2×1000 MW機組火力發電廠節水措施研究
摘要：針對2×1000 MW 機組燃煤火力發電廠水務管理要求，對各類供水、用水、排水進行全面規劃、綜合平衡和優化比較。通過水量平衡設計，提出切實可行的各系統用排水方案，采取多種節水措施，達到一水多用、重復利用，降低全廠耗水指標，實現電廠廢水零排放。該工程耗水指標優于國家對電廠節水的有關規定，處于國內先進水平。
電廠是用水大戶，電廠水務管理主要是理順梯級用水流程，節約用水，實現廢水零排放。一般可通過兩種途徑實現節水：一是節流，減少新鮮水的需要量，盡量使用再生水，用最少的水取得最大的利益；二是水的再利用，包括循序使用和循環使用兩種方法。根據各用水點對水質的要求，采取合理的流向，將對水質要求高的用水系統的排水，作為對水質要求低的用水系統的給水，做到一水多用、重復利用；廢水回收處理后再用，實現了廢水零排放。杜絕廢水排入水體，有益于環境保護。同時廢水治理復用應盡可能采取經濟實用的處理方案。江西某2×1000 MW機組燃煤火力發電廠水系統的設計中，通過多種途徑、多種措施并用，取得了很好的節水效果。
1 工程概況
該電廠新建2×1000 MW超臨界一次再熱高效濕冷機組，同步考慮采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫，并預留脫硝裝置空間。電廠主要耗水系統包括循環水系統、主廠房輔機設備、輸煤除灰渣系統、原水預處理系統、脫硫系統等。
設計2臺機組年平均淡水耗水量2744m3/h，夏季頻率10%氣象條件下淡水耗水量3059m3/h，年總耗水量1529.5萬m3，夏季頻率10%氣象條件，單位裝機容量耗水指標≤0.66m3/（s·GW）[1]。水務管理要求污水均按“全部回收經處理達標后復用”的原則設計，一水多用，提高重復利用率，減少廢水排放量，對循環使用、重復利用的水系統應進行水量平衡。
2 主要系統節水措施
2.1 循環水系統
該工程循環冷卻水系統采用帶雙曲線逆流式自然通風冷卻塔的擴大單元制再循環供水系統。工藝流程為中央循環水泵房→壓力供水管→凝汽器/開式冷卻水→壓力回水管→自然通風冷卻塔（蒸發損失，風吹損失，排污損失）→冷卻塔集水池→自流回水溝→中央循環水泵房。主要節水措施如下。
（1）通過循環水系統冷端優化計算，合理確定機組循環水量和冷卻倍率，減少冷卻塔的損失，從而降低補給水用量。
（2）結合補給水源水量和水質條件、空氣質量、循環水處理工藝等綜合因素，該工程補給水水源采用加酸、加阻垢劑聯合處理，保證循環水水質穩定不阻垢，將循環水的濃縮倍率提高到10倍。排污水全部作為廠區工業水水源，實現污廢水零排放。
（3）在冷卻塔中裝置收水器，以降低風吹損失。當采用聚氯乙稀雙波型除水器時，風吹損失率可由規范[2]建議的0.05%降低至0.001%。
（4）循環水泵電機和上部軸承冷卻采用泵出口壓力水，冷卻后直接回流至循環水泵進水前池回收利用。
此外，生產性用水水源可采用附近污水處理廠的再生水，進一步節約地表新鮮水。
2.2 主廠房輔機系統
主廠房輔機系統節水措施主要針對循環冷卻水、脫硫用水、凝結水處理、鍋爐排煙、主廠房潔凈回收采取的針對性措施：
（1）汽機房、鍋爐房、脫硫區域內的多數設備冷卻采用閉式循環冷卻水系統，閉式循環除鹽水所帶走的熱量通過水水交換器，由開式冷卻水帶走，大大減少耗水量。
（2）脫硫用水包括工藝用水和冷卻用水，均由冷卻塔排水補給。脫硫工藝用水大部分消耗，可回收脫硫廢水零排放深度處理后的水用作冷卻塔補充水，4m3/h 脫硫廢水濃鹽水作為煙道噴淋用水。
（3）凝結水精處理系統配置前置過濾器，從而能在機組啟動階段，縮短沖洗時間，減少凝結水的排放。
（4）鍋爐排煙采用低溫靜電除塵器，輸煤系統除塵采用布袋除塵器，最大限度地減少沖洗用水。
（5）主廠房潔凈回收水，經爐后回收水池回收至廢水區回用水池，與其他處理達標的工業廢水一起作為全廠集中回用水系統水源。
2.3 輸煤除灰渣用水系統
輸煤除灰渣用水、排水包括沖洗水系統、噴霧抑塵用水系統和煤場噴灑水系統。3個系統的節水措施：一是調濕灰用水對水質要求不高，由處理達標的脫硫系統廢水提供，無法回收。二是沖洗和噴霧抑塵用水的排水將由輸煤構筑物或煤場排水集中匯集至煤場附近的煤泥沉淀池，經初步沉淀并升壓后送至旁邊含煤廢水處理設備集中處理，該設備采用加藥混凝、沉淀、過濾工藝，合格廢水作為煤場噴淋及輸煤構筑物沖洗水源重復利用。
2.4 原水預處理系統
原水預處理站設反應沉淀池、空氣擦洗濾池、加藥間、加氯間、污泥調節池等。通過設計合理分析，盡量減少原水預處理站出力，從而降低工程投資和自用水消耗。具體措施：原水預處理站濾池反沖洗水排入反沖洗水調節池后，輸送至反應沉淀池作為補水，減少了原水的取水量。原水預處理站排泥采用濃縮脫水處理，通過離心脫水機，排泥水中的懸浮物被壓成泥餅，泥餅用車運至電廠灰場填埋。濃縮脫水后清水回到反應沉淀池重新處理。
3 廢水系統節水措施
3.1 廢水回用概況
該工程新建2 座2000 m3工業廢水貯存池作為調節水池。同時除脫硫廢水經零排放深度處理后，作為冷卻塔補充水、含煤廢水直接回用至輸煤噴淋沖洗系統外，其余工業廢水，包括主廠房(機組槽)、化水車間、凈水站及廢水區排放并回收的各種達標工業廢水，均收集至回用水池，升壓后集中供水至各回用水用水點，包括脫硫系統工藝用水、輸煤系統補給水等用戶。該工程預計的部分工業廢水發生量見表1。
3.2 廢水處理工藝
表1中脫硫廢水單獨處理，含油廢水就地處理，反滲透濃水排水可直接回用，循環水排污水單獨設置一套處理系統進行處理回用，其他廢水收集到廢水集中處理裝置處理。
（1）脫硫廢水處理。脫硫廢水零排放處理系統分為預處理、深度處理和煙道蒸發3個部分。脫硫廢水深度處理系統主要是將預處理后脫硫廢水通過超濾、納濾、苦咸水反滲透、濃水反滲透等工藝進行分鹽及濃縮減量，反滲透產水含鹽量100~260 mg/L，可工業水系統回用，最終濃鹽水以約4 m3/h的流量送至煙道蒸發系統。
輔助蒸汽通過熱交換器將濃鹽水先加熱，再升壓后送入煙道蒸發系統，采用霧化噴嘴噴入低溫省煤器和電除塵器之間的煙道內，使其瞬間霧化，可以避免煙道或電除塵器的腐蝕。相對于常規的廢水煙道蒸發方案，該方案最大的優點：預先對濃鹽水加熱、升壓再噴入煙道，使濃鹽水在煙道中的停留時間更短，霧化效果更佳，對下游設備的影響更小。
（2）含油廢水處理。含油廢水就地處理完畢后，經隔油池、過濾設施后，升壓回收至廢水回用水池。
（3）超濾反滲透系統。超濾反滲透系統的反滲透濃水懸浮物含量極低，含鹽量為原水的4倍，因此反滲透濃水可收集后作為冷卻塔補充水。
（4）經常性廢水。除脫硫廢水外，經常性廢水的處理分為4 類。其中含泥量為0.5%的廢水通過預處理設施排污，收集送至廢水處理系統的污泥濃縮池，底部排泥經脫水機脫泥后，泥餅送廠外處置地處置；懸浮物含量高的廢水通過超濾反洗排水，經回收水池收集后，送至預處理系統反應沉淀池進口，以減少原水的取水量；僅需調節pH的廢水，收集后送到廢水處理車間中和處理，調節pH到6～9后回用于對水質要求不高的場合，如灰系統、輸煤系統；含鹽量較高的循環水排污水，其生物指標也高于原水，含有一定懸浮物等雜質，可作為工業用水，用于沖洗、脫硫用水等。
（5）非經常性廢水。這類廢水由鍋爐空氣預熱器清洗排水、鍋爐化學清洗排水、設備和場地雜排水等組成，不僅pH 不達標，且含有大量的懸浮物、重金屬離子（如鐵、銅等），有時COD 也超標，同時水量較大，可由專業單位收集外運后集中處理，不外排。
4 水量平衡設計及耗水指標
對該電廠各系統用水、排水要求及節約用水進行分析研究后，優化工藝，采取一水多用、重復利用，廢水回收處理后再用等措施。水量平衡計算結果見表2。
根據表2 計算單位裝機容量耗水指標，可得該電廠年平均設計耗水指標0.371 m3/（s·GW），夏季頻率為10%氣象條件下設計耗水指標0.425 m3/（s·GW），低于《發電廠節水設計規程》（DL/T 5513-2016）所定的標準0.66 m3/（s·GW）。計算總的耗水量，相較于工程可行性研究階段，夏季最大淡水耗水量節約近800 m3/h，年總耗水量節約360萬m3。同時，包括冷卻塔排污水等污廢水無需外排，完全實現污廢水零排放。
5 結語
電廠是用水大戶，通過對各系統用水優化設計，綜合平衡，采取了多種節水措施：一水多用、重復利用、回收再利用，能夠達到國內先進的耗水指標，實現廢水零排放，極大地節約了地表水資源，滿足了電廠水務管理節約用水和減少外排的要求，在電廠建設中取得了良好的社會效益、環境效益和經濟效益，可為類似工程建設和水務管理提供參考。
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