某超臨界電廠原水系統方案分析

楊文燕/中國神華集團勝利能源分公司

某超臨界電廠原水系統方案分析

楊文燕/中國神華集團勝利能源分公司

電力行業是工業發展的基礎之一，在生產過程中需要消耗大量的水資源。原水系統是電廠水處理系統的重要組成部分之一，合理的選擇原水水源，充分利用當地特殊的水文條件。確定合理的原水處理系統，對于機組的安全生產具有重要意義。

水源；原水處理系統，機械攪拌澄清池

中國是世界上最大的發展中國家，發展經濟成為社會發展的第一要務，而伴隨著國民經濟的迅猛發展，必然會對環境造成巨大的壓力。作為世界第一能源消耗大國，如何在經濟發展的同時兼顧與生態協調發展，也是社會廣泛關注的熱點之一。

電力行業作為工業發展的基礎之一，在快速發展的同時，也面臨著巨大的挑戰。尤其是燃煤火力發電企業，在其機組正常運轉的過程中，需要消耗大量的水資源等，對于這些寶貴的自然資源，應當從各個方面提高資源利用率，實現經濟效益的同時，兼顧好社會效益。

電廠的原水處理系統是電廠水處理系統的重要組成部分之一，尤其是對于較為缺水的地區，原水處理系統的選擇更為重要。現已規劃中的某電廠為例說明。

該電廠位于內蒙古錫林郭勒盟，利用當地豐富的煤炭資源，規劃建成一座大型露天礦坑口電廠。本工程為國家高度節水、高度循環經濟的示范電廠。

一、電廠的原水水源

根據當地具體的水文資料，可以成為供水水源的水質分為三類：露天煤礦疏干水、當地水庫水以及污水處理廠的排水。

1.煤礦疏干水。

露天礦區屬于當地盆地水文地質單元的一部分，東部為河谷、湖積平原，西部問低緩丘陵地帶，整個礦區屬于河谷、湖積平原和緩坡丘陵地帶的過渡地帶。露天煤礦的疏干水，根據不同的計算方法可得到以下數值。最小量：首采區2009年達到生產規模1000×104t/a時，疏干水量為503.8m3/h，每年總排水量為 402.2× 104m3/a；2010年總產量達到 2000× 104t/a時，首采區和二采區同時開采時疏干水量為1151 m3/h，每年總排水量為911.5×104m3/a。疏干水可利用水量按照85%計算，2009年和2012年露天煤礦可供電廠水量分別為341.9×104m3/a和774.8×104m3/a。

礦區地下水的補給來源主要為大氣降、河水、冰雪融化水及側向地下徑流等，承壓含水層主要由地下水徑流和含水層間地下水的越流補給。河谷內地下水向下游的徑流和垂直蒸發為地下水的主要排泄途徑。礦區開采的疏干排水等人工采用水亦為地下排泄口。

2.水庫水。

根據當地多年的水文觀測資料可知：當地水庫屬于調節多年的中型水庫，水庫多年平均徑流量水庫多年平均徑流量為2018×104m3，變差系數Cv=0.45，偏態系數Cs=3.5Cv，95% 年 徑 流 量 為 1020× 104m3，99%年徑流量為918×104m3；工程完工后防洪標準為百年一遇設計，千年一遇校核；近期日供水2×104m3，遠期日供水3×104m3，供水保證率為95%，主要向市區供水。水庫冬季結冰嚴重，實測最大冰厚為1.5m，且11月至來年3月河道封凍無水入庫。

水庫主要技術經濟指標

該水庫供水工程主要由取水頭部、輸水管線和凈水廠三部分組成，取水頭部設在水庫放水涵洞的位置，型式為潛孔式取水；輸水管道沿緩坡帶布置，凈水廠位于市區。供水能力為730×104m3/a（2× 104m3/d）。水庫到2010年完成一定工程措施后，水庫供水能力可達到1165× 104m3/a（3×104m3/d），在97%情況下，水庫向城區供水能力為1095×104m3/a。目前，公司實際向城區供水僅為350× 104m3/a（包括農業用水70×104m3/a）。

3.污水處理廠的排水。

該地區污水處理廠已于2004年7月已經建成投運，一期設計處理污水能力為2.0×104/d，規劃設計處理能力 4.0× 104/d，目前實際處理污水量約為1.5× 104/d。污水處理廠擬建污水深度處理，年擬供水量230×104/a。

經過內蒙古自治區水利廳組織專家審查，電廠的水資源論爭報告已經得到了批準，水利廳批準下發的取水許可預申請書同意，該地露天煤礦供給電廠疏干水，每年為461.7×104m3/a，水庫每年供水40.2×104m3/a，共計501.9×104m3/a，大于電廠規劃機組容量時設計年取水量475×104m3/a。

該電廠一期工程年取水量為119× 104m3/a，按照露天煤礦的開采進度和疏干水的排水量，均可滿足電廠的供水要求。

從長遠規劃來看，預測年總需水量（包括電廠8×600MW級機組年耗水量420×104m3/a）為2168×104m3/a，各種水源可供水量為3686.5×104m3/a；2020水平年預測總需水量為4172.5×104m3/a，各種水源可供水量為4192.5×104m3/a.2010水平年供水量大于需水量，2020水平年供水量與需水量基本持平。

分析上述供水水源情況和需水量平衡，電廠一期2×660MW超臨界空冷機組及電廠達到規劃容量8×600MW級機組的供水水源是落實的，供水量也是可靠的。

二、原水處理系統介紹

電廠原水水源為露天礦疏干水，備用水源為當地水庫水。露天礦的疏干水收集后首先進入一個聯合水處理廠（礦區和電廠公用）進行處理，經管道進入為電廠供水配置的2座25000m3的貯水池，然后進入電廠供水的升壓泵房，經升壓后一部分作為電廠廠外輸煤系統的生產消防水，另一部分作為電廠的生產供水。備用水源是當地水庫水。污水處理廠的排水暫時作為備用，只用在水源明顯缺乏才可以采用。

1.疏干水的水質處理。

疏干水中含有一些采礦過程中夾雜的雜質，需要進行水質處理，常用的方法是混凝沉淀處理。

混凝處理就是在水中投加適當的化學藥劑，使水中微小的懸浮物以及膠體結合成大的絮凝體，并在重力作用下沉淀出來。常用的混凝劑有鋁鹽和鐵鹽兩類。有時為了提高混凝效果，加入少量的助凝劑，助凝劑有調整pH值、氧化合增大絮凝物的粒度、密度和牢固性等三類作用。沉淀處理就是使水中比水重的固體顆粒下沉而析出的過程，該法比較簡單，在水凈化工藝中經常采用。

2.澄清池。

澄清池要同時完成混凝和沉淀兩個過程，兩個過程在同一個設備中完成。澄清處理是電廠水處理中常用的處理工藝。澄清處理的技術特點是在池內維持一定量的懸浮泥渣層，與加了混凝劑的原水一起進行混合、反應和沉淀過程，從而獲得較為理想的處理效果。

澄清池無論種類、形式如何，共同的特點是利用接觸凝聚的原理去除水中的懸浮膠體顆粒。而且原水中的懸浮顆粒濃度越高、顆粒粒徑越大及粒徑之間相差越大，混凝效率就越好。根據這一原理設計了懸浮泥渣層。

懸浮泥渣層指在混凝反應過程中生成的絮狀物在上升流速的作用下處于懸浮狀態，保持動力平衡，隨著處理水的不斷通過，處于動態平衡的絮狀物逐漸積累，當達到一定的濃度時，就形成一個對混凝效率起關鍵作用的懸浮泥渣層。

懸浮泥渣層具有幾下幾個方面的作用：因為在凝聚過程中顆粒總濃度隨時間的變化率與顆粒總濃度成正比，所以懸浮泥渣層中的顆粒濃度越大，接觸凝聚的效果越好。懸浮泥渣層中的顆粒濃度越大，顆粒之間的水流速度越大，顆粒之間的碰撞機會就越多，因此混凝效率就越好。但是濃度不宜過大，過大的濃度會使懸浮層難以維持動力平衡狀態，絮狀物容易被帶出池外，從而造成不良后果。懸浮泥渣層對保證出水水質起一定的穩定作用。懸浮泥渣層容易吸附水中的某些雜質。為了保證泥渣具有最佳的吸附能力，必須及時排出一部分已經老化的泥渣。

澄清池的結構通常分為五個部分：進水系統、接觸凝聚區、澄清分離、出水系統和排污系統。由于澄清池內同時完成混凝和沉淀兩個過程，對澄清池的結構要求較為嚴格，必須滿足以下條件：要使反應充分進行，出水能夠均勻導出。

3.機械攪拌澄清池。

根據懸浮泥渣層的特點，可分為泥渣懸浮式澄清池和泥渣循環式澄清池二種類型。泥渣懸浮式的特征是在運行中有一層懸浮在水中的泥渣層，該泥渣層是因為受到自下而上水流的作用力而呈懸浮狀態的。水的凈化作用發生在加有藥劑的原水流過此泥渣層的過程中。泥渣循環式除了有懸浮泥渣層外，還有若干泥渣作循環運行，即泥渣區中有部分泥渣回流到進水區，與進水混合后又返回到泥渣分離區。常用的泥渣循環式澄清池有機械攪拌澄清池。

機械攪拌澄清池的特征是在池子中設有機械攪拌裝置，在它的運行過程中有泥渣在循環。

圖1 機械攪拌澄清池

機械攪拌澄清池在工作中，原水由進水管進入環型進水槽，此進水槽的截面呈三角形，槽的下面開有出水孔或縫隙，由進水槽流出的水進入澄清池的第一反應室，依靠攪拌器的攪拌作用使進水與四周回流的泥渣混勻，混合后的泥水流被攪拌器上的葉輪提升到第二反應室，然后，泥水混合物流經設在第二反應室上部四周的導流室至分離室，在分離室中分離出的水由集水槽集取。由分離室分離出來的泥渣大部分回流到第一反應室與進水混合，其余小部分泥渣進入泥渣濃縮室，經濃縮后定期排走，澄清池底部有排空用的排污管。根據運行特點，反應過程中所使用的藥劑可以加至反應室中、進水管中或者水泵的吸水管和配水槽中。

機械攪拌器上的葉輪用來將來將夾帶有泥渣的水提升到第二反應室，從而促使泥渣的回流和循環，葉片用來促進水和回流泥渣混勻。在第二反應室和導流室中設有導流板，其作用是消除攪拌葉輪所產生的旋轉運動，減輕分離室中水流的擾動，以利于泥渣和水的分離。在環行進水槽的上方設有排氣管，以排除隨進水帶入的空氣。

澄清池的水力條件可以從以下幾個方面進行調整：排泥量必須控制在合理的范圍內，否則排泥量不夠則導致泥渣層升高，反應區中的濃度增大，影響出水效果，排泥量過多則導致反應區中的泥渣濃度過低，影響澄清效果。調試泥渣循環量。出力狀況應穩定。消除空氣混入的影響。

利用機械攪拌澄清池可以較好的除去水中的雜質，為下一步的水處理提供符合條件的原水。

三、結束語

電廠原水處理直接決定著是否能夠供給機組正常生產所需要的用水。而該方案選擇露天礦疏干水作為主要的原水水源，水庫水位備用水源。疏干水作為露天礦日常生產中的生產廢水，合理利用之后，成為了電廠重要的原水水源，這樣的做法充分實現了資源的高效利用，而且達到了較好的經濟效益和社會效益。特別是在該地區缺水的條件下，這樣的做法更具有特殊的意義。

[1]：陳志和主編，電廠化學設備及系統，中國電力出版社，2006.

[2]：調整錫林河水庫供水功能論證報告，內蒙古自治區水電勘測設計院，2001.

[3]：徐亮，電力工業對環境的影響及對策，云南地理環境研究，2005.