, 22(4): 79-83.

YANG Baohong, YU Yaohong. Ultrafiltration membrane Fouling process analysis for reuse the blowdown water in thermal power plant[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2007, 22(4): 79-83.

［6］ 龍瀟, 何彩燕, 石景燕, 等. 循環(huán)水排污水回用工藝中反滲透系統(tǒng)污堵原因分析[J]. 中國電力, 2012, 45(7): 38-41.

LONG Xiao, HE Caiyan, SHI Jingyan, et al. Analysis on fouling of reverse osmosis systems in reuse process for blowdown of circulating water[J]. Electric Power, 2012, 45(7): 38-41.

［7］ 陳穎敏, 孫心利, 吳靜然. 循環(huán)水排污水回用中磷系阻垢劑對混凝效果的影響及措施[J]. 熱力發(fā)電, 2010, 39(1): 95-99.

CHEN Yingmin, SUN Xinli, WU Jingran. Influence of phospherous antiscalant used in recycling utilization system of blow-down water from circulating water upon the coagulation effect[J]. Thermal Power Generation, 2010, 39(1): 95-99.

［8］ 田利, 黃善鋒, 羅獎合, 等. 循環(huán)水殺菌劑對反滲透膜影響的研究[J]. 熱力發(fā)電, 2010, 39(6): 29-33.

TIAN Li, HUANG Shanfeng, LUO Jianghe, et al. Study on influence of bactericide in circulating water upon the reverse-osmosis membrane[J]. Thermal Power Genera- tion, 2010, 39(6): 29-33.

［9］ 孫心利, 王平, 李路江. 火力發(fā)電廠循環(huán)水排污水回用預處理工藝分析[J]. 電力科學與技術學報, 2010, 25(2): 89-93.

SUN Xinli, WANG Ping, LI Lujiang. Pretreatment techniques analysis for circulating drainage water recovery in thermal power plant[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2010, 25(2): 89-93.

［10］ 李瑞瑞, 姜琪, 余耀宏, 等. 循環(huán)水排污水回用軟化處理工藝[J]. 熱力發(fā)電, 2014, 43(5): 117-120.

LI Ruirui, JIANG Qi, YU Yaohong, et al. Recovery utilization of circulating sewage with softening technique [J]. Thermal Power Generation, 2014, 43(5): 117-120.

［11］ 耿曉杰, 凌小鳳, 孫慧, 等. 電廠循環(huán)水排污水回用混凝處理實驗研究[J]. 河北電力技術, 2015, 34(1): 28-29.

GENG Xiaojie, LING Xiaofeng, SUN Hui, et al. Experimental research on coagulation of circulating waste water in power plant[J]. Hebei Electric Power, 2015, 34(1): 28-29.

［12］ 李永立, 王應高, 鄧建平, 等. 火電廠循環(huán)排污水采用混凝工藝回用處理研究[J]. 華北電力技術, 2007(5): 1-3.

LI Yongli, WANG Yinggao, DENG Jianping, et al. Research on recovery use of circulating sewage with coagulation technique in thermal power plant[J]. North China Electric Power, 2007(5): 1-3.

［13］ 姜琳, 王崠, 酈和生. 強化混凝在循環(huán)水系統(tǒng)排污水回用中的應用[J]. 工業(yè)水處理, 2006, 26(10): 87-89.

JIANG Lin, WANG Dong, LI Hesheng. Application of enhanced coagulation technology to reusing effluent in circulating water system[J]. Industrial Water Treatment, 2006, 26(10): 87-89.

［14］ 黃曉東, 孫偉, 莊漢平, 等. 強化混凝處理微污染源水[J]. 中國給水排水, 2002, 18(12): 45-47.

HUANG Xiaodong, SUN Wei, ZHUANG Hanping, et al. Enhanced coagulation treatment of micro-polluted source water[J]. China Water & Wastewater, 2002, 18(12): 45-47.

［15］ 方建章, 黃少斌. 西江水的強化混凝試驗研究[J]. 環(huán)境科學與技術, 2004, 27(1): 18-20.

FANG Jianzhang, HUANG Shaobin. An enhanced coagulation experiment for water of downstream Xijiang river[J]. Environmental Science and Technology, 2004, 27(1): 18-20.

［16］ 李瑞瑞, 姜琪, 余耀宏, 等. 臭氧-生物活性炭工藝去除工業(yè)廢水中難降解有機物的試驗[J]. 熱力發(fā)電, 2016, 45(1): 99-104.

LI Ruirui, JIANG Qi, YU Yaohong, et al. Experimental research on removing refractory organics from industrial waste water with ozone-BAC processes[J]. Thermal Power Generation, 2016, 45(1): 99-104.

［17］ 王占金, 于衍真. 臭氧生物活性炭工藝去除水源水中有機物的研究進展[J]. 江蘇化工, 2008, 36(5): 7-10.

WANG Zhanjin, YU Yanzhen. Removal the organic pollutions in drinking water with O3-BAC process[J]. Jiangsu Chemical Industry, 2008, 36(5): 7-10.

Research and application of circulating water zero discharge technology in thermal power plants

SU Yan1, JIANG Xiaoyan1, LOU Xinming2, JIN Alin1, YANG Yong1

(1. Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China; 2. Zhejiang Zheneng Lanxi Power Generation Co., Ltd., Lanxi 321100, China)

The industrial application of circulating water zero discharge technology in a 600 MW grade thermal power plant and its benefit of water saving and emission reduction were studied. The results show that, by using new high efficiency reagent with performances of anti-scale, anti-corrosion and bactericide, and building side flow filtration system to keep the turbidity below 20 NTU, the circulating water system could run without scale, corrosion and biological silt at concentration ratio of 10~12. After the application of this technology, the flow of make-up water reduced by 934 m3/h and the circulating water discharge reduced by 645 m3/h, with a benefit of water saving and emission reduction of 4.57 million yuan per year. The research results provide a new thought for low-cost wastewater zero discharge of thermal power plants, with vast applied prospects.

circulating water, zero discharge, new high efficiency reagent, water saving and emission reduction, side flow filtration system, economic benefit, control scheme

TK09

B

10.19666/j.rlfd.201809172

蘇艷, 降曉艷, 樓新明, 等. 火電廠循環(huán)水零外排技術研究及應用[J]. 熱力發(fā)電, 2019, 48(1): 97-102. SU Yan, JIANG Xiaoyan, LOU Xinming, et al. Research and application of circulating water zero discharge technology in thermal power plants[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(1): 97-102.

2018-09-28

蘇艷(1982—)，女，碩士，高級工程師，主要研究方向為火電廠節(jié)水與廢水綜合治理技術，suyan@tpri.com.cn。

（責任編輯 楊嘉蕾）