2×500 MW火力發電廠循環水排污水回用技術分析

吳溪

(中國華電工程(集團)有限公司，北京 100070)

0 引言

火力發電廠耗水量高，排水量也高。隨著水資源短缺和水污染問題日益嚴重，水已成為火電工業發展的制約因素，控制用水和排污已成為火力發電廠重點治理項目之一。

循環冷卻水是火力發電廠用水量最大的部分。循環冷卻過程中由于水不斷蒸發而使鹽類濃縮，因此需要排污和補充新水。循環水系統的排污水一般占循環水系統補水量的20%～30%，含量雖高，但有機物污染較少，水質較工業污水好，對這部分水進行部分除鹽處理即可回用，且相關技術比較成熟，處理成本較低。

由于循環冷卻水排污水含鹽量較高，要回收利用需對其進行脫鹽。目前可用于脫鹽的工業化方法主要有蒸餾法、離子子交換法及反滲透法等。反滲透法屬于膜分離技術范疇，具有設備簡單、體積小、操作程序單一、分離系統較大、節能高效等優點。通常情況下，運行中操作人員少，易于管理，定期進行清洗可延長膜的壽命，保證膜裝置長期穩定運行。反滲透法在國內發展迅速，無需酸堿，運行成本較前兩種方法低。

1 電廠情況概述

山西某電廠裝機為2×500 MW燃煤發電機組。電廠生產用水主要包括循環冷卻水、除鹽水、鍋爐除灰(渣)用水、輔機和轉動機械冷卻用水、化學自用水、雜用水等，非生產用水包括廠區生活用水、清掃用水和綠化用水等。電廠產生的廢、污水有工業廢水、生活污水、循環水排污水等。

電廠的工業水源原為泉水，是優質的地下水。為了保護地下水源，地方政府要求“置換泉水，符合優水優用、分質供水的原則和方向”。為了節約用水，增加水的循環利用率，減少電廠排水對周邊環境的影響，電廠將#3，#4機組循環水部分排污水綜合利用，通過反滲透預脫鹽處理后作為鍋爐補給水水源，并為熱網補水。

2 系統方案

在該期工程中，循環水排污水從#3，#4機組循環水泵出水管上各引出1根出水管，匯成1根出水母管將水送至一期原有生水箱。新增生水升壓泵提升生水箱中的循環水排污水至新增纖維過濾器。循環水排污水經過纖維過濾器處理懸浮物后，進入新增的超濾系統，超濾系統設置2組，超濾出水進入一期工程原有的超濾水箱。新增反滲透給水泵提升超濾水箱中超濾出水，經新增的保安過濾器后進入新增高壓泵，升壓后進入新增反滲透系統。反滲透系統設置2組，反滲透產水進入一期的軟化水箱，并通過新增的軟化水泵外輸到化學除鹽站(外送管與一期原產水輸送管連通，并加裝聯絡門)。在進保安過濾器前根據需要依次投加酸、阻垢劑和還原劑。

設計水源為#3，#4機組循環水排污水，經生水升壓泵升壓后進入過濾系統，設計水溫為18～30℃。此水經過循環水補充水的石灰預處理部分補充到循環水系統中，再按3～4的濃縮倍率濃縮后排放進入該工程的生水箱進行下一步處理。

主要工藝流程如下:循環水排污水→生水箱→生水升壓泵→纖維過濾器→超濾裝置(加凝聚劑)→超濾水箱→反滲透給水泵→反滲透保安過濾器(加酸、阻垢劑、還原劑)→高壓水泵→反滲透裝置→軟化水箱→除鹽陽床入口和軟化水箱入口。

3 技術特點

(1)循環水排污水作為電廠鍋爐補給水和熱網補水。循環排污水經反滲透處理后，含鹽量很低、硬度很小，因此循環冷卻水排污水經反滲透脫鹽后的出水，可作為鍋爐補給水預脫鹽水源。

(2)超濾膜的選型，膜通量的選取。采用壓力式超濾，膜型號為TARGA10072，截留分子量為10萬u，膜材料為聚醚砜樹脂(PES)，具有以下幾個方面優勢。

1)采用的超濾膜材質為改性PES，具有良好的親水性、化學穩定性、機械強度以及較好的抗氧化性。

2)極薄的致密層和不對稱的海綿支撐結構，可實現最低的膜深層污染和最大的膜清洗恢復。

3)科氏的膜絲內徑使得流體具有更高的湍流性能，通量衰減緩慢，清洗相對容易，抗污染性提高。

4)低通量(58 L/(m2·h))的選取有利于超濾系統的穩定運行，對于水質和水量的變化，有較大的緩沖性和適應性。

(3)反滲透段間增壓形式。若反滲透裝置內未設置段間增加，則二段膜元件可能會沒有發揮全部的作用，膜通量較一段膜通量會小很多。反滲透一段濃水含鹽量很高，進入二段的進水凈驅動力很低，使得二段的膜通量很低，造成了二段膜元件的浪費。所以，該工程反滲透系統采用了段間增壓設計，由于段間增加的揚程較低，選用一段出水增加背壓閥來達到段間增壓的目的，這種設計節省了段間增壓泵，也節約了電費。

(4)化學品消耗量少。采用反滲透技術進行鍋爐補給水預脫鹽，與離子交換系統相比，大大減少了酸堿的消耗量，從而減少了酸堿廢水的排放量。

(5)節約費用。采用膜法處理裝置回收循環冷卻水系統的排污水，可減少新鮮水補充量，解決污水排放問題，并減少交納外排水費用。

4 項目實施情況及經濟效益分析

4.1 設備參數

(1)孔隙調節型纖維過濾器設計參數:數量，3臺;單臺設備設計出力，150 m3/h;單臺設備設計運行流速，60 m/h;設備直徑，DN 1800 mm;設計壓力，0.6 MPa;本體材料，Q235－B;內壁防腐材料，聚脲。反洗強度:水量，16.4 L/(m2·s);氣量，66.2 L/(m2·s);氣壓，0.04 MPa。

(2)超濾系統。超濾裝置按2列設計，每列出力140 m3/h;每列都能單獨運行，也可同時運行。每套超濾裝置產品水管和濃水管設取樣點，以便有效診斷并確定系統缺陷。超濾膜組件安裝在組合架上，組合架上應配備全部管道、閥門及接頭，還包括所有的支架、緊固件、夾具等附件。

超濾系統設計參數:系列數量，2列;膜元件總數量，60 支(TARGA10072)。

膜元件特性參數:膜孔徑，0.01 μm;截留分子量，10 萬 u;設計通量(凈產水)，58 L/(m2·h);過濾面積，80.9 m2/支;中空纖維絲內徑，0.9 mm;中空纖維絲外徑，1.5 mm;膜材質，PES。

膜組件運行工況:單根膜件出力，4.67 m3/h;單套最大出力，160 m3/h;工作壓力，0.10～0.15 MPa;最大進水壓力，0.3 MPa;最高進水溫度，40℃;pH值范圍，1.5～13.0。

(3)反滲透系統。反滲透裝置按2個系列設計，每列出力95 m3/h;每列都能單獨運行，也可同時運行。膜元件選用渦卷式反滲透膜BW30－365FR。膜組件的級、段排列組合方式:反滲透采用一級二段，采用6芯壓力容器，單套反滲透采用16∶8排列方式。

反滲透裝置設計參數:裝置套數，2套;每套出力，95 m3/h;排列(級段)方式，16∶8。

膜元件:形式，卷式膜;型號，BW30－365FR;設計通量，19.4 L/(m2·h)(凈產水);過濾面積，34 m2/支;單支膜產水量，0.65 m3/h;脫鹽率，98%;材料，聚酰胺復合膜;膜元件總數量，144(單套);使用年限，3 年;年更換率，33.3%。

4.2 運行情況

循環水排污水處理系統運行指標:超濾系統出力，2×140 m3/h;濁度，＜0.2 NTU;反滲透系統出力，2×95 m3/h;脫鹽率，≥96%;水的回收率，60%～80%;反滲透進水電導率，1600～1800S/cm。

循環水排污水回收處理后用作鍋爐補給水和熱網補水的水量為190 m3/h，電廠年運行小時按5500 h，循環水排污水量為280×5500÷10000=154(萬t/a)，若采用地下水或黃河水的水價按 3元/m3，則每年可節省取水費154×3=462(萬元)。

4.3 經濟效益分析

該電廠采用循環水排污水作為鍋爐補給水的水源和熱網補水，每年按5500 h計算，年節約新鮮水154萬t，節省取水費462萬元。

5 結束語

目前，絕大部分火力發電廠鍋爐補給水水源為地表水或地下水。據統計，300 MW及以上機組(總容量7060 MW)，地表水年取水量為9343萬t，300MW及以上機組(總容量2540 MW)地下水年取水量為4500萬t。如果火力發電廠鍋爐補給水都采用此改造技術，節水量相當可觀，具有良好的經濟和社會效益。

［1］李宏秀，李文杰，于寶緣.電廠循環水排污水回用［J］.華電技術，2011，33(6):78 －81.

［2］GB 50050—2007工業循環冷卻水處理設計規范［S］.