張?zhí)m生

（國能（天津）大港發(fā)電廠有限公司，天津 300272）

引言

我國是一個(gè)相對缺水的國家，雖然我國的自水資源總量相對較多，但人均只有約2 000 m3，是人均水資源相對較缺乏的國家。在水資源困乏的同時(shí)，其地區(qū)分布也表現(xiàn)出及不均衡的，呈現(xiàn)出南多北少，沿海水多、西北部水少的特點(diǎn)，尤其在南北方水資源分布上差距更為顯著，這在很大程度上制約了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。另外由于我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)的特殊性，目前火力發(fā)電仍是發(fā)電行業(yè)，甚至能源行業(yè)最重要的組成部分。而火力發(fā)電廠在運(yùn)行的工程中要涉及到液體水通過加熱蒸發(fā)而形成具有較高壓力和溫度的水蒸汽，然后利用水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)，此時(shí)高溫高壓水蒸氣通過做功實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，在這個(gè)過程中水作為傳遞能量的介質(zhì)[1]。除此之外水在火力發(fā)電廠中也起到對汽輪機(jī)排汽、旋轉(zhuǎn)設(shè)備冷卻等其他作用，正是由于水在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用十分廣泛，因此其是水資源消耗最大的工業(yè)部門之一。隨著國家相關(guān)部分對于電力行業(yè)水資源使用的管控越來越嚴(yán)，加強(qiáng)廢水處理和節(jié)約用水就成為火力發(fā)電廠管理中的重要環(huán)節(jié)。為了保證火力發(fā)電廠的持續(xù)健康發(fā)展，就必須對廢水處理和節(jié)水技術(shù)進(jìn)行研究，從而提高火力發(fā)電廠的用水水平。

1 火力發(fā)電廠的廢水處理技術(shù)

1.1 火力發(fā)電廠的廢水回用

對于火力發(fā)電廠的廢水處理，首先考慮的是將其回用到其他系統(tǒng)之中。在廢水回用的過程中，首先可以回用到除渣系統(tǒng)中，作為除渣系統(tǒng)耗水量的補(bǔ)充。由于火力發(fā)電廠產(chǎn)生的廢水水質(zhì)會(huì)影響相關(guān)設(shè)備的使用壽命，并對裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性會(huì)有一定的影響。除了要考慮廢水水質(zhì)之外，還要對廢水的回用量進(jìn)行考察，確保回用量與除渣系統(tǒng)的耗水量相適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)廢水回用效果的最大化。除了考慮水量的匹配性之外，在將廢水進(jìn)行回用的過程中，還要分析現(xiàn)有除渣系統(tǒng)的耐腐蝕等級，并針對廢水的腐蝕性選擇適當(dāng)?shù)幕赜梅桨浮?/p>

除了回用到除渣系統(tǒng)外，還可以將廢水用于干灰拌濕工藝中。這種回用方法的使用需要火力發(fā)電廠必須設(shè)置可以用于存放干灰的場所，并且干灰存放場所應(yīng)進(jìn)行必要的防滲處理。由于干灰存放場一般在白天進(jìn)行干灰的運(yùn)輸工作，當(dāng)夜間干灰不進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，干灰不需要進(jìn)行拌濕，此時(shí)還需要建設(shè)專門用于貯存廢水的廢水池。另外如果干灰有進(jìn)一步綜合利用的需求，還需要考慮相關(guān)廢水的水質(zhì)對后續(xù)綜合利用的影響[2]。

最后火力發(fā)電廠的廢水還可以用于煤場的噴淋。采用噴灑的方式，廢水可以吸收煤燃燒后產(chǎn)生的高溫而進(jìn)行蒸發(fā)，隨著水的蒸發(fā)，廢水中的鹽會(huì)隨之析出，并隨爐渣排出，也有很少一部分鹽會(huì)隨整粉塵進(jìn)入集塵器進(jìn)行收集。由于煤場淋在火力發(fā)電廠中的用量較小，因此廢水需要進(jìn)行減量后才可以應(yīng)用于煤場噴淋。

1.2 廢水的濃縮減量

雖然廢水回用是相對最好的廢水處理方式，但是火力發(fā)電廠的廢水回用量相對較少，與廢水總量與廢水回用量不成比例，因此采用回用的方法不能將廢水全部進(jìn)行處理。為了完全解決火力發(fā)電廠的廢水處理問題，還需要對廢水進(jìn)行深度處理。在各種處理方法中，一般首先要進(jìn)行廢水的濃縮減量，廢水濃縮減量的技術(shù)有很多，一般可以分為蒸發(fā)濃縮和膜濃縮[3]。蒸發(fā)濃縮又可以分為多效蒸發(fā)、機(jī)械蒸汽壓縮、機(jī)械霧化和煙氣蒸發(fā)等等。而膜濃縮根據(jù)膜的類型不同，主要可以分為超濾膜、納濾膜、電滲析膜、反滲透膜和正滲透膜蒸餾等等，不同類型膜濃縮技術(shù)的區(qū)別，如下頁表1 所示。

表1 不同類型膜濃縮技術(shù)的區(qū)別

在進(jìn)行膜濃縮處理之前，一般需要對廢水進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的目的是為了降低水中化學(xué)耗氧量、懸浮顆粒物以及重金屬粒子的含量，同時(shí)需要針對不同的膜濃縮技術(shù)選擇不同的預(yù)處理工藝?；鹆Πl(fā)電廠常用的預(yù)處理工藝一般是采用絮凝劑進(jìn)行絮凝，絮凝處理后所形成的大顆粒物質(zhì)經(jīng)過澄清裝置的處理，可以實(shí)現(xiàn)固液分離，其中得到的固體廢料經(jīng)回收裝置脫水后，通過燃燒和外部處理等方法進(jìn)行處置。這種方法的主要缺點(diǎn)是加劑量較大，并產(chǎn)生大量污泥。

經(jīng)過預(yù)處理之后的廢水就可以進(jìn)行真正的濃縮減量。對于膜濃縮技術(shù)來說，由于反滲透膜的產(chǎn)水量相對穩(wěn)定，且可靠性高，因此這種方法被廣泛的使用。同時(shí)根據(jù)火力發(fā)電廠廢水的水質(zhì)情況也可以選擇進(jìn)行多種工藝的組合形式來處理廢水。經(jīng)過膜處理后的循環(huán)排污水出水可達(dá)到濁度＜1 NTU，硬度在100 mg/L～150 mg/L，COD 去除率可以達(dá)到25%左右。由于膜系統(tǒng)對預(yù)處理的出水水質(zhì)要求較高，一般要求其總硬度不大于3 000 mg/L 所以在使用膜濃縮時(shí)應(yīng)注意前段預(yù)處理過濾裝置可能存在污堵。廢水中硅和鎂的濃度高，同時(shí)硫酸鈣過飽和度也相對高，此時(shí)廢水的結(jié)垢傾向強(qiáng)，膜系統(tǒng)結(jié)垢清洗恢復(fù)十分困難，因此會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[4]。而對于蒸發(fā)濃縮來說，一般采用多級蒸發(fā)技術(shù)。這種方法可以實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能多級重復(fù)利用，以減少熱能的浪費(fèi)。多級蒸發(fā)中級數(shù)的確定是以蒸汽進(jìn)入的系統(tǒng)時(shí)作為第一級，第一級產(chǎn)生的二次蒸汽作為加熱蒸汽進(jìn)入第級效，依次類推。因此，多級蒸發(fā)可以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是新鮮加熱蒸汽的壓強(qiáng)較高或末級加熱采用真空加熱。多級蒸發(fā)后達(dá)到結(jié)晶程度的鹽水進(jìn)入結(jié)晶器結(jié)晶，通過分離器實(shí)現(xiàn)固液分離，淡水回收利用。如果只是實(shí)現(xiàn)高鹽廢水濃縮減量的目的，可以相應(yīng)地降低級數(shù)，這樣可以節(jié)省設(shè)備費(fèi)用和占地面積?；鹆Πl(fā)電廠的廢水含鹽量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般在5%左右，經(jīng)過濃縮處理后，可以將廢水含鹽量濃縮至10%，配合多效蒸發(fā)等技術(shù)處理后，含鹽量可進(jìn)一步濃縮至15%左右。

2 火力發(fā)電廠的節(jié)水技術(shù)

對于火力發(fā)電廠來說，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)水的目標(biāo)，首先就需要降低各系統(tǒng)的用水量，提高廢水的回用水平?；鹆Πl(fā)電廠的節(jié)水和廢水處理在一定程度上是密不可分的。具體的節(jié)水途徑首先就可以選擇節(jié)水的新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備，從而降低設(shè)備的用水量。其次要做好各系統(tǒng)運(yùn)行和檢修等工作，確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。另外需要按照水資源的階梯使用原則，提高水資源的重復(fù)利用[5]。最后還要提高循環(huán)水的濃縮倍率，降低污水的排放量。

2.1 對于原水處理系統(tǒng)的節(jié)水技術(shù)

對于原水處理系統(tǒng)來說，其具體的節(jié)水措施可以采用處理回用的方式。具體的處理方法包括石灰軟化法、結(jié)晶造粒法和離子交換法等。其中石灰軟化法是利用化學(xué)手段降低原水硬度的技術(shù)。石灰可以與原水中的碳酸鹽進(jìn)行反應(yīng)，降低碳酸鹽含量，從而降低原水的硬度。除了降低碳酸鹽含量外，石灰軟化法還可以去除原水中的重碳酸鈣、重碳酸鎂以及游離狀態(tài)的二氧化碳等。而離子交換法的原理是，當(dāng)水通過離子交換裝置時(shí)，水中的鈣、鎂離子會(huì)與離子交換樹脂中的功能基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，從而去除結(jié)垢物質(zhì)，降低原水的硬度[6]。但是這種方法的缺點(diǎn)是，當(dāng)原水在頻繁的進(jìn)行離子交換的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的廢水?；瘜W(xué)結(jié)晶循環(huán)造粒法主要是根據(jù)水中硬度和堿度組成成分，在設(shè)備內(nèi)投加氫氧化鈉或碳酸鈉，使水中生成碳酸鈣晶體直接附著在晶種表面進(jìn)行生長，最終形成碳酸鈣顆粒，降低原水的硬度。這種方法雖然也會(huì)使用到一定量化學(xué)試劑，但并不會(huì)產(chǎn)生沉淀泥渣等固體廢物，并且對于鈣離子的去除率較高，可達(dá)到70%以上。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)水技術(shù)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)水處理方法很多，其中循環(huán)水空冷技術(shù)是一種節(jié)水效果非常顯著的技術(shù)。目前空冷技術(shù)主要有海勒式或表面式的間接空冷，也有部分采用的是直接空冷?？绽浼夹g(shù)的優(yōu)勢在于整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)為密閉的，不存在循環(huán)水的損耗，并且不存在補(bǔ)充水的問題?？绽浼夹g(shù)與相同容量的濕冷技術(shù)相比，可以節(jié)水95%以上，對于火力發(fā)電廠的整體節(jié)水效果也達(dá)到75%以上。同時(shí)空冷機(jī)組在電廠整體占地面積相對較小。由于空冷機(jī)組一般位于房頂或高架平臺(tái)上，其下方空間可布置其他電氣設(shè)備，因此可以減少電廠整體占地面積。另外空冷機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用低，與相同容量濕冷機(jī)組相比維護(hù)費(fèi)用降低20%左右。

3 結(jié)語

隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的顯著的提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源匱乏之間的矛盾也逐漸顯現(xiàn)出來。作為耗水量較大的火力發(fā)電廠，傳統(tǒng)的用水方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前發(fā)展的需要，必須采取相應(yīng)廢水處理和節(jié)水技術(shù)來改變傳統(tǒng)的用水方式，從而減少對環(huán)境的污染，降低發(fā)電成本，提高火力發(fā)電企業(yè)的競爭力。但是目前火力發(fā)電廠的水資源系統(tǒng)是一個(gè)十分龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)之間的水量波動(dòng)巨大，相關(guān)廢水處理和節(jié)水技術(shù)很難進(jìn)行真正落實(shí)到實(shí)際之中。因此需要對火力發(fā)電廠的用水量進(jìn)行精確的監(jiān)控，及時(shí)并準(zhǔn)確地掌控整個(gè)火力發(fā)電廠的用水情況。同時(shí)相關(guān)企業(yè)應(yīng)該加大對于廢水的回用，在保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，采用科學(xué)合理的方法減低廢水的排放和新鮮水的用量，并不斷挖掘水資源利用的潛力，促進(jìn)火力發(fā)電廠的可持續(xù)健康發(fā)展。