350MW濕冷燃煤供熱機組循環冷卻水生化處理試驗研究

廖洪峰 劉明海 馮培峰 王金燦 馮寶泉 劉政修 郭 強 趙瀟然

（1. 京能十堰熱電有限公司，湖北 十堰 442000；2. 北京京能能源技術研究有限責任公司，北京 100022）

0 引言

《中華人民共和國環境保護法》、《中華人民共和國水污染防治法》、《中華人民共和國海洋環境保護法》以及地方政府制定的環保制度和標準，要求排入河湖的污染物不得超過國家或者地方規定的水污染物排放標準。2015年04月，國務院頒布了《水污染防治行動計劃》（水十條），提出了水污染防治的總體要求，并制定了2020～2030年工作目標及主要指標。2018年《中共中央國務院關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》提出，著力打好碧水保衛戰。

火電廠是工業用水大戶，用、排水量巨大，積極開展火力發電廠深度節水，實現全廠廢水零排放高度契合國家政策，是應盡的社會責任，并關系到企業的生存和可持續發展。

京能十堰熱電有限公司（以下簡稱十堰熱電）是北京市與十堰市對口協作項目。廠址位于十堰市張灣區工業開發園區，距離市中心5km。該項目規劃建設4×350MW燃煤供熱機組，按“一次規劃、分期建設”的方式實施。項目一期建設2×350MW國產超臨界抽凝式供熱機組，同步建設煙氣脫硫、脫硝設施，是京能集團和十堰市政府共同建設的‘南水北調標桿工程、民生工程、生態環保工程及社會效益、生態效益和技術示范性工程。

十堰熱電現有裝機容量為2×350MW機組，鍋爐為上海電氣集團股份有限公司制造；汽輪機是東方電氣集團設計、生產的超臨界、一次中間再熱、三缸兩排汽、單軸、8級回熱、濕冷、抽汽凝汽式汽輪機，機組冷端采用帶自然通風冷卻塔的二次循環冷卻，兩機一塔、一機三泵擴大單元制方式；發電機系東方電氣集團生產的水-氫-氫冷卻、靜態勵磁發電機。

目前，循環冷卻水處理工藝采用“阻垢+緩蝕”、沖擊式加殺菌滅藻劑方式，循環冷卻系統補充水為城市中水。為保證“南水北調”工程最大生態效益及社會效益，節約水資源，降低發電綜合水耗，提高經濟效益，十堰熱電積極開展全廠深度節水工作，實現全廠廢水零排放。

循環冷卻水生化處理技術摒棄了傳統的火電廠循環冷卻水加酸、加阻垢緩蝕劑等聯合化學處理方法，利用經過篩選、培養、馴化的有益微生物菌群和相適應的營養調節劑對敞開式循環冷卻水進行微生物化學處理，根據循環冷卻水補水水質，循環冷卻水倍率控制在8～20倍運行的同時，實現冷卻系統的阻垢、緩蝕、避免藻類滋生粘泥等處理目標。為保證循環冷卻水系統安全穩定經濟運行，十堰熱電進行了循環冷卻水生化處理動態模擬試驗，驗證循環冷卻水生化處理技術效果，并確定實際運行控制標準。

1 循環冷卻水生化處理動態模擬試驗

1.1 試驗水質

十堰熱電全廠生產用水水源取自神定河污水處理廠處理后出水，動態模擬試驗水質指標如表1所示。

表1 循環冷卻水補水水質

1.2 試驗過程

循環冷卻水生化處理動態模擬試驗分三個階段：

（1）試驗準備：接取試驗用水、動模裝置（裝置配備儀器、儀表、熱力、動力系統、管路閥門等）調試、試驗需用藥品及試片、試管用品材料、常規水質指標分析化驗準備；

（2）試驗階段：主要是正式啟動循環冷卻水動態模擬試驗裝置后，循環冷卻水濃縮、穩定倍率運行兩個階段，主要包括金屬試片加掛、日常水質化驗分析、運行數據查看等；

（3）試驗數據分析：模擬試驗結束后，進行水質指標、金屬試片、試管管樣及試驗各項數據分析等。

1.2.1 循環冷卻水動態模擬試驗濃縮階段

循環冷卻水濃縮階段：循環冷卻水系統只進行補水，不排污，進行循環冷卻水濃縮，基本上每天濃縮倍率增加1倍左右，至16d時循環冷卻水濃縮倍率達到 16倍，在此期間調控循環冷卻水主要指標pH在7.5～8.2之間，堿度＜2.0mmol/L，從日常水質分析數據看均在此范圍內，兩組試管在線污垢熱阻在0.002～0.004×10-4（m2·K/W）之間，在線電導率成線性趨勢上升，最高至7630μS/cm。

表2 動態模擬試驗循環冷卻水水質

1.2.2 循環冷卻水動態模擬試驗運行階段

循環冷卻水動態模擬試驗日常運行控制階段，循環冷卻水系統維持濃縮倍率在15～16倍區間運行。調整設定動態模擬裝置在線電導率，對應電磁閥開啟停止上下限在7500～7600μS/cm，排污流量設定6L/h，保持循環冷卻水濃縮倍率在15～16倍間波動，分析控制循環冷卻水pH與堿度等指標，觀察控制電腦在線污垢熱阻變化情況，觀察各試片情況，觀察冷卻塔內部填料有無綠藻類滋生。

1.3 試驗數據分析

動態模擬試驗循環冷卻水日常分析是指試驗裝置啟動運行后，每天定點取循環冷卻水樣化驗分析，確認循環冷卻水生化處理調控在預計控制范圍之內。

（1）循環冷卻水pH及堿度分析

模擬試驗循環冷卻水pH總體在7.5～8.2區間波動，堿度總體在1.0～2.0mmol/L區間波動，與循環冷卻水生化處理調控pH 7.5～8.2、堿度≤2.0相吻合，循環冷卻水沒有酚酞堿度出現，無碳酸鈣水垢形成，說明以此做補充水的循環冷卻水生化處理可控。動態模擬試驗循環冷卻水主要水質指標分析數據參如表2所示，循環冷卻水在線pH曲線圖如圖1所示；

（2）循環冷卻水結垢傾向分析

分析以Cl-和Ca2+計算的循環冷卻水濃縮倍率，兩者相差最大值為0.11，說明Ca2+沒有結垢析出，循環冷卻水生化處理可實現高濃縮倍率15～16倍穩定運行。循環冷卻水日常監測濃縮倍率（以Cl-計）曲線如圖2所示，循環冷卻水化驗日常監測Ca2+變化曲線如圖3所示，循環冷卻水Ca2+與Cl-濃縮倍率比較參如圖4所示；

（3）循環冷卻水電導率分析

模擬試驗循環冷卻水電導率與含鹽量基本成線性比例關系，由于生化處理的特點，要消耗堿度等帶電離子，所以電導率的濃縮倍率比氯離子和鈣離子濃縮倍率同比低約1倍左右，為此，生化處理的循環冷卻水電導率可作為判斷循環冷卻水濃縮倍率的指標。循環冷卻水在線電導率曲線如圖5所示，循環冷卻水化驗日常監測Ca2+變化曲線如圖3所示；

（4）循環冷卻水水質分析

循環冷卻水濁度及懸浮物無明顯變化，符合GB/T 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》[1]要求；循環冷卻水色度有較大幅度增加，符合生化處理特點；循環冷卻水CODcr較高，基本為很難生物降解的CODcr部分；循環冷卻水氨氮較低，符合GB/T 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》不大于5mg/L要求。循環冷卻水水質如表3所示；

（5）動態模擬試驗在線污垢熱阻分析

污垢熱阻是循環冷卻水動態模擬試驗重要的指標，是確定循環冷卻水阻垢處理效果的重要表征。循環冷卻水生化處理在高濃縮倍率下阻垢效果異常優異，整個模擬試驗期間最高污垢熱阻為0.0035×10-4（m2.K/W），遠小于GB/T 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》中要求不大于3.44×10-4（m2.K/W）的要求。循環冷卻水在線污垢熱阻曲線如圖6所示；

表3 動態模擬試驗循環冷卻水水質

（6）動態模擬實驗不銹鋼金屬試片腐蝕情況分析

金屬試片的腐蝕情況也是循環冷卻水動態模擬試驗重要指標，是循環冷卻水處理緩蝕效果的重要表征。試驗結果表明，不銹鋼金屬試片平均腐蝕率為0.00014mm/a，均遠小于0.005mm/a，沒有局部腐蝕，緩蝕效果顯著，符合國家標準GB/T 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》要求，試片平均腐蝕速率計算評價情況如表4所示，腐蝕指示片外觀如圖7所示；

（7）動態模擬試驗不銹鋼金屬試管粘附速率情況分析

不銹鋼試管的粘附速率主要表征循環冷卻水污垢沉積吸附在金屬管內表面的情況，也是反映循環冷卻水處理阻垢分散、抑垢、除垢的效果。根據本次動態模擬試驗結束后對兩支換熱管的肉眼觀察和處理后定量分析，平均粘附速率為0.095mg/cm2.月，遠遠小于GB/T 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》不應大于15mg/cm2.月要求，試管處理數據分析如表5所示；

（8）動態模擬試驗抑制有害菌藻情況分析

由于動態模擬試驗總體運行時間較短，所以試驗結束時運行20d的水樣進行循環冷卻水異養菌總數分析，按國標GB/T 14643.1-2009《工業循環冷卻水中粘液形成菌的測定平皿計數法》[2]進行測定分析，經過培養最終測定A組循環冷卻水中異養菌總數為32000CFU/mL，B組循環冷卻水中異養菌總數為31500CFU/mL，均符合GB/T 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》不應大于100000CFU/mL要求。

3 結語

（1）循環冷卻水生化處理技術摒棄了傳統的火電廠循環冷卻水化學藥劑處理方法，利用經過篩選、培養、馴化的有益微生物菌群和相適應的營養調節劑對敞開式循環冷卻水進行微生物化學處理，大幅度提高循環冷卻水倍率，實現循環冷卻系統的阻垢、緩蝕、殺菌滅藻等目標，保證循環冷卻水系統安全、穩定、經濟及環保運行；

表4 動態模擬試驗兩組循環冷卻水金屬試片腐蝕速率及評價

表5 動態模擬試驗兩組循環冷卻水金屬試管粘附速率及評價

（2）循環冷卻水生化處理動態模擬試驗結果表明，碳鋼及不銹鋼腐蝕速率、污垢熱阻、粘附速度及有害微生物指標均能滿足GB/T50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》要求；

（3）通過循環冷卻水生化處理技術動態模擬實驗，確定了實際生產控制指標：pH7.5～8.2、氯離子不大于1200mg/L、鈣離子不大于900mg/L，循環冷卻水濃縮倍率控制在10～15倍之間；

（4）循環冷卻水生化處理技術與傳統循環冷卻水處理技術相比，具有節水減排、對環境無二次污染、運行參數控制穩定、補充水質變化容忍度超強、阻垢和溶垢同步、沒有新增設備投資和原有設備改造投資、綜合運營成本較低等系列優點，創新了火力發電廠節水方法及循環冷卻水管理手段，可應用于火力發電廠循環冷卻水處理；

（5）根據GB/T 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》，考慮循環冷卻水系統風吹泄漏損失，當循環冷卻水濃縮倍率達到15及以上時，循環冷卻水系統無排污水，實現全廠廢水零排放，對“南水北調”工程具有巨大的生態效益及社會效益；

（6）循環冷卻水系統采用生化處理技術后，循環冷卻水濃縮倍率可以達到10倍以上，經核算每年減少循環冷卻排污水180萬噸，直接經濟效益252萬元；循環冷卻水生化處理藥劑費用比傳統藥劑處理費用多100萬元，每年可節約運行費用152萬元；

（7）循環冷卻水系統采用生化處理技術后，每年減少生產水取水量180萬噸，可降低發電綜合水耗0.6m3/MW·h以上。