某大型燃煤發電廠渣水凈化系統方案選擇

胡四明 付小平

(中國能源建設集團 廣東省電力設計研究院，廣東 廣州510663)

0 引言

除渣系統在燃煤發電廠占有重要位置，而渣水凈化系統是重要的組成部分，合理選擇設計方案，將直接影響到今后電廠是否能安全、可靠、經濟運行。 較早設計的電廠渣處理系統，是采用水力輸送方式，及渣水由渣漿泵輸送至灰場堆放，但該方案因受場地限制、環境影響，近年來電廠已基本不采用此方案[1]。之后，渣水較多采用老式沉淀池處理方式，即配置橋式抓斗起重機等裝渣設備清渣；該方式清渣工作強度大，對設備破壞性強，此外，因無輔助手段，渣池面積也特別大，所有渣水均在池內進行澄清及處理，系統負荷重，經自然沉淀的回水達不到環保排放要求，尚需不斷補充工業水進行稀釋。基于以上情況，隨著國家環保政策愈來愈嚴格，業主的要求也越來越高，急需研究一種技術安全可靠、又能滿足環保要求的方案。我院進行了調研，提出了具體的解決辦法，重點是要控制進入系統的渣水混合物量，減少懸浮物排放量，達到回水可重復使用的目的，以滿足國家節能減排環保政策要求[2]。

1 工程概況

本工程建設規模為2×600MW 亞臨界燃煤機組，一期為5×600MW亞臨界燃煤機組，最終規劃為（5×600MW 亞臨界+4×1000MW 超超臨界）燃煤機組。

2 設計原始資料

2.1 渣、石子煤量

（1）每小時渣、石子煤量 7.03～12.38 t/h；

（2）每日小時渣、石子煤量 168～297.12 t/d。

2.2 除渣方式

（1）渣采用水浸式大傾角刮板撈渣機直接上渣倉方式；

（2）石子煤系統采用水力噴射器輸送至刮板撈渣機方式；

（3）廢水來源：除渣系統、石子煤系統、地面沖洗排污三個系統。

3 設計思路

根據業主對工程要求“創精品設計，廢水集中處理重復利用，達標排放率接近零”以及國家環保政策為設計指導思想，結合項目具體情況，尋找解決關鍵問題的技術方案[3]。 以往設計的項目，大多采用常規的沉淀池或濃縮池配渣倉方案，這些方案，污水排放濃度〉500ppm，達不到環保排放要求，系統運行需大量的補充水，且設備磨損嚴重，維護工作量大[4]。 創新設計方案主要從兩方面考慮，一是解決外部灰渣問題，作為輔助手段，盡可能在外部除渣系統處理完大部分的灰渣顆粒，這一環節可減少后續凈化系統的處理負荷；其次是后續污水凈化系統的設計，保證污水濃度達到排放標準和重復使用的要求，是設計方案選擇的重點[5]。

4 系統方案選擇

4.1 外部系統

本系統有渣、石子煤、地面沖洗等灰、渣混合物需進行處理和排棄，根據設計原則，污水需重復使用并滿足環保排放要求。根據這些條件，外部系統的選擇對后處理系統產生的效果將起著重要作用，為盡可能減少對后處理系統的壓力，控制進入后處理系統的渣水混合物量非常重要。外部系統方案選擇見2.2。渣與石子煤在撈渣機混合后輸送至渣倉，約95%的渣、石子煤通過渣倉裝車外運，僅剩余少量顆粒排入渣水處理系統，極大地降低了后續渣水凈化系統的處理負荷。 排入后續渣水凈化系統污水主要是：刮板撈渣機溢流水（渣水、石子煤水）、地面沖洗水（除塵器地面、灰庫地面）。地面沖洗水混合物流量較小，主要是撈渣機溢流污水流量， 該污水由渣漿泵集中后輸送至渣水凈化系統，考慮到污水尚有少量灰渣顆粒；此外，特殊情況下，清理撈渣機底部、石子煤設備等檢修有部分較大顆粒物體。 系統阻力計算要考慮一定的裕量，除計算管道清水阻力外，尚要考慮附加阻力，即管道阻力按(1+ξ)λV2/2g·L/Dn+γhu·△h 計算，混合物最大流量（石子煤系統投入運行時）Qh1=214m3/h、流速V1=3.3m/s、管道阻力損失Hz1=52.22m；混合物最小流量Qh2=116m3/h、流速V2=1.6m/s、管道阻力損失Hz2=15.47m。 根據以上的技術參數， 為保證進入凈化系統混合物流量不致于過大，渣漿泵采用轉速調節手段，以保證流量及流速在最佳工況下運行，避免流量波動過大造成對后續處理系統的沖擊[6]。

4.2 凈化系統

4.2.1 方案選擇

以往設計的工程，外部未設置輔助手段，使大量灰、渣直接輸送至沉淀池進行處理，另沉淀池內又無完善的澄清處理設施，僅有自然沉淀這個環節，造成了沉淀池處理負荷過大而難以承受，經處理后的污水濃度非常高〉500ppm，達不到排放標準和重復使用的要求[7]。

根據以上情況， 關鍵問題就是要在混合物進入凈化系統之前，排棄大部分灰、渣顆粒。本系統外部已采取了有效措施，已將大部分及較大顆粒的灰、渣進行了處理并裝車外運，僅剩少量小顆粒懸浮物隨污水由泵輸送至污水凈化系統進行處理。根據我們分析，這部分灰、渣顆粒分布情況見表1。

根據表1 所示，進入凈化系統的混合物僅有少量﹥0.5 的顆粒，占大多數顆粒的在0.1～0.01 之間。 我們對這些灰、渣物理特性進行了研究，這些顆粒在沉淀池中流態屬于異重流，灰、渣大部分粒徑在≤0.07mm[8]。 混合物進入池中形成一定濃度的懸浮物層，它們靠相互之間碰撞消耗能量而下沉，且灰水比大、稠度低，顆粒較大的物體水力沉速快，見圖1 曲線2，固體比大稠度高時，水力沉速慢，見圖1 曲線1。 沉降過程可分為澄清區、沉降區、過渡區、壓縮區，在臨界點A 出現以前，灰水澄清速度主要取決于沉降區灰粒水力沉降沉速，臨界點出現以后，則主要取決于壓縮區的灰粒水力沉速，當澄清區與壓縮區分界面恒定時，沉降過程結束[6]。 沉降特性曲線見圖1。

表1 灰、渣顆粒分布表

圖1 沉降特性曲線

根據以上情況，尚要注意混合物流速之間的關系，沉淀池異重流上升率速度Vshmm/s 與沉降速度V0mm/s 要滿足V0〉Vsh，要保證Vsh=Q/BL﹤V0，即混合物上升率應小于灰、渣懸浮物水力沉降速度，以保證懸浮物能較好的沉降。 考慮凈化系統的選擇第一級采用自然沉淀，稍大一些的顆粒懸浮物在第一級已基本沉淀；根據小顆粒懸浮物其物理及化學成分特性，二級過濾考慮斜管、加藥絮凝處理方式，絮凝成較大塊狀的顆粒，使物體易在斜管內快速沉淀，采用這些措施后，經一級自然沉淀和二級斜管絮凝處理后， 回水已基本無雜質， 排放濃度控制在≤50ppm～80ppm 以下，滿足環保排放及系統重復使用要求[9]。

4.2.2 系統工藝流程

凈化系統工藝流程圖見圖2。

圖2 凈化系統工藝流程

為減少混合物對沉淀池后處理系統的沖擊， 入口設有緩沖槽，使排入沉淀池混合物流量相對平緩，不至于流速過快，確保進入到蜂窩斜管小顆粒的物體有較長絮凝時間，使散狀物體能有效的結晶和及時沉淀，確保回水達標；系統設置的加藥設施，可保證系統在最惡劣情況投入使用。 根據現場實際運行情況，正常情況下，可不投加藥系統，回水排放濃度在≤50ppm～80ppm 之間，特殊情況下，才投入加藥設備[10]。外部排入凈化系統的混合物流量是波動的，處理量在Q=100～200m3/h左右，一般情況下為Q=100m3/h，只有在石子煤系統投入運行或特殊情況下短時間混合物量為Q=200m3/h，根據這些情況，外部及凈化系統均考慮有調節手段，保證系統在最佳平衡水量狀態下運行，一是能節省運行成本，二是控制水量及污水濃度，以減少凈化系統的負荷。采用以上防備手段后，現場運行情況較好，達到了設計效果。

此外，本系統采用了行之有效的污泥處理方式，所有澄清池、處理池底部均設有排泥管接至污水坑，系統設置簡單，不需要大規模的裝泥設備。當需要排泥時，開啟排泥管閥門將污泥排至污水坑，由污泥泵裝車直接外運。 系統安全可靠，解決了以往采用大型裝車設備工作強度大的問題，取得了較好效果。

項目自投入運行以來，無發生過較大事故，技術、經濟運行指標良好、維護工作量小，污水排放滿足環保要求，經處理后的回水供系統重復使用，完全滿足國家節能減排環保的政策要求，已取得了明顯的經濟及社會效益。

5 結論

（1）該渣水凈化系統自電廠投入運行以來，經濟技術指標較好，見表2。

表2 經濟技術指標

（2）結論

(a)自電廠投入運行以來，情況良好，經處理后的污水排放濃度在≤50ppm～80ppm 之間，能滿足系統重復使用及環保排放要求，根據一期運行的情況，電廠比較滿意，二期仍采用此方案。

(b)從目前我省已投入運行的電廠情況信息，渣水采用該凈化處理系統方案，設計上是成功的，系統運行安全、可靠，已取得了較好的技術及經濟效益，可推薦作為今后類似工程渣水處理系統方案。

(c)本系統成功經驗已運用在廣東多個電廠工程當中，產生了良好的經濟及社會效應。

［1］DL/T 5142-2002.火力發電廠除灰設計規程[S].北京.中國電力出版社，2002.

［2］DL5000-2000.火力發電廠設計技術規程[S].北京.中國電力出版社，2000.

［3］粉煤灰綜合利用與生產加工新技術、新工藝及標準規范[S].中國知識出版社，2004.

［4］沈保中.600MW 超臨界機組鍋爐沖渣水回用的深度處理[J].中國電力，2006，39(7):31-34.

［5］李洪，李清.珠海發電廠除灰渣系統的設備與應用[J].電力建設，2001，22(2):46-48.

［6］火力發電廠除灰計算手冊[M].成都：電力工業部西南電力設計院，1982.

［7］高瑋.華能玉環電廠1000MW 超超臨界機組除灰渣系統[J].電力建設，2008，28(7):43-45.

［8］張忠孝.用模糊數學方法對電廠鍋爐結渣特定的研究[J].中國電機工程學會，2000，20(10):64-66.

［9］施燮鈞，王蒙聚，肖作善.熱力發電廠水處理[M].北京:中國電力出版社，1976.

［10］張志耘.一種新型鍋爐灰渣水處理方法[J].硫磷設計與粉體工程，2000，1:20-23.