汪雪姣

（中國電建集團(tuán)河南省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450007）

為了加強(qiáng)水污染防治力度，確保國家水資源安全，國家對水污染防治進(jìn)行了統(tǒng)籌推進(jìn)與合理部署。明確要求各行業(yè)生產(chǎn)應(yīng)該始終堅(jiān)持按照節(jié)水減排和治理水污染的原則，重點(diǎn)針對當(dāng)前生產(chǎn)活動(dòng)涉及的水污染問題和能耗問題進(jìn)行合理改進(jìn)與優(yōu)化處理[1]。在處理過程中，管理人員應(yīng)該始終以改善水環(huán)境質(zhì)量為核心，大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

1 電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及典型問題

1.1 運(yùn)行特點(diǎn)

電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中主要通過換熱器交換熱量或者直接接觸換熱方式，并經(jīng)冷卻塔冷 卻后對介質(zhì)熱量交換過程的循環(huán)使用，以節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水節(jié)水和零排放要求。應(yīng)用原理方面，循環(huán)水的冷卻主要通過水與空氣的相互作用，如從蒸發(fā)散熱、接觸散熱和輻射散熱3個(gè)過程實(shí)現(xiàn)循環(huán)水冷卻過程[2]。在運(yùn)行過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員可根據(jù)冷卻循環(huán)水是否與大氣進(jìn)行直接接觸將冷卻循環(huán)系統(tǒng)細(xì)化分為敞開式循環(huán)系統(tǒng)與密閉式循環(huán)系統(tǒng)2種類型。

1.2 典型問題

電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，冷卻塔內(nèi)的空氣與水分進(jìn)行充分接觸，使大氣塵埃混入水中，容易產(chǎn)生菌藻滋生的問題。當(dāng)菌藻滋生程度越來越嚴(yán)重時(shí)，冷卻塔水流速度會明顯下降，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q熱效率大幅度降低。最重要的是，部分電廠在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方面并未考慮安裝過濾裝置，不能完成對上述雜質(zhì)的清除處理，容易導(dǎo)致水的電導(dǎo)率大幅度增加，出現(xiàn)嚴(yán)重的管道腐蝕現(xiàn)象。除此之外，冷卻水經(jīng)過被冷卻設(shè)備之后，系統(tǒng)內(nèi)部溫度會急劇上升。水中的鈣離子以及鎂離子在溶解度表現(xiàn)方面，會發(fā)生明顯的變化，形成水垢問題。如果這些問題不及時(shí)解決，就很容易給電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水效率和污染零排放目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來影響[3]。

2 電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

2.1 電廠循環(huán)冷卻水節(jié)水減排目標(biāo)的重要性

結(jié)合當(dāng)前的情況，國內(nèi)水資源匱乏現(xiàn)象明顯，已經(jīng)成為制約我國社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的重要因素之一。其中，電廠作為工業(yè)用水大戶，在用水量以及排水量方面表現(xiàn)得較為明顯。如果不進(jìn)行嚴(yán)格管理，就很容易造成水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。如部分重點(diǎn)地區(qū)針對電廠實(shí)現(xiàn)廢水零排放和節(jié)水目標(biāo)提出了嚴(yán)格要求，重點(diǎn)針對電廠循環(huán)冷卻水節(jié)水減排工作提出了嚴(yán)格要求。電廠必須對循環(huán)冷卻水節(jié)水減排予以高度重視，最好可以解決當(dāng)前電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行期間存在的典型問題。通過掌握當(dāng)前電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行期間出現(xiàn)的運(yùn)行隱患問題，采取針對性節(jié)水減排措施，提高電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)整體運(yùn)行質(zhì)量與效率[4]。

2.2 電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)內(nèi)容

2.2.1 循環(huán)冷卻水旁濾池節(jié)水技術(shù)

電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)會借助換熱器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。一般來說，系統(tǒng)內(nèi)部的換熱器在運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生“臟”物質(zhì)，而這些固體懸浮物會懸浮在換熱器內(nèi)部。經(jīng)過沉降反應(yīng)聚集到裝置底部或者是附著于管壁上，日積月累容易給裝置帶來腐蝕性影響。針對該現(xiàn)象，現(xiàn)場作業(yè)人員通常會利用增加排污量的方式完成對懸浮物質(zhì)的清除處理。但是該處理方法通常需要補(bǔ)充大量水源，容易增加水資源消耗量。通常情況下，會直接利用旁濾池過濾法進(jìn)行過濾。其主要原理是將整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中的水部分過濾，將過濾出的污水再次引入、循環(huán)回冷卻系統(tǒng)中，這樣可以將一部分的懸濁物從冷卻系統(tǒng)中排出，從而使整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)中的懸浮雜質(zhì)減少。而旁濾池過濾法的優(yōu)勢包括降低循環(huán)水中的鈣、硅含量，從而降低冷卻塔中排污量；且避免大量反復(fù)的沖洗，節(jié)約了補(bǔ)充水及循環(huán)冷卻水；另外根據(jù)系統(tǒng)中的水質(zhì)，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)（停、開）旁濾池，節(jié)約了循環(huán)冷卻水的使用量，實(shí)現(xiàn)了“0排污”，這樣不僅可以全面降低循環(huán)水濁度，同時(shí)也能夠起到良好的節(jié)水效果。

2.2.2 密閉式（噴淋式）循環(huán)水系統(tǒng)

密閉式循環(huán)水系統(tǒng)的工作原理主要是以水空氣為介質(zhì)，其利用特有密閉空間中的水蒸氣循環(huán)帶走了大量的熱量，使循環(huán)冷卻水由泵送至冷卻盤管部件上部的噴淋水管中，利用噴嘴均勻地噴淋到冷卻盤中，在噴淋的過程中也降低了溫度，增大面積，加快冷卻速度。而在冬季的時(shí)候，就會將噴淋水全部停掉，封閉式的循環(huán)系統(tǒng)，能夠有效地減少熱量的損耗，同時(shí)也能夠利用空氣保溫、升溫、置換，從而保證節(jié)水、節(jié)約資源的效果。工藝流程如圖 1 所示。

2.2.3 利用高濃縮倍數(shù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到良好節(jié)水效果

循環(huán)冷卻水中一種物質(zhì)的濃度與供給補(bǔ)水中的該物質(zhì)的濃度之比為高濃縮倍數(shù)，濃縮倍數(shù)是衡量冷卻水循環(huán)利用率的主要標(biāo)準(zhǔn)。濃縮倍數(shù)高代表冷卻水循環(huán)利用率越高，而補(bǔ)水量和排污量也會隨之降低，即采用高濃縮倍數(shù)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)可起到節(jié)水減排的功效。循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高是1個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及多個(gè)方面，只有根據(jù)工藝條件、水質(zhì)條件，選擇效果好的水處理劑，將濃縮倍數(shù)控制在最佳指標(biāo)內(nèi)，才能達(dá)到更好的節(jié)水效果。不同濃度下的濃縮倍率見表1。

圖1 密閉式（噴淋式）循環(huán)水系統(tǒng)工藝圖

表1 不同濃度下的濃縮倍率

2.2.4 自動(dòng)加藥控制技術(shù)

在電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行過程中，冷卻水裝置在運(yùn)行期間容易受到外界因素的干擾，如溫度或者濕度的影響而出現(xiàn)較大的波動(dòng)。其中，在外界因素的干擾作用下，冷卻水濃縮倍數(shù)水質(zhì)也會發(fā)生一定的波動(dòng)。當(dāng)發(fā)生這一變化時(shí)，傳統(tǒng)以人工為主的控制手段難以達(dá)到預(yù)期的控制效果。為了解決這一問題，工作人員可以采用高濃縮倍數(shù)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的循環(huán)冷卻水的需求量，來確定濃縮倍數(shù)增加多少。但是，并不是增加的倍數(shù)越多越好，隨著濃縮倍數(shù)的增加，循環(huán)水中的鹽離子的濃度也會增加，而含鹽量的增加會腐蝕整個(gè)凝汽器，增加對其的腐蝕度，所以在增加前要權(quán)衡濃縮的倍數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)加工中，通過增加酸、穩(wěn)定劑、石灰， 或者使用弱酸性氫離子交換樹脂處理技術(shù)，就可以有效地改善腐蝕現(xiàn)象，促進(jìn)循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)增加，從而降低污水排放量。該文提供了2種濃縮倍率控制方式：手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，用戶可以根據(jù)需要自行選擇控制方式。手動(dòng)控制，顧名思義就是通過人工自行操控給水電動(dòng)閥。而自動(dòng)控制，可以通過PID算法計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的給水電動(dòng)閥的開關(guān)、給水。現(xiàn)場作業(yè)人員可利用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制冷卻水水質(zhì)。濃縮倍率自動(dòng)控制流程如圖2所示。

圖2 濃縮倍率自動(dòng)控制流程圖

2.2.5 空氣冷卻技術(shù)

對于水資源較為匱乏的電廠建設(shè)區(qū)域，現(xiàn)場作業(yè)人員可利用空氣冷卻技術(shù)節(jié)約水資源。根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，空氣冷卻技術(shù)可以利用空氣取代水冷卻技術(shù)。在具體應(yīng)用過程中，主要是汽輪機(jī)的排汽直接進(jìn)入空氣冷凝器，利用空氣的冷卻作用，實(shí)現(xiàn)空氣與蒸汽之間的熱交換過程，要提升冷卻效果，可以加強(qiáng) 設(shè)備通風(fēng)，這樣可以避免因水汽量較多而大量蒸發(fā)。 冷卻技術(shù)僅適用于缺水區(qū)域或當(dāng)?shù)販囟葪l件適中的電廠，如果電廠區(qū)域水資源充沛，最好利用節(jié)水技術(shù)進(jìn)行冷卻[5]。

2.3 電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放技術(shù)內(nèi)容

電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放工作在具體實(shí)踐方面，現(xiàn)場作業(yè)人員需要根據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行情況，對當(dāng)前電廠循環(huán)水處理現(xiàn)狀進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際情況制定科學(xué)合理的節(jié)水措施和零排放方案。另一方面，現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)該主動(dòng)結(jié)合制定好的零排放技術(shù)內(nèi)容，對電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放污染進(jìn)行合理控制。其中，在工藝流程設(shè)置方面，可以參照圖3進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理設(shè)計(jì)。

圖3 電廠循環(huán)水系統(tǒng)零排放設(shè)計(jì)工藝流程

在正式處理過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)該根據(jù)電廠循環(huán)水排污水實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先處理。一般來說，多數(shù)電廠循環(huán)水排污水具有高硬度和高堿度的特點(diǎn)。在進(jìn)行零排放的過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員需要進(jìn)行水質(zhì)深度軟化，目的在于去除鈣、鎂等結(jié)構(gòu)因素，避免該因素對電廠循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成水垢或者污垢問題。在處理過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員可以利用兩級軟化手段，如石灰軟化和純堿軟化等，實(shí)現(xiàn)對上述結(jié)構(gòu)因素的清除處理。與此同時(shí)，在軟化期間，現(xiàn)場作業(yè)人員可以進(jìn)行過濾處理和澄清處理等，目的在于全面去除懸浮物。

必要時(shí)也可以加入次氯酸鈉或者二氧化氯等，實(shí)現(xiàn)對污染物中有機(jī)物的清除處理。表2為某電廠預(yù)處理單元出水主要數(shù)據(jù)，僅供參考。除此之外，經(jīng)過一系列的濃縮處理和蒸發(fā)結(jié)晶處理之后，最終進(jìn)入末端廢水處置階段。在該階段當(dāng)中，現(xiàn)場作業(yè)人員可利用蒸發(fā)結(jié)晶方法，將蒸發(fā)結(jié)晶中所生成的鹽用于回收處理或者固廢處理，減少對周邊環(huán)境的污染。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和電廠經(jīng)濟(jì)條件，利用蒸發(fā)塘或者機(jī)械噴灑蒸發(fā)等方式，全面實(shí)現(xiàn)零排放、無污染目標(biāo)。

表2 某電廠預(yù)處理單元出水?dāng)?shù)據(jù)

3 電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水效果實(shí)例分析

以某大型電廠為例，每年生產(chǎn)所需要的水資源為3500 t，其循環(huán)水資源主要由廠附近的2個(gè)大型水庫供給，生活用水每年需求量為650 t。近兩年來，隨著國家對電能需求量的提高，該大型電廠增設(shè)了1臺發(fā)電機(jī)，并將其納入原來的發(fā)電機(jī)組當(dāng)中，經(jīng)過電廠的技術(shù)人員總結(jié)：如果按照原來的生產(chǎn)方式對水資源進(jìn)行利用，那么每年生產(chǎn)需要的水資源將會增加1400 t，而由此產(chǎn)生的生產(chǎn)成本會比原來提高29.5%。因此，為了降低電力生產(chǎn)成本，該大型電廠采用循環(huán)冷卻水旁濾池節(jié)水技術(shù)，對循環(huán)水進(jìn)行了科學(xué)的處理，并對2019年所用到的生產(chǎn)水資源進(jìn)行了分析：2019年，用于生產(chǎn)的水資源為 3040 t，較之前相比下降了37.9%，循環(huán)冷卻水的利用率與原來相比，提升了37.6%；其次，由于循環(huán)冷卻水利用率的提高，該大型電廠的生產(chǎn)成本與之前相比下降了29.6%?？梢?，該大型電廠對循環(huán)冷卻水采取了合理的處理措施后，其產(chǎn)生的節(jié)水效果是非常明顯的。因此，為了提高電廠水資源的利用率，我國各大電廠應(yīng)當(dāng)合理采用循環(huán)冷卻水處理措施。

4 結(jié)論

電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水和零排放，是達(dá)到電廠節(jié)水減排目標(biāo)的重要舉措。根據(jù)實(shí)踐反饋情況，嚴(yán)格按照節(jié)水減排和零排放的要求，電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中涉及的水耗問題和污染排放問題大幅度減少。因此，在采取節(jié)水減排和廢水零排放技術(shù)措施的過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員可以根據(jù)不同環(huán)節(jié)和不同工況的實(shí)際需求，采取科學(xué)合理的技術(shù)措施進(jìn)行管控，以期實(shí)現(xiàn)我國電廠領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。