再生水回用于火電廠循環水系統工程改造技術的研究與應用

邱敏 魏豪 蘭永龍

1 華電電力科學研究院有限公司 2 福建華電邵武能源有限公司

隨著水資源的日益緊張，再生水回用技術的研究和應用越來越廣泛，加之“十四五”規劃等政策要求進一步鼓勵提高再生水的利用率，因此再生水將成為我國工業用水的重要水源之一。

火力發電廠是我國工業用水大戶，占我國工業用水量的8%。對于2×660MW 循環冷卻濕冷機組耗水量大的系統主要是循環水系統、脫硫系統、除灰渣系統，分別占到總耗水量的84%、6%和3%。因此開發利用再生水回用于火電廠循環水系統技術的研究與應用成為電力行業緩解水資源短缺的有效舉措，將會給電力企業帶來較好的社會、經濟、環境效益。

我國電力行業最早利用再生水回用于火電廠循環水系統的項目于1999 年建成投運，隨后有越來越多的電廠應用再生水回用技術，以節約用水，提高水資源的利用率。但經過多年來運行投產的經驗來看，再生水回用于循環水系統仍存在再生水中的懸浮物、陰陽離子、有機物及微生物等污染物對循環水系統造成加劇腐蝕、結垢和微生物滋生等問題。

為保障電廠設施的穩定運行，我國規定電廠循環冷卻水和鍋爐補給水的進水水質需滿足GB/T 19923-2005《城市污水再生利用 工業用水水質》標準的要求。因此，再生水回用必須進行深度處理以去除再生水中的污染物，減輕腐蝕、結垢和微生物滋生等現象，再生水深度處理核心工藝包括防腐、阻垢、有機物去除、脫鹽和殺菌等。本文分析了某火力發電廠再生水回用于火電廠循環水系統工程改造的方案，以期為類似電廠改造提供參考。

1 項目概況

1.1 工藝流程

某火力發電廠原有再生水回用循環水系統的工藝路線，再生水深度處理工藝采用石灰混凝工藝，具體工藝流程見圖1。

圖1 再生水回用循環水系統的工藝流程圖

再生水通過調節水池經提升水泵送至澄清池，在澄清池內利用石灰混凝澄清處理，除去水中懸浮物、膠體、硬度等雜質。考慮到再生水中微生物含量較多，在澄清池出水處設有ClO2殺菌處理裝置，以減小再生水中微生物對循環水系統的影響。殺菌處理后出水進入變孔隙濾池進行過濾，產水進入清水池，供循環冷卻水系統使用。澄清池排泥水和濾池反洗水進入污泥脫水系統進行處理，脫泥水回用至調節水池，污泥進行相應的污泥處理。

1.2 實際運行情況

1.2.1 水質情況

再生水的水質指標如表1 所示。

表1 再生水的水質指標

通過再生水回用循環水系統工藝各階段水質數據與GB/T 50050-2017 《工業循環冷卻水處理設計規范》的要求相比，再生水中部分水質指標超標，結合實際 情況，城市污水處理廠提供的再生水水質受當地雨水、生活污水等多種進水合流的影響，導致再生水水質不穩定。

1.2.2 水量情況

通過水平衡測試得出電廠循環水系統再生水的補水量為877.7 m3/h，污泥脫水系統脫泥回用水56.8 m3/h，清水池進水875.4 m3/h，循環水排污水量為357.8 m3/h，循環水濃縮倍率為2.20。詳見圖2。

圖2 再生水回用循環水系統水平衡測試圖

1.3 存在的問題

1.3.1 濃縮倍率較低

由于再生水的水質較地表水或地下水的水質更差，加之其水質不穩定的因素，導致再生水作為循環水系統的補充水時，循環冷卻水中的CaCO3、CaSO4、BaSO4、Ca3(PO4)2等物質易超過其限定值，造成結垢。因此在循環水系統運行時濃縮倍率較低，經長期的投產運行數據顯示，控制ΔA<0.2 情況下，即水中CaCO3處于未飽和狀態，無碳酸鈣沉淀傾向，循環水系統的濃縮倍率在1.8～2.4 之間，濃縮倍率超過3.0 以后均存在不同程度的結垢傾向。

1.3.2 水中有機物氨氮含量高

再生水中含有的有機物、氨氮等物質含量較高，傳統的石灰混凝工藝主要是對水中硬度、懸浮物有較好的處理效果，但對有機物氨氮含量的去除效率十分有限，尤其是小分子物質。而水中的有機物氨氮含量可以作為循環水系統的微生物營養物質，加速微生物的生長繁殖，從而在循環水系統的管道、設備等位置形成生物黏泥，導致管道、設備的堵塞甚至腐蝕。另外氨氮含量高還容易與氯系的氧化性殺菌劑發生反應，影響其殺菌處理效果，間接增加了循環水系統中殺菌劑的用量同時提高了水中氯離子的含量。

2 改造后的工藝流程

2.1 工藝流程

根據 DL/T 783-2018 《火力發電節水導則》要求采用再生水作為補充水時，濃縮倍率不宜低于3 倍，同時考慮再生水回用循環水系統中存在的各種問題，對再生水回用于火電廠循環水系統工程進行改造升級，具體的工藝路線如圖3所示。

圖3 再生水回用循環水系統工程改造后的工藝流程圖

在變孔隙濾池后增加納濾裝置，通過納濾裝置對水中的濁度、化學耗氧量（COD）、二價和高價離子進行進一步去除，提升再生水的水質，納濾產水進入清水箱作為循環冷卻水系統補水，納濾濃水進入濃水箱，回用至除灰、渣系統和脫硫系統等，實現水的梯級利用。

2.2 實際運行情況

2.2.1 改造后的水質情況

通過水質分析，清水池中各項水質指標在改造前后的情況如表2。

表2 改造前后清水池水質指標

由表中水質數據對比可知，經過工程改造后，清水池中各項水質指標得到明顯改善，水中有機物氨氮含量、硬度、濁度等雜質離子濃度大大降低，可有效提高循環水系統的濃縮倍率。

2.2.2 改造后的水量情況

對改造后的循環水系統進行水平衡測試得出，再生水的補水量為636.4 m3/h，污泥脫水系統脫泥回用水39.7 m3/h，清水池進水552.0 m3/h，循環水排污水量為34.4 m3/h，濃縮倍率為7.41，詳見圖4。

2.2.3 改造后的運行情況

經改造升級后，循環水系統的濃縮倍率顯著提高，用水量明顯降低，節水效果明顯，用水成本大大減少，同時循環水排污水的量減少，有利于后續循環水排污水的綜合利用。

3 效益分析

經過改造后，循環水系統濃縮倍率由2.2 提升至7.4，每年可節約再生水取水約1.21×106m3，再生水取水成本1.35 元/t，預計每年可節約取水成本約162.9萬元。另外循環水系統濃縮倍率提高，排污水量減少，可降低排污水處理成本，再結合循環水系統的藥劑消耗成本等，預計每年可節約120 萬元。綜合分析，通過再生水回用于火電廠循環水系統的工程改造后，預計年可節約成本282.9萬元。

4 結語

再生水作為電廠回用水用于火力發電廠循環水系統，具有重要現實意義，但也存在濃縮倍率不高、水中有機物氨氮含量高、系統易出現結垢腐蝕等問題。通過再生水回用于火電廠循環水系統工程改造后，可明顯降低再生水中有機物、氨氮、硬度以及二價離子等物質對循環水系統的影響，循環水系統的濃縮倍率提高了2.36 倍，循環水排污水水量降低了90.4%，每年可節約再生水取水約1.21×106m3，預計年可節約成本282.9萬元。既給電廠節約了運行成本，帶來一定的經濟效益，又達到節水減排的環保目的，對電廠的可持續環保發展具有重要意義。