污水再生直接用于燃氣熱電廠生產的技術方案

崔萌陳北洋

（1天津華電福源熱電有限公司 天津 300170 2華電水處理技術工程有限公司 天津 300170）

1 工程概況

京津地區是我國重要的政治經濟中心，該區域作為環渤海經濟圈的核心，在經濟發展的同時，日趨惡化的環境問題引起了社會的廣泛關注。天津華電武清燃氣分布式能源站以天然氣為燃料，通過能源的梯級利用，實現熱電冷及生活熱水多聯供，綜合能源利用效率可以達到70%，并收集開發區內污水，經過再生處理后回用于電廠，滿足循環冷卻用水、余熱鍋爐補給水及熱網補給水用水需求。具有較好的經濟、環境、社會效益，并為電力發展拓展空間[1]。

天津華電武清燃氣分布式能源站位于天津武清開發區三期西區，規劃建設4×200MW燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組，一期工程建設2×200MW機組，利用武清開發區三期西區污水處理廠的再生水作為生產水源，采用改良A/O工藝（二級處理），經高密度沉淀池及纖維轉盤過濾、消毒（三級處理）后排放；污泥采用機械直接濃縮、脫水方式。循環冷卻水系統采用經“石灰軟化+變空隙濾池過濾技術”處理后的一級A中水。循環冷卻水經過“活性炭過濾加超濾反滲透工藝”處理后用作補給水及熱網循環水補充水。

2 污水處理工藝

2.1 污水處理廠水質標準

根據調查，武清開發區三期西區污水處理廠進水水質如表1所示，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中城鎮污水處理廠一級A標準。

表1 武清開發區三期西區污水處理廠進出水水質

2.2 污水廠設計規模

根據武清開發區三期西區污水量核算及現有企業單位建設及運營進度，設計污水處理廠分兩期建設。一期建設規模：10000 m3/d，近期總變化系數：k=1.58，近期最大設計流量：Q=0.183 m3/s，設計水溫：12℃；二期建設規模：20000 m3/d，總計建設規模：30000 m3/d。

2.3 污水廠處理工藝

采用改良A/O工藝（二級處理），經高密度沉淀池及纖維轉盤過濾、消毒（三級處理）后排放；污泥采用機械直接濃縮、脫水方式。

2.4 能源站臨時再生水水源

天津華電福源熱電能源站循環冷卻水補水量15000 m3/d，預計2014年底武清開發區三期西區污水量為6000m3/d，為保證能源站循環冷卻水補水，暫時考慮引進外調水源，引水規模為10000 m3/d。

實際引水從武清第一污水處理廠（設計水量30000 m3/d，實際水量26000-27000 m3/d，污水以工業污水為主，污水符合《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準。

在武清第一污水處理廠附近設臨時輸水泵站一座，輸水量10000 m3/d，占地80m2，潛水泵 3臺（2用1備），流量210m3/h，揚程30m。

輸水管線一條總長2530米，選用DN315PE塑料管。

3 再生水回用作燃氣熱電廠循環水處理系統設計

3.1 燃氣熱電廠水系統基本流程

本工程新建2套（1+1+1）型式的燃氣—蒸汽聯合循環機組，即1臺燃機、1臺余熱鍋爐和1套汽輪發電供熱機組，總裝機容量為2×（120+60 MW）。主要工藝流程如圖2所示。空氣經由壓氣機壓縮后，進入燃氣輪機燃燒室中參與天然氣燃燒，產生的高溫煙氣帶動燃氣輪機做功。燃氣輪機排出的高溫排氣在余熱鍋爐中放熱，使余熱鍋爐內的給水（主要是補給除鹽水）變成蒸汽，再送入蒸汽輪機中做功。做功后的排汽由蒸汽輪機低壓缸排至凝汽器，在凝汽器中的低壓缸排氣被銅管中流動的循環冷卻水冷卻后形成凝結水，凝結水經加熱器加熱后由給水泵輸送至余熱鍋爐實現水循環。循環冷卻水在循環水泵的作用下，進入凝汽器銅管冷卻蒸汽輪機排汽，最終回到冷水塔[2]。

圖2 燃氣熱電廠基本生產流程

燃氣熱電廠的水系統主要分為循環水系統、凝結水系統以及熱網循環水系統。循環冷卻水的主要作用是將凝汽器中低壓缸排氣冷卻成凝結水。凝結水構成了燃氣熱電廠的基本水循環，在化學除鹽水不斷補給的情況下可以實現余熱鍋爐-蒸汽輪機的汽水循環。熱網循環水在熱網加熱器被蒸汽汽輪機抽氣加熱，經熱網循環泵輸送到熱用戶，熱網循環水在用戶側完成放熱后，最終返回熱網首站，這一循環可以實現對熱用戶的熱供給。

3.2 再生水回用作循環冷卻水處理

循環水源主要采用天津市武清區污水處理廠的再生水，備用水源為由龍鳳河水，根據水質采樣及全年統計數據龍風河水水質、水量符合循環水水源標準。

循環冷卻水處理的任務是防止凝汽器管結垢、腐蝕以及微生物的繁殖，保證凝汽器安全經濟運行。循環冷卻系統為配有冷水塔的二次循環系統。

本工程循環水補水水源為經深度處理后的再生水，擬采用加阻垢劑、加殺菌劑處理和適當排污處理。進廠的中水采用：石灰軟化處理+PCF過濾，加阻垢劑、殺菌劑、緩蝕劑。

3.2.1 石灰深度處理的主要作用

（1）對污水處理廠中水水質波動有緩沖作用[3]

中水在大容積澄清池中停留時間較長，反應物表面積大，吸附能力強，使溶解、非溶解有機物顆粒得到分離。

（2）降低中水碳酸鹽硬度，有效防止結垢

（3）對水中殘留有機物有凈化作用

石灰處理形成碳酸鈣微晶體、氫氧化鎂絮狀體及凝聚劑加入后形成的泥渣都參與顆粒相互碰撞，活性泥渣對于有機物能進行有效吸附。

3.2.2 石灰處理系統基本工藝流程

再生水經生物濾池處理后，進入機械加速澄清池，加入石灰乳、混凝劑處理后，在管道混合器中經過pH調節、投加殺菌劑后，進入變空隙濾池，經過濾后進入清水池，經送水泵送入循環水系統。變空隙濾池的反洗水回收到機械加速澄清池。機械加速澄清池的污泥經泥漿提升泵進入貯泥池，再經脫水機脫水處理后外運。

圖3 石灰處理系統基本流程圖

PCF過濾器主要工作分為過濾和反洗兩個階段[4]：（1）過濾

使用回轉機具對纖維絲進行壓榨，使其縱向孔隙變小，水中懸浮物被截留在纖維絲之外，得到清潔的處理水。

（2）反洗

當過濾器內截留的懸浮物雜質過多時，處理水量下降，壓力達到設定值，自動進行反洗。

反洗時過濾機具放松，纖維絲孔隙增大，用壓縮空氣和處理水反洗纖維絲，污物通過排放管排出，合格后自動進入過濾程序。

4 鍋爐補給水及熱網循環水制備系統設計

為回收循環水排污水本工程鍋爐補給水及熱網補水處理系統采用循環水排污水。處理后的反滲透水回用至循環水系統，冬季工況反滲透水回用為21 t/h；夏季工況反滲透水回用42 t/h。

反滲透產水一部分作為鍋爐補給水，其余部分作為熱網補充水，這樣節約了水資源又改善了熱網及循環水的水質。經計算，本工程鍋爐補給水水量為22 t/h，冬季熱網補水量為16 t/h。

根據鍋爐給水質量要求、水源水質、投資及制水成本等因素考慮，循環水排污水處理系統如圖4所示。

圖4 循環排污水處理系統流程圖

處理后的出水質量為：

電導率（25℃） ≤0.2μS/cm

SiO2≤0.02mg/L

5 結語

污水再生直接用于燃氣熱電廠的循環冷卻用水，并通過對循環水的進一步處理，滿足鍋爐補給水和熱網補給水的需求，使得燃氣熱電廠生產全部使用再生水，既節約了水資源、又實現了熱電生產污水零排放的目標，通過在今后生產過程中積累經驗、不斷優化，將成為電廠節水工程的典范。

[1]許立國,沈競為,張懷軍等.城市中水回用于電廠循環水的技術方案選擇[J].山東電力技術,2005,4(1):10-14.

[2]張志良,龍云.天然氣發電在中國的應用前景分析 [J].浙江電力,2003,5:8-10.

[3]張行赫.石灰深度處理在電廠中水回用中的應用[J].中國電力,2007,40(2):39-41.

[4]王萍,李會海.變孔隙濾池在電廠回用水處理中的應用[J].環境工程,2012(3):36-40.