刁敏師

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司

0 引言

隨著社會節(jié)能減排力度的增大，碳排放與節(jié)能工作、生態(tài)保護(hù)與水資源循環(huán)利用越來越深入到社會發(fā)展的各個部分。火力發(fā)電企業(yè)更是在諸多方面做足了功課，從降低發(fā)電煤耗、廠用電率，到雨水處理系統(tǒng)投用，再到含煤廢水治理系統(tǒng)技術(shù)改造，節(jié)能減排工作逐步延伸到全社會關(guān)注的空氣治理及水資源再利用等方面。江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司在加大節(jié)能工作的同時，在水資源的保護(hù)和再利用方面也作了積極的嘗試，取得了良好的效果。

1 含煤廢水系統(tǒng)構(gòu)成

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司輸（卸）煤系統(tǒng)經(jīng)歷了1988 年220 MW 燃煤機(jī)組基礎(chǔ)建設(shè)和2005年330 MW 燃煤機(jī)組整合的兩個時期。其間，含煤廢水系統(tǒng)經(jīng)歷了三個遞進(jìn)階段，一是經(jīng)灰場沉淀回流再利用階段，二是沉淀池三級沉淀后經(jīng)脫水倉處理再利用階段，三是水處理再循環(huán)利用階段，即現(xiàn)階段。

1.1 純?nèi)济簷C(jī)組時期

純?nèi)济簷C(jī)組時期，全廠機(jī)組裝機(jī)構(gòu)成為2 臺220 MW 燃煤機(jī)組（4、5#機(jī)）和 2 臺 330 MW 燃煤機(jī)組（6、7#機(jī)）。此時期灰場處于半運行狀態(tài)，即220 MW 機(jī)組屬于干式+水出灰模式，330 MW 機(jī)組屬于全干式出灰模式。220 MW 機(jī)組水出灰與輸煤系統(tǒng)沖洗水經(jīng)灰場沉淀，再由回水泵抽回作為出灰用水。這個時期水出灰及輸煤系統(tǒng)沖洗水受條件限制，含煤廢水屬于“沉淀式”自然物理凈化，水質(zhì)中含化工物質(zhì)成分，回收率不高，煤泥浪費多。

1.2 燃煤機(jī)組與燃?xì)鈾C(jī)組混合時期

2014 年 2 臺 220 MW 燃煤機(jī)組拆除 ，由 2 臺475 MW 9F 天然氣機(jī)組（1、2#機(jī)）代替，于2017 年投產(chǎn)。2臺天然氣機(jī)組與2臺燃煤機(jī)組混合運營后，廠內(nèi)過渡到全干式出灰模式。2017 年雨水系統(tǒng)建立，雨水單獨經(jīng)匯集處理排放。廠區(qū)內(nèi)含煤廢水處于三級沉淀脫水處理再利用模式，溢流多，水未經(jīng)化學(xué)處理，循環(huán)利用率低，水質(zhì)不能滿足排放要求。

2 生產(chǎn)取水、排水現(xiàn)狀

2.1 生產(chǎn)用取水

火力發(fā)電廠生產(chǎn)用水主要由循環(huán)水和冷凝水構(gòu)成。循環(huán)水通常用作冷卻、消防、沖洗等，冷凝水主要用作導(dǎo)熱介質(zhì)，在水與蒸汽之間轉(zhuǎn)換。生產(chǎn)用水一般取自附近江河湖海或地下水，經(jīng)化學(xué)處理后分功能利用。地下水采用管制升級后，作為補(bǔ)水的深井水停用，生產(chǎn)用水取自京杭大運河的河水。

2.2 生產(chǎn)區(qū)排水

隨著環(huán)保要求升級，發(fā)電廠的排水，除了生活污水進(jìn)入城市污水處理系統(tǒng)外，廠內(nèi)工業(yè)排水系統(tǒng)也進(jìn)行了逐步升級。2017 年，2 臺 475 MW 9F 天然氣機(jī)組投產(chǎn)之后，廠內(nèi)雨水系統(tǒng)獨立，經(jīng)處理后排入河道，而廠內(nèi)含煤廢水系統(tǒng)（包括灰渣脫水倉沖洗水）仍屬于沉淀溢流式排放。排水口流域10多km 外通過施橋閘與長江連接，此長江段位于南水北調(diào)取水口上游20余km。

2.3 工業(yè)排水實際問題

含煤廢水系統(tǒng)沉淀溢流排放模式存在兩個問題，一是廢水不滿足排放要求，對周邊水資源造成污染，二是水資源未完全循環(huán)利用，且浪費煤炭。

3 含煤廢水系統(tǒng)技術(shù)改造可行性分析

3.1 系統(tǒng)特點及問題分析

1）特點：江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司于1958年建廠，經(jīng)歷了五期建設(shè)，從12 MW 燃煤機(jī)組到220 MW 及 330 MW 燃煤機(jī)組，再到 475 MW 9F 天然氣機(jī)組，使輸煤系統(tǒng)線路長且復(fù)雜，見圖1。沿線由 1、2#，21、22#，31、32#，41、42#，51、52#，53、54#，61、62#，63、64#，71、72#，73、74#，83、84#及8、9、10、11、13、14#等不同水平層面超過10個輸煤皮帶構(gòu)成。這些層面的含煤廢水點多且分散，匯集難度大。

2）問題：該含煤廢水系統(tǒng)缺少化學(xué)水處理與完整的回收設(shè)備，不適應(yīng)節(jié)能減排要求。另外，煤泥曬干點場地不足，清水池、蓄水池容量小。

圖1 輸煤系統(tǒng)圖

3.2 含煤廢水系統(tǒng)升級技術(shù)可行性分析

對照實際現(xiàn)狀和要求，含煤廢水系統(tǒng)需在兩個方面實現(xiàn)升級，即實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用和煤泥回收。在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，技術(shù)層面需優(yōu)化系統(tǒng)和升級設(shè)備。優(yōu)化后的系統(tǒng)應(yīng)包括：回收、處理、再利用系統(tǒng)，見圖2，重在設(shè)置“處理與再利用”系統(tǒng)。升級后設(shè)備需增加：含煤廢水匯集管道、廢水輸送泵、曬煤池及水處理裝置，核心是添置水處理設(shè)施。

圖2 優(yōu)化后的系統(tǒng)

3.2.1 廢水處理回收系統(tǒng)功能設(shè)置

含煤廢水匯集后，設(shè)置“原水泵—電子絮凝—離心澄清—中間水池—升壓泵—多介質(zhì)過濾—清水池—回用泵—蓄水池”等9 個環(huán)節(jié)?；厥蘸蟮暮簭U水，經(jīng)過“電子絮凝”化學(xué)處理及“離心澄清”和“多介質(zhì)過濾”物理雙重處理，水質(zhì)達(dá)到二級要求，再到清水池和蓄水池，實現(xiàn)循環(huán)再利用。

采用電子絮凝器設(shè)備，主要是解決原先只能物理處理污水的問題。電子絮凝器的極板發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成較強(qiáng)的氧化劑和金屬陽離子，分解水中污染物，從而降低水中的BOD5、COD-cr、氨氮。金屬陽離子與水中OH-生成活性高、吸附力強(qiáng)的金屬氫氧化物膠體絮凝劑，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。如此往復(fù)，析出的氧氣和氫氣，生成分散度極高的微小氣泡與水中的膠體、懸浮物、可溶性污染物、細(xì)菌、病毒、重金屬等結(jié)合生成較大絮狀體，經(jīng)沉淀、氣浮被去除，廢水進(jìn)行第一道化學(xué)處理。

3.2.2 煤泥回收系統(tǒng)功能設(shè)置

含煤廢水匯集后，設(shè)置“原水泵—電子絮凝—離心澄清—沉淀排”及“原水泵—電子絮凝—離心澄清—中間水池—升壓泵—多介質(zhì)過濾—反洗排水—煤泥沉淀”兩個回路，消除煤水沉淀不清造成的煤炭損失，使含煤廢水里的煤炭得到回收利用，降低火力發(fā)電廠熱值損耗，節(jié)約煤炭資源。

采用離心澄清、多介質(zhì)過濾、反洗排水設(shè)備，使沉淀環(huán)節(jié)從自然物理沉淀過渡到外力機(jī)械沉淀。環(huán)節(jié)增加后，沉淀效率大為提升，水中顆粒物，尤其是煤泥的“俘獲率”更高，廢水進(jìn)行第二道物理處理。

3.3 含煤廢水系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)參數(shù)要求（列舉部分）

3.3.1 設(shè)備工作環(huán)境條件

1）氣象特征與環(huán)境條件

多年平均氣溫 15.0 ℃

極端最高氣溫 39.1 ℃

極端最低氣溫 -15.8 ℃

多年平均相對濕度 78%

一日最大降水量 214.2 mm

多年瞬間最大風(fēng)速 27 m/s（50 年一遇 ，10 min，離地10 m高）

最大積雪厚度 360 mm

2）廠區(qū)地震烈度

廠區(qū)基本地震烈度 7 度

3）使用條件和要求

（1）煤污水處理系統(tǒng)為斷續(xù)工作制，設(shè)計壽命不低于30年。

（2）煤污水處理裝置為室外運行。

（3）工作場所潮濕、環(huán)境相對濕度大、灰塵大。整套設(shè)備具有耐腐蝕、防塵、防鹽霧等性能措施。

（4）起吊設(shè)備考慮臨時的汽車吊。

3.3.2 設(shè)備技術(shù)要求

1）電子絮凝式含煤廢水處理設(shè)施技術(shù)要求

（1）出力：30 m3/h

（2）含煤廢水處理裝置進(jìn)水水質(zhì)：

a）SS≤5 000 mg/l，短時進(jìn)水SS≤10 000 mg/l

b）PH：6～9

（3）出水水質(zhì)要求：

a）SS≤20 mg/L

b）PH：6～9

c）無色

（4）廠用電系統(tǒng)電壓

a）中壓系統(tǒng)為6 kV 三相三線制、50 Hz、60 Ω電阻接地系統(tǒng)

b）低壓交流電壓系統(tǒng)（包括保安電源）為380/220 V、三相四線制、50 Hz、直接接地系統(tǒng)

（5）運行工況：連續(xù)或間斷運行。

4 含煤廢水系統(tǒng)施工

1）2019年9月，含煤廢水治理項目批復(fù)立項。

2）2019 年10 月，含煤廢水治理項目批準(zhǔn)開工。當(dāng)年計劃投資36萬元，實施項目包括：設(shè)備采購、沉淀池抓斗修復(fù)、土建施工、設(shè)備安裝。

3）2020 年，受疫情影響，原“1 月份土建招標(biāo)、3 月份進(jìn)場施工”的計劃分別延遲至4 月和6 月初進(jìn)行。

4）2020 年 7 月進(jìn)行設(shè)備安裝，8 月設(shè)備安裝調(diào)試結(jié)束投入試運行，9 至10 月完成現(xiàn)場監(jiān)控、標(biāo)牌及程控信號等后續(xù)工作。

5 含煤廢水系統(tǒng)運行

5.1 項目驗收

所有焊接管口外觀檢驗合格，管道、法蘭無滲漏，安全設(shè)施完整，系統(tǒng)投運后設(shè)備運行穩(wěn)定，參數(shù)滿足技術(shù)要求。

5.2 系統(tǒng)運行

輸煤系統(tǒng)的沖洗水及煤場周邊雨水等匯集到煤場煤水沉淀池后，經(jīng)污水泵提升和30m3/h電子絮凝式處理進(jìn)入清水池，煤泥經(jīng)離心澄清、多介質(zhì)過濾，水和煤被回收利用。系統(tǒng)經(jīng)1 個多月的試運行，出水水質(zhì)滿足技術(shù)規(guī)范要求，煤泥回收較為徹底，總體運行良好，達(dá)到預(yù)期效果。

6 含煤廢水系統(tǒng)項目投資測算

6.1 投資核算

2019 年實際完成項目投資 34.2 萬元，2020 年實際完成項目投資142.3萬元，合計投入資金176.5萬元（項目計劃總投資180萬元）。

6.2 含煤廢水系統(tǒng)效能

按照330 MW 燃煤機(jī)組年發(fā)電量30 億kWh、設(shè)備利用小時3 800 h、輸煤系統(tǒng)啟動1 100 次計算，年節(jié)約循環(huán)工業(yè)水約5 萬 t，回收煤泥約150 t，合計節(jié)省費用約13萬元。

經(jīng)核算，約16年收回投資成本，回報周期較長，但該系統(tǒng)的投用將含煤廢水轉(zhuǎn)變成一個獨立的密閉空間，改變了原先含煤廢水只簡單地沉淀處理水質(zhì)，使水質(zhì)不達(dá)標(biāo)且煤泥回收不徹底的狀況，消除了溢流排放造成的污染隱患，保護(hù)了周邊運河及長江流域的水環(huán)境，是一筆很大的經(jīng)濟(jì)賬。

在很多行業(yè)，當(dāng)節(jié)能空間被一次次發(fā)現(xiàn)并挖掘之后，“節(jié)能減排”中的“減排”從原先的被動實施轉(zhuǎn)化成與節(jié)能工作一樣被重視。其中，有國家對減排項目資金補(bǔ)貼的作用，另一方面，在深刻認(rèn)識到水和碳排放亦屬資源范疇時，減排工作本身也就成了節(jié)能工作。隨著2015 年巴黎氣候變化大會簽訂的《巴黎協(xié)定》，我國在減少溫室氣體排放方面將會有更多的措施和手段付諸實施，像江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司含煤廢水循環(huán)利用技術(shù)措施也將是節(jié)能減排手段之一，減排工作也成了企業(yè)主動的工作方向，成為與節(jié)能工作一樣助長企業(yè)發(fā)展和競爭的硬實力。