火力發(fā)電企業(yè)循環(huán)水回用改造技術(shù)分析

文_王飛 于洋 吳江

1 華電電力科學研究院有限公司 2 華能長春熱電廠 3 內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責任公司煤矸石電廠

循環(huán)水系統(tǒng)是火力發(fā)電企業(yè)取水和排水最多的系統(tǒng)，循環(huán)水冷卻機組取水量平均占總用水量的80%以上，廢水排放量平均占全廠總排放量的70%以上。循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水在整個火力發(fā)電企業(yè)中具有重要的意義。循環(huán)水排污水回收再利用可以有效降低新鮮水取水量，可大幅降低火力發(fā)電企業(yè)廢水排放量。

1 廢水回用案例

北方某發(fā)電企業(yè)為2×300MW機組。采用地表水作為補水水源。地表水水質(zhì)分析報告見表1。

表1 地表水水質(zhì)全分析報告表

17 CODMn 2.21 —18 全硅 7.22 —19 活性硅 6.87 —20 非活性硅 0.35 —21 全固體 246.8 —22 溶解固形物 193.3 —23 懸浮物 53.5 —24 電導率（25℃） 278 μS/cm 25 pH 7.83其他項目

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，地表水水質(zhì)相對較好，含鹽量、堿度、氯離子、鈣鎂離子、懸浮物等含量均較低。通過循環(huán)水動態(tài)模擬試驗確定循環(huán)水濃縮倍率可以控制在4.2倍以下運行。濃縮后的循環(huán)水水質(zhì)見表2。

表2 循環(huán)水排污水主要水質(zhì)數(shù)據(jù)表

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，循環(huán)水排污水濁度高，氯離子和硫酸根離子均大幅增加。根據(jù)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)設(shè)計的循環(huán)水排污水回用處理系統(tǒng)見圖1。

圖1 循環(huán)水排污水回用處理系統(tǒng)流程簡圖

循環(huán)水排污水經(jīng)過混凝、澄清、過濾、除鹽等工藝處理后，產(chǎn)生的反滲透淡水重新補入循環(huán)水系統(tǒng)中重復(fù)使用。反滲透產(chǎn)生的高含鹽量濃水供脫硫系統(tǒng)補水。機械加速澄清池排泥水、砂濾池反洗水和超濾反洗水進入污泥處理系統(tǒng)，污泥系統(tǒng)產(chǎn)生的清水進入機械加速澄清池入口重新進行處理。整個系統(tǒng)采用的是技術(shù)相對成熟的水處理工藝。

2 存在的問題分析

2.1 澄清池加藥

機械加速澄清池入口設(shè)置石灰和純堿兩個加藥點，用來去除水中的硬度。石灰的作用是循環(huán)水排污水中堿度較高時加入石灰去除水中的碳酸鹽硬度。經(jīng)過石灰處理后的水中含有的硬度主要有石灰處理殘留硬度和水中原有的非碳酸鹽硬度。純堿的作用是將水中加入CO32-去除水中剩余的硬度。經(jīng)過石灰和純堿處理后的水pH值能達到9.0以上，堿性水通過機械加速澄清池出水加硫酸調(diào)節(jié)pH值中和供后續(xù)設(shè)備使用。在設(shè)計和施工過程中，機械加速澄清池石灰和純堿兩個加藥點設(shè)置在同一位置。在現(xiàn)場生產(chǎn)運行過程中，石灰溶解產(chǎn)生的Ca2+和純堿中的CO32-反應(yīng)生成CaCO3沉淀。雖然加入了大量藥劑，但是機械加速澄清池出水的硬度不降反升，不能起到有效去除水中硬度的作用。大量高硬度的水進入反滲透裝置，極易在反滲透膜表面形成鈣垢，造成反滲透膜污堵。利用藥劑對反滲透膜進行化學清洗，測量清洗廢液中含有較高濃度的鈣鎂離子，這充分驗證了進水中的硬度對反滲透膜運行產(chǎn)生了很大的影響。通過循環(huán)水排污水水質(zhì)分析報告中含有大量的Ca2+、Mg2+離子和一定量的CO32-和HCO3-，加入石灰又進一步增加了Ca2+的濃度，無形中增加了雜質(zhì)離子的處理量。通過加入NaOH代替石灰，可以使OH-和水中HCO3-反應(yīng)生成CO32-和H2O，再用Na2CO3將水中的硬度去除，可以消除石灰和純堿同時加入相互反應(yīng)的問題，降低了無效藥品消耗量。采用NaOH和Na2CO3處理后機械加速澄清池出水硬度由調(diào)整前23.6mmol/L降至12.0mmol/L，硬度去除效果明顯改善。

2.2 澄清池混凝劑選擇

機械加速澄清池加入的混凝劑為聚合氯化鋁，最佳的pH值適用范圍為6～8之間，而循環(huán)水排污水的pH值控制范圍是8.3～8.6之間，經(jīng)過石灰和純堿處理后的水pH值可達到9.0以上。采用石灰和純堿控制pH值在9.0以上，維持聚合氯化鋁的濃度分別為10ml、20ml、30ml和40ml進行混凝效果試驗，靜置20min時上清液依然渾濁，上清液濁度達到9.3NTU以上，所以聚合氯化鋁和水質(zhì)運行期間的pH值不匹配，采用聚合氯化鋁運行期間機械加速澄清池表現(xiàn)為出水區(qū)礬花較多不易沉降。在pH值9.0以上的原水條件下，混凝劑可選擇聚合氯化鐵。聚合氯化鐵在pH值為9.0～11.0之間混凝效果較好，對高濁度水質(zhì)混凝處理效果較好。聚合氯化鐵使用時應(yīng)控制加藥濃度，避免殘留的聚合氯化鐵小分子顆粒進入反滲透膜，造成反滲透污堵。

2.3 殺菌劑的影響

在夏季運行期間，循環(huán)水為了防止微生物滋生會定期加入一定量的殺菌滅藻劑。一般每個月需要投加一次氧化性殺菌劑，嚴重時每月需要投加兩次。目前常用的殺菌劑主要是氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑兩種。非氧化性殺菌劑在實際應(yīng)用中殺菌效果較差，長期使用水中的微生物易產(chǎn)生抗藥性，因此火力發(fā)電企業(yè)大多采用氧化性殺菌劑進行殺菌滅藻處理。通常情況下，氧化性殺菌劑的加藥濃度控制在20mg/L左右。按照反滲透膜技術(shù)協(xié)議的要求，膜進水余氯含量要求低于0.1mg/L。這顯然超出了反滲透膜進水使用條件。循環(huán)水排污水中殘留的氧化性殺菌劑可以對反滲透膜氧化，且這種氧化對反滲透膜不可逆，能降低反滲透膜透水性，嚴重時必須更換反滲透膜處理。當循環(huán)水中加入殺菌劑后，循環(huán)水排污水回收系統(tǒng)必須退出運行保護設(shè)備。氧化性殺菌劑在循環(huán)水中的作用時間一般可以達到4～5天，按照每月兩次加入殺菌劑計算，夏季會有1/3的時間不能使用循環(huán)水排污水回收系統(tǒng)，回收量總量受到嚴重的影響。去除水中殘留的余氯最好的方法就是增加活性炭過濾器。水處理活性炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，比表面積大，吸附能力強，庫層阻力小，化學性能穩(wěn)定，易再生，對水中的有機物和余氯均有較好的去除效果。為了保證系統(tǒng)在夏季可以連續(xù)運行，超濾進水前增加活性炭過濾器十分必要。

2.4 水溫的影響

水溫對機械加速澄清池混凝效果影響大。循環(huán)水排污水取水點設(shè)置在循環(huán)水水泵出口。循環(huán)水的溫度隨季節(jié)變化較大，當水溫降低時，混凝劑的水解速度緩慢，顆粒的“布朗運動”強度減弱，形成絮凝物所需要的時間加長。另外低溫下形成的絮凝物細而松散，澄清效果變差，絮凝時間加長，按照現(xiàn)有的機械加速澄清池設(shè)計的絮凝停留時間嚴重不足，造成機械加速澄清池經(jīng)常翻池無法控制，出力只有最大出力的1/4左右。通常情況，聚合氯化鐵混凝劑水溫條件宜在20～30℃之間。由于循環(huán)水排污水回用處理系統(tǒng)設(shè)計流量大，如果采用蒸汽加熱必然帶來不必要的能量消耗，且加熱后水溫不均極易造成水的擾動。當冬季水溫低時，在循環(huán)水回水設(shè)置一個取水點，利用循環(huán)水經(jīng)過凝汽器換熱后的回水取水進行處理是一個行之有效的方法，換熱后的回水進入壓力適宜、流量大，水溫適宜，這樣既不額外消耗熱量，又提高水溫的同時避免水的擾動。改造的過程中只需要鋪設(shè)少量供水管道，不增加新的動力設(shè)備，不產(chǎn)生能源消耗。按照季節(jié)水溫變化水源切換運行，當夏季水溫高時采用循環(huán)水泵出口取水運行；當冬季水溫低時采用循環(huán)水回水運行。

2.5 混凝效果的影響

采用循環(huán)水排污水，NaOH和Na2CO3按照1：1.5的比例調(diào)節(jié)水質(zhì)pH值至9.0以上，控制不同濃度下的聚合氯化鐵加入量進行混凝效果試驗。試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 混凝效果試驗

從表3的數(shù)據(jù)可以看出，循環(huán)水排污水加入混凝劑5.0～40.0ml/L之間，靜置時間為20min，水樣均有一定量的絮狀物，上清液濁度達到8.8NTU以上，無法滿足機械加速澄清池出水濁度小于5NTU的要求。

在火力發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)運行過程中，循環(huán)水加入少量的阻垢劑可以防止水中的Ca2+和Mg2+結(jié)垢。碳酸鈣垢是結(jié)晶體，由Ca2+和CO32-相互碰撞才能結(jié)合成CaCO3沉淀，通過機械加速澄清池定期排泥排出。在水中加入阻垢劑時，藥劑會吸附到CaCO3晶體的活性增長點，抑制晶格生長。阻垢劑能與Ca2+、Mg2+等形成穩(wěn)定絡(luò)合物，提高了CaCO3析出的過飽和度，降低凝汽器管結(jié)垢。循環(huán)水系統(tǒng)阻垢是期望減少鈣鎂水垢的形成達到阻垢效果，而循環(huán)水排污水處理是期望加入藥劑降低水中的鈣鎂離子使其沉降。通過小型試驗可以驗證加入阻垢劑對混凝效果的影響。

通過循環(huán)水動態(tài)模擬裝置將地表水在不加阻垢劑的前提下進行4倍濃縮獲取試驗用循環(huán)水水樣。用此水樣進行混凝效果試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 不加阻垢劑混凝效果試驗

從表4的數(shù)據(jù)可以看出，循環(huán)水中加入混凝劑20.0ml/L以上，靜置時間為15min，水樣澄清無絮狀物，上清液濁度達到0.9NTU以下，混凝效果可以滿足要求。這也充分驗證了阻垢劑對混凝效果的影響較大。

在不改變循環(huán)水處理方式的情況下，水中加入助凝劑可以提高混凝效果。但是當助凝劑加入過量時，少量的助凝劑會沉積到超濾和反滲透膜表面，造成膜污堵現(xiàn)象，對膜進行化學清洗無法將其去除，直接影響膜處理設(shè)備的使用壽命。通過混凝試驗準確控制助凝劑的加藥量，減少膜元件污堵的可能性，助凝劑混凝試驗結(jié)果見表5。

表5 加助凝劑劑混凝效果試驗

從表5的數(shù)據(jù)可以看出，NaOH和Na2CO3按照1：1.5的比例調(diào)節(jié)水質(zhì)pH值至9.0以上，循環(huán)水排污水中加入混凝劑20.0ml/L，靜置時間為15min。維持助凝劑濃度在0.5mg/L時，靜置后的水樣依然有少量絮狀物，混凝效果不好；維持助凝劑濃度在1.0mg/L以上，水樣澄清無絮狀物，上清液濁度可達到0.9NTU以下，混凝效果可以滿足要求。

通過混凝試驗可以得到循環(huán)水排污水處理加藥方案：聚合氯化鐵加藥量以25 ml/L為宜，輔助加入1.0～1.5ml/L的助凝劑，NaOH和Na2CO3按照1：1.5的比例調(diào)節(jié)pH值在9.0～9.7之間，可以得到較好的澄清效果。按照此加藥方案處理，機械加速澄清池運行狀況良好，超濾和反滲透膜連續(xù)運行未出現(xiàn)污堵現(xiàn)象。

循環(huán)水排污水處理后回收至循環(huán)水系統(tǒng)，水質(zhì)運行方式發(fā)生了改變。地表水補入循環(huán)水系統(tǒng)，經(jīng)過蒸發(fā)損失、風吹損失等濃縮；高濁度、高硬度、高鹽分的排污水進入循環(huán)水排污水回收處理系統(tǒng)進行混凝、澄清、過濾、脫鹽等處理后產(chǎn)生的淡水重新補入循環(huán)水系統(tǒng)中。排污水中的懸浮物、膠體和溶解鹽類大部分被去除。按照此系統(tǒng)長期運行，循環(huán)水中的雜質(zhì)含量達到了一個相對的平衡。通過動態(tài)模擬試驗確定循環(huán)水控制指標，水質(zhì)控制指標見表6。

表6 循環(huán)水水質(zhì)控制指標

因循環(huán)水系統(tǒng)補水采用兩種水源作為補水，水質(zhì)存在差異，補水比例變化較大，故不再采用濃縮倍率作為循環(huán)水處理控制指標。

3 結(jié)語

對循環(huán)水排污水的調(diào)整主要有以下幾個方面：①用NaoH更換石灰處理，配合Na2CO3可以有效去除循環(huán)水中的硬度，也解決了原有的石灰和Na2CO3加藥點重疊的矛盾。②將混凝劑由聚合氯化鋁更換為聚合氯化鐵解決了混凝劑與水質(zhì)pH值不匹配的問題。③在超濾前增加活性炭過濾器可以降低夏季加氧化性殺菌劑對反滲透膜氧化的風險。④在循環(huán)水凝汽器回水處設(shè)置取水點提高冬季排污水的水溫，夏季和冬季取水點切換運行，保證機械加速澄清池混凝效果。⑤通過混凝試驗確定最佳加藥量。⑥循環(huán)水通過動態(tài)模擬試驗確定控制指標，防止凝汽器腐蝕結(jié)垢。經(jīng)過上述調(diào)整，循環(huán)水排污水回用系統(tǒng)能夠連續(xù)穩(wěn)定運行。