電廠化學水處理系統現狀及技術創新應用研究

中圖分類號：TM62 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)14-0048-0

，（1.國能寧東第一發電有限公司，銀川750000；2.西安熱工研究院有限公司，西安710054）

Abstract:Toanalyzethestatusquoofchemical watertreatmentsysteminpower plantandexplorethepath toimprove the operationqualityofchemicalwatertreatmentsysteminpowerplant.Takingthechemical watertreatmentsystemofa2x530MW supercriticalcoal-firedpowerplantinNorthChinaastheresearchobject，basedontheanalysisofthelowoperatingqualityof thecirculating waterreplenishmentsystemanddesulfurizationsystemintheoperationprocessofthechemicalwatertreatment systeminthepower plant，AHPwasappliedtoselectthesystemoptimizationscheme.\"Highconcentrationrate，zerodischarge\" asthecoreof the powerplantchemical watertreatmentsystem technicalmodel innovationand transformation.Andonthebasis ofdeterminingthescheme，furtherexploretheselectionanddesignofvarioustypesofequipment，aswellasthespecificprocess flow.Aftrclarifyingthetechnologyimprovementstrategyofchemicalwatertreatmentsystem，itisappiedinpracticeandthe applicationefectoftechnologicalinnovationisanalyzed.Inthistransformation，theexistingproblemsofthechemicalwater treatmentsystemofthepowerplantincludethedeteriorationoftheoperatingqualityofthecirculatingwaterreplenishment system，thelargeamountofdesulfurizationwastewater，andtheinsufcientcompatibilitywiththecurrentconceptof\"zero discharge\".Thetechnicaloptimizationplanisdeterminedtoaddalimesofteningfiltrationsystemtotheoriginalwatertreatment system，andoptimizethetechnicalparametersofdesulfurizationwastewater，sothatthewastewatercanachievethepurposeof \"zero discharge\".After the transformation，the fresh water consumption of the power plant was reduced by 509m³/h ，the external displacementwasreducedby2.458millinm，andthewatercollctioncostwassavedby6.902millionyuan.Teconcentration ratioindexofcirculatingwateris7.1，whichissignificantlyhigherthanbeforethetransformation.Thetargetofwastewater discharge has been reduced by 394.2m³/h ，areduction of more than 95% .This optimization has achieved the dual goalsof reducingwaterintakecostandreducing wastewaterdischargeatthesametime，andhashigheconomicandenvironmental benefits，which is expected to be further popularized and applied in the future water treatment work.

Keywords:powerplant;chemicalwatertreatmentsystem；technological innovation;optimizationdesign；aplicationeffect

當前，火力發電仍然是我國電力行業的主要發電性也更為突出，與此同時，火電廠用水量大和排水量類型。隨著科學技術的不斷發展，火電廠系統的復雜大的問題仍然存在，并且排放污水的規模仍然較為可

觀，這就對電廠化學水處理系統提出了更高的要求。為提高電廠化學水處理系統運行質量，目前研究人員已經進行了多角度的研究。具體來看，李茂清探究了全膜分離技術在電廠化學水處理系統中的應用要點和注意事項。方穎斐重點分析電廠化學水處理設備的腐蝕問題，并從酸堿中和池建設、循環水系統加酸選擇、高位酸槽襯膠層選擇等方面提出對策。程會芹等分析電廠化學水處理系統中存在的結垢問題，并應用支持向量機算法對結垢問題進行預測，以提高系統運行質量。張龍娜4針對電廠化學水處理系統中的制水設備進行研究，認為使用超濾裝置有助于提高制水設備運行穩定性。王燕等則對電廠化學水處理系統運行中的常見問題，諸如輔助系統水處理、排污超標等問題進行綜合分析，并從多個角度提出上述問題的對策。黃清等針對電廠水處理系統運行效率不足的問題，提出施加壓力使水分子通過反滲透膜，截留各種雜質和鹽分，并添加水處理藥劑改善水質的措施。從以上研究中不難看出，當前研究人員對此方面的研究呈現出多元化的特點，但既有研究通常局限于單一技術類型，缺乏從整體角度的詳細探究。因此仍有必要對電廠化學水處理系統的現存問題及技術創新工作做進一步深人探討。

1電廠化學水處理系統現存問題分析

為探究電廠化學水處理系統的現存問題，本次研究主要針對華北地區某大型火力發電廠進行分析。該火電廠于1995年投入運行，目前擁有2臺 530MW 超臨界燃煤發電機組。在運行過程中，該電廠生產設備主要以循環水冷卻法進行冷卻，同時使用電除塵和水利循環方法清理灰渣，以石灰石-濕法脫硫對污染物進行處理。

目前，在該電廠的化學水處理系統運行過程中，已經出現了較為突出的問題，具體則表現在以下幾個方面。

一是循環水補水系統運行質量下降，具體見表1。

根據表1中的數據，近年來該系統中，高效過濾器的運行性能顯著降低，旁流直補生水率隨之提高，造成循環水質嚴重下降，原有過濾模塊難以滿足需要，進而引發循環水水質不能滿足外排水水質要求、循環水排污水量進一步增大等問題。

二是脫硫系統運行問題。根據脫硫系統運行數據，確定其水量分布情況如圖1所示。

根據圖1可知，當前脫硫系統對新鮮水的消耗量仍然較高，且脫硫廢水量較大，與當前的“零排放\"理念的契合度不足。同時進一步查閱運行資料后獲知，當前該系統的脫硫廢水車間排水水質較差，不符合DL/T997—2020《燃煤電廠石灰石—石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》的相關要求，因此脫硫系統同樣需要進行優化改進。

2電廠化學水處理系統優化方案選取

根據上文所述的問題，確定本次電廠化學水處理系統優化創新改造的主要目標如下： ① 應當對循環水補充水系統進行改造，改善循環水補充水水質，確保循環水補充水水質能夠始終滿足實際運行需要； ② 應當對脫硫系統技術參數進行優化改進，提高脫硫系統處理能力； ③ 應當對末端廢水進行有效利用，以充分契合“零排放\"的理念與要求[7-8]。

基于上述目標，參考同行業相關經驗和文獻資料后，初步提出以下3個技術創新改造方案： ① 循環水高濃縮倍率運行； ② 循環水排污水脫鹽； ③ 循環水排污水達標排放[9-10]。通過初步分析，確定上述3個方案均存在不同的優缺點，對此，為實現對具體技術方案的優選，研究人員決定采用AHP層次分析法進行，具體按照如下步驟展開。

一是對評估體系進行建立。在該步驟中，通過專家訪談法確定評估體系的相關要素，再根據各個要素之間的邏輯架構，對評估體系進行設計，具體見表2。

同時，考慮到該評估體系中，各個指標的量級存在差異，難以直接進行計算，因此對所有數據均進行歸一化處理，使之統一為區間(0，1內的數值，計算公式如下

式中： X^′ 為歸一化處理后的數值； X 為歸一化處理前的數值； X_max 和 X_min 分別表示該組數據的最大值與最小值。

二是基于已建立的優選體系層次結構模型，進行判斷矩陣的構造與權重的計算。在本次研究中，由于各個指標所占比重之間必然存在差異，因此應用A.L.Saaty的1—9標度法，確定判斷矩陣標度及其含義，具體見表3。

三是基于指標的判斷矩陣，對判斷矩陣中的每一列向量均進行歸一化處理，得到歸一化處理后的矩陣表達式如下

式中： a_ij 為判斷矩陣中第 i 行第 j 列的元素； w_ij 為向量歸一化處理后的值； i，j 為判斷矩陣的行數和列數。

四是對歸一化后的各行做累計相加處理，以得到

一個新的向量 Aw_ij ，其計算公式如下

五是對新的向量做歸一化處理，由此即可得到權重值，其主要通過對向量中的元素進行轉置計算獲得，計算公式如下

w=(w₁，w₂，?，w_n)^T，

式中：上角標“T\"代表轉置運算。具體的權重值見表4。

六是基于得到的權重值，對各個方案進行綜合評分，評分計算公式如下

Z=BV

式中： V^r 表示打分標準 V=[5，4，3，2，1] 的轉置矩陣，由此代入已知數據即可求得最終評分 Z， 具體見表5。

根據表4中的數據，確定方案一為最合理方案，其主要是在原有的水處理系統上，新增石灰軟化過濾系統，并對脫硫廢水技術參數進行優化，使廢水達到“零排放”的目的。其具體技術路線如圖2所示。

根據圖2中的數據可知，如應用該方案，則循環水系統基本可實現閉環運行而基本不產生外排廢水，同時對新鮮水的消耗量也有所降低，有助于提高環保效益和降低成本。

3電廠化學水處理系統技術創新策略

3.1 循環水補充水系統優化設計

針對以往循環水補充水系統中，高效過濾器運行性能不足的問題，結合實際情況，在原有循環水補充水系統的基礎上，新建石灰軟化-過濾處理系統，取代既有的弱酸系統。基于此方式進行優化后，循環水補水在進入冷卻塔前，將全部經過“石灰軟化一過濾\"的處理過程。由于在該補充水系統中，冷卻塔的需水流量為 1810m³/h ，因此參考冗余設計的理念，在此數據上擴大 20% ，設按照 2200m³/h 作為石灰軟化-過濾系統的設備參數條件]。具體的水平衡圖仍可參考圖2。

在此基礎上，進一步對石灰軟化一過濾處理系統進行優化，新增石灰高效澄清池處理模塊，具體如圖3所示。

如圖4所示，基于該處理模塊，循環系統中的回流污泥濃度將進一步提升，受此影響，該處理模塊內部將形成一個具有較高絮凝程度、較高密度和分離性能的固液兩相體系，對于澄清處理更為有利。

3.2脫硫系統優化設計

針對該電廠化學水處理系統在既有運行過程中仍存在的污染物含量偏高、脫硫廢水水量增大等問題，研究人員從以下幾個方面著手，對脫硫系統進行優化設計。

一是對既有脫硫系統整體運行流程進行優化調整。在該環節中，針對原方案中濾布沖洗水、潤滑水、機封水等好水回至濾液水箱，脫硫廢水被稀釋，脫硫廢水量增大的現狀，進行如下優化：將地坑收集的濾布沖洗水、潤滑水、機封水3類廢水均直接輸送到脫硫吸收塔中[1]，由此得到改造后的方案如圖4所示。

二是對脫硫廢水系統進行優化改造。新建一套基于中和/沉淀/絮凝工藝運行的廢水處理系統，同時，根據該電廠脫硫廢水水量約 10.2m³/h 的現狀，仍基于冗余理念進行優化設計，按照 25% 的冗余度，確定該電廠脫硫廢水系統處理能力約為 14.3m³/h ，設備選型則按照 15m³/h 考慮。在此基礎上，進一步對脫硫廢水系統的運行參數進行優化調整。查閱相關資料可知，在該工藝模式下，主要使用石灰乳、碳酸鈉和PAM絮凝劑3類化學物質進行脫硫，并且上述3類化學物質均對脫硫效果存在一定影響，影響機理較為復雜[13-14]。就此，以脫硫效率為核心優化目標，采用正交實驗分析方法進行技術參數組合優化調整。具體進行如下設置：石灰乳、碳酸鈉和PAM絮凝劑投加量均各自設計3個水平，其中石灰乳投加量分別設置為 6、7、8g/L （下簡稱因素A1\\~A3);碳酸鈉投加量分別設置為5、6、7g/L （下簡稱因素B1\\~B3）;PAM絮凝劑投加量分別設置為 0.1，0.2，0.3g/L （下簡稱因素C1\\~C3）。由此設定三因素三水平正交實驗，得到實驗結果見表5。

根據表5中數據可知，以脫硫效率為核心指標，實驗組5—9的脫硫效率均超過 99% 而符合要求，但上述5組實驗仍然存在一定差異，因此針對上述5組實驗進一步優選。具體則使用SPSS進行統計分析，按照單指標正交實驗條件，分別對各水平的實驗結果之和 K_i 平均效果 k_i 和極差值 R 進行計算，得到計算結果見表6。

根據表6中的統計分析結果不難看出，在實驗過程中，因素A的顯著性最為突出，B次之，C最低，且以脫硫效率為限定條件下，實驗組合A3B3C2為相對最優，這與表5中的脫硫效率數據的最高值也對應。因此該實驗組合即作為優化后的參數組合，即在脫硫系統運行過程中，石灰乳投加量為 8.0g/L. 碳酸鈉投加量為 7.0g/L，PAM 絮凝劑投加量為 0.2g/L

注：表中， K_i 表示任一列上第 i 個水平對應的各個結果的總和； k_i 表示任一列上第 i 個水平對應的各個結果的總和與出現次數之比。

三是對脫硫廢水排水模塊進行優化設計。在使用上述脫硫藥劑進行脫硫處理后，脫硫工藝水中仍然含有一定量的氯離子，如不進行有效控制則容易造成水處理系統管線出現腐蝕現象。對此，參考《火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊》做進一步分析，結果顯示，氯離子在脫硫吸收塔中的質量濃度約為 10000mg/L ，實際需控制在 7000mg/L 左右。對此，需調整脫硫漿液排放量來合理控制氯離子濃度，根據物質量守恒的要求，改造后脫硫漿液排放量調整為 5.8m³/h O

3.3 末端廢水處理系統優化設計

在脫硫系統運行完成后，由于脫硫環節理化反應等客觀因素的限制，脫硫后的廢水中仍然具有較高的含鹽量和其他雜質，如不及時處理則仍可能造成管路結垢堵塞或其他的環境污染問題。針對上述問題，結合末端廢水處理系統運行現狀，從以下幾個角度著手，對末端廢水處理系統進行優化設計。

一是對末端廢水處理系統的整體方案進行設計。從實際情況來看，由于電廠運行過程復雜，每個運行步驟所使用的物料和技術參數等都存在差異，其中部分步驟中的廢水的 pH 接近7.0，且含鹽量較低，易于回用，因此對不同特征的廢水采用分別收集的方法進行，不同類型廢水則通過電導率指標的差異進行區分，由此，廢水將通過2路排水母管分別進行疏導，高鹽廢水(電導率也較高)將進入到末端高鹽廢水處理系統模塊當中；反之，低鹽廢水將進入再生過程做進一步處理[5]，具體如圖5所示。

在該處理流程中，低鹽廢水將通過再生處理方式轉換為可回用的水源。此過程主要應用離子樹脂交換的方法，對低鹽廢水中仍然殘留的少量鹽分進行深度脫除，經過此步驟后，低鹽廢水中可能造成結垢的鈣、鎂離子等組分將被離子樹脂所吸附，剩余的廢水組分可直接為冷卻塔等模塊所利用，由此即可有效降低電廠運行對新鮮水的需求量。

二是對末端高鹽廢水處理系統方案進行改造設計。結合實際情況，確定整體思路如下：末端高鹽廢水優先補至渣系統，根據渣系統腐蝕情況，確定渣系統可消耗的脫硫廢水水量，剩余的脫硫廢水經煙氣蒸發結晶技術實現固化。由此，按照夏季滿負荷運行工況進行高鹽廢水處理系統模塊進行改造設計，主要是在回用水泵終端位置增設管線，將多余廢水引入中和池中。由此得到優化后的渣系統水量平衡情況，如圖6所示。

基于上述優化方案，渣系統中的水量循環過程將更為合理，主要是各個環節的氯離子含量將不再出現沿濃度梯度擴散的情況。在此條件下，高鹽廢水進入水力沖渣系統后蒸汽攜帶進入爐膛，蒸汽的攜帶含鹽對爐膛的影響可以接受，且對渣外售品質無影響。

三是對末端廢水系統模塊進行優化改造設計。為實現“零排放\"的目標，脫硫廢水中的鹽分需要通過煙道結構進行處理和回收，以達成預期目標，但在這一過程中，容易引起煙道管材的腐蝕現象。對此，在本次優化改造設計中，采用旁路煙氣蒸發工藝進行優化設計。具體來看，在此工藝模式下，電廠鍋爐尾氣中的余熱將得到充分回收利用，當廢水和煙氣的混合物同時噴入蒸發器后，廢水溫度將隨之升高并汽化，而煙氣溫度則相應降低，使得更多顆粒物重新進入煙道而沉積，以便于后續的灰渣處理環節。此模式下的具體工藝流程則如圖7所示。

5結束語

整體來看，在本次研究中，結合某電廠化學水處理系統中存在的問題，通過方案對比等多種方法，最終確定以“高濃縮倍率，零排放”作為電廠化學水處理系統技術模式創新改造的核心，并以此進行相應的優化改造工作，以實現預期目標。當然，受到各種客觀因素限制，本次研究也難免存在一定不足之處，仍然有著一定的提升空間。因此在今后的研究工作中，將進一步考慮大數據和人工智能等技術的應用，如應用人工神經網絡建立智能控制系統對電廠的水流量進行智能化調節等，以進一步提升電廠水化學處理系統的運行質量。

4應用效果分析

在以上電廠化學水處理系統技術創新改造工作全部完成后，進行了華北地區某大型火力發電廠的實際應用。在實際應用中可以看到，在循環水補充系統優化設計后，新石灰軟化一過濾處理系統、石灰高效澄清池處理模塊有效提升了過濾器的運行性能，改善了循環的水質，減少了循環水排放的污水量。改造后電廠的新鮮水使用量減少了 509m³/h ，這不僅節約了當地的水資源，還降低了取水成本（減少外排水量245.8×10⁴m³ ，節省取水費690.2萬元）。從循環水濃縮倍率指標來看，該值在改造后已經達到了7.1，顯著高于改造前的5.6。其次，脫硫系統的優化設計成果較好，有效調整了整體運行流程，避免了廢水稀釋。從廢水排放量指標來看，相較于初始條件而言，該值降低了 394.2m³/h ，降幅超過 95% ，基本可以認為該電廠廢水實現了“零排放”的目標。另外，新建的廢水處理系統在優化運行參數后，其脫硫效率得到了有效提高，同時調整了脫硫漿液排放量。由此可知，本次優化改造同時實現了降低取水成本和降低廢水排放的雙重目標，具有較高的經濟效益與環保效益，進而能夠為火力發電廠可持續發展提供有力技術支持，也可以為其他火力發電廠化學水處理系統優化提供相應的借鑒。

參考文獻：

[1]李茂清.全膜分離技術在電廠化學水處理中的運用探討[J].電氣技術與經濟，2024(3)：103-104.

[2]方穎斐.電廠化學水處理設備腐蝕問題處理措施探討[J].山西化工，2023，43(7):69-71.

[3]程會芹，田國良.基于SVM算法的熱電廠化學水處理結垢量預測方法[J].安徽化工，2023，49(2)：98-100，104.

[4]張龍娜.電廠化學水處理制水設備問題的分析與處置[J].化工管理，2023(5):41-43，47.

[5]王燕，徐文成.化學水處理工藝中存在的問題及改進對策[J]化工設計通訊，2022，48(3):4-6.

[6]黃清，欒九峰.超超臨界火力發電廠鍋爐補給水處理系統反滲透技術研究[J].現代制造技術與裝備，2023，59(11)：87-89.

[7]韓琳，程勇明，王冬梅，等.某電廠再生水深度處理系統問題診斷分析[J].工業水處理，2024，44（3)：206-210.

[8]蘇宇虹.洗煤廠水處理系統電氣控制策略優化研究[J].礦業裝備，2024(2):23-25.

[9]白雙源.智慧型燃煤電廠廢水處理系統研究[J].設備管理與維修，2023(17):18-19.

[10]梁陽升.基于PLC的電氣自動化控制水處理系統研究[J].城市建設理論研究（電子版），2023(24)：1-3.

[11]王小倩，吳光華.污泥焚燒電廠脫硫廢水處理系統優化實踐[J].能源工程，2023，43(3):62-65.

[12]張平.發電廠化學水處理系統中的控制技術應用[J].集成電路應用，2023，40(6)：204-205.

[13]邸剛．電廠化學水處理系統現存問題及技術創新應用研究[J].造紙裝備及材料，2023，52(5)：194-196.

[14]鄧強，趙跟云.電廠化學水處理系統的特點與發展趨勢研究[J].造紙裝備及材料，2022，51(6)：136-138.

[15]駱奇君.基于電廠化學水處理中全膜分離技術的應用研究[J].中國設備工程，2021(6):213-214.