热电厂水资源综合利用

曹伟娜,张兴文,王 栋,李文霞

(1.大连理工大学环境与生命学院,辽宁大连 116024;2.大连春兴水处理科技发展有限公司,辽宁大连 116021)

热电厂水资源综合利用

曹伟娜1,张兴文1,王 栋1,李文霞2

(1.大连理工大学环境与生命学院,辽宁大连 116024;2.大连春兴水处理科技发展有限公司,辽宁大连 116021)

依据水循环经济的3R原则,对某热电厂水资源综合利用进行研究。通过对全厂用水、排水的分析与规划,得出水平衡图。结果表明,此项技术改造工程将提高热电厂的水循环利用率和用水效率,减少自来水的用量以及污水的排放量,可实现水、热、电联产,环境效益和社会效益得到明显提高。

水资源化;再生水回用;水平衡;热电厂

电力工业是国民经济的基础产业和重要能源行业,同时也是工业用水大户。一座1000MW的大型火电厂耗水量相当于一个中等城市的用水量,火电节水在我国水资源节约工作中具有特别重要的地位。因此,如何减少火电厂的新鲜用水量,提高水的重复利用率,实现节约用水、重复利用,对于我国电力工业的可持续发展具有十分重要的意义。大连是一个资源型缺水的海滨城市,淡水资源非常有限,自来水价格不断上涨,而热电厂耗水量大,所以对某热电厂用水、排水系统进行合理规划,实现污水资源化和综合利用是其解决水资源问题的首选方法。

1 用水、排水系统分析

为了提高水资源利用率,减少污水排放量及新鲜水使用量,该研究在用水环节始终贯穿3R原则,采用新技术、新工艺,对跑、冒、滴、漏、污实现最小量化,最大限度地实现水的净化、回收、循环利用,达到或接近零排放[1]。

1.1 补给水水源

目前该热电厂采用大连市某污水处理厂二级标准出水作为补给水水源,经深度处理后用作全厂生产用水。再生水回用工艺流程如图1。

该工艺产水COD质量浓度小于1mg/L,氨氮质量浓度小于0.5mg/L,去除率达到95%以上。由于反渗透系统的应用,使得整套工艺的除盐效果很好,满足工业用水要求,同时节约了大量的自来水。

此次技术改造项目仍以污水处理厂二级出水为水源,扩大使用该深度处理技术,处理出水用作热电厂工业生产用水。

图1 再生水回用工艺流程图

1.2 锅炉补给水系统改造

为保证热电厂设备(锅炉、汽机、热交换器等)的安全经济运行,通常在反渗透(RO)工艺后再增加去除水中残余离子的装置。目前该热电厂锅炉补给水采用离子交换树脂的方法降低含盐量。但此工艺存在着酸碱再生过程,会产生大量的酸碱废液,严重污染环境,同时日常维修保养也比较复杂[2]。所以此次重点改造锅炉补给水这一部分,应用比较成熟的电去离子技术(EDI)进一步降低反渗透产水中的含盐量,出水用作锅炉用水。

1.3 各种排水的复用和再生回用

热电厂废水主要有生产废水及生活污水,其中生产废水包括:循环水排污水、锅炉清洗废水等。根据各用水点对水质的要求,将用水水质较高的系统排水作为对水质要求较低的系统给水,做到一水多用和重复使用。

本工程拟将循环水的排污水排入循环水预处理系统进行处理。处理后的清水经反渗透和电去离子技术处理后用作锅炉补水。因灰渣加湿、喷水除尘、输煤冲洗用水对水质要求不高,所以可回用RO和EDI废水。而多余的RO废水可以排海,主要是考虑到:①如果采用先进技术对这部分废水进行处理,投入较高,经济收益也不太理想;②电厂离海边近,废水除含盐量高外,其他项均达排放标准,虽然没有达到零排放,但基本不会对环境造成污染。

2 水平衡的建立

2.1 热电厂水平衡图

通过认真、细致地对电厂用水和排水进行情况调查、水质检测、水量平衡计算[3],并参考有关设备的说明,得出了热电厂两台300MW机组的用水、排水的水量平衡图。详见图2。

2.2 水量平衡

电厂的水量平衡包括电厂用水总量的平衡和各个子系统用水量的平衡,它们之间是相互联系的,只有在子系统水量平衡的基础上才可保证用水总量的平衡,关键是要保证各个子系统的水量平衡。

预计本期循环水量情况和补给水量如表1及表2。

图2 水系统平衡图

表1 循环水量

从表1,2可算出,循环冷却水浓缩倍数夏季为3.1,冬季为2.6。一般来说浓缩倍数低,耗水量就大,浓缩倍数提高则耗水量减少,节约水处理费用。但浓缩倍数过高会使循环冷却水中的硬度、碱度和浊度升得太高,水的结垢倾向增大,从而使结垢、腐蚀控制的难度变大[4]。因此,循环冷却水的浓缩倍数也不是愈高愈好。本项目冬季的浓缩倍数2.6,不符合规范规定的浓缩倍数不宜小于3.0的要求。分析其原因主要是为了满足化学用水量的要求。冬季对外供气量和供热量都比较大,需要补充的热网损失也比较大,因此,循环水排污量定位490m3/h,全部回收处理满足锅炉补水、热网补水等水量的需要。循环冷却水排污水回收以后完全重复利用,并没有浪费水量,所以冬季浓缩倍数小于3也是合理的。

表2 全厂补给水量情况

3 效益分析

该技术改造项目因采用循环流化床锅炉,炉内脱硫,节省了脱硫系统用水。对本项目采用水循环综合利用研究,可大大减少单位发电耗水量。现对节水作以下效益分析。

3.1 经济效益分析

a.用水量及节约自来水量。项目设计日处理水量为4.5万t,日产再生水3.2万t。计算可知全年用水量为914.61万t(工业用水和生活用水),再生水用量,即节约自来水量912.51万t/a(未考虑雨季城市污水处理厂海水倒灌问题)。

b.实现水、热、电联产。项目投产后产水全部回用,相当于新建一座日产淡水3.2万m3的稳定水源厂。热电厂实现水、热、电联产,热电联产的产品是热、电,将消耗大量的水资源;再生水及全厂污水资源化综合利用虽然消耗电、热,但可以节约大量的自来水。二者结合起来,不仅可以拉长产业链,优势互补,还将减少中间输送环节的损失,提高热、电、水的利用率,节约资源。

3.2 社会效益分析

大连是资源型缺水城市,城市用水主要依靠远距离调水。几十年来,城市缺水一直是制约大连市经济快速增长的主要因素之一。经测算,目前大连市远距离引水工程的造价成本已达4000元/m3。所以该厂运行后,可为大连市减少1.28亿元引水工程投资。另外,以大连市2006年的工业万元产值取水量24m3计算,相当于每年为大连市增加38亿元的工业产值潜力[5-6],社会效益显著。

3.3 环境效益分析

该项目每年可回用945万t城市污水处理厂二级出水,对大连市2010年污水处理回用率达到35%以上的远景目标有积极的推动作用。此外,从表3可以看出,每年将削减COD排放量约526t,削减SS排放约90.3t,削减NH3-N排放量约188.15t,环境效益明显。

表3 污染物减排量统计

4 结 论

a.该热电厂在技术改造中引用城市污水处理厂二级出水作为补充水源,应用先进水处理技术,综合利用各级出水和排水,将大大减少自来水的用量和污染物的排放量。b.可实现水、热、电联产。不仅节省建设和运营水厂的投资,还可以降低用水成本,多余的电能可以供水处理工艺使用,从而起到调蓄电能的作用。总之,该热电厂在技术改造和今后的运行过程中大力开展水资源综合利用,因地制宜分配各系统用水、排水,将是缩短其与国内外先进发电企业发电用水差距的有效途径,也将产生明显的社会效益、环境效益和经济效益,具有很大的实际意义。

[1]乔洪勇.火力发电厂节约用水和循环用水管理模式研究[D].保定:华北电力大学,2006.

[2]房海阔,魏洪军.电去离子(EDI)技术在热电厂水处理中的应用[J].净水技术,2002,21(2):17-18.

[3]王佩璋.火力发电厂全厂废水零排放[J].电力环境保护,2003,19(4):25-29.

[4]华冰.火电厂节水[D].保定:华北电力大学,2005.

[5]MOUSA S M,JAMAL O J.Potential of industrial wastewater reuse[J].Desalination,2002,152:281-289.

[6]褚俊英,陈吉宁,王志华,等.中水回用的经济与中水利用潜力分析[J].中国给水排水,2002,18(5):83-86.

Comprehensive utilization of water resources in thermal power plant

CAO Wei-na1,ZHANG Xing-wen1,WANG Dong1,LI Wen-xia2
(1.School of Environmental and Biological Science and Technology,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;2.Dalian Chunxing Water Treatment Science and Technology Development Limited Company,Dalian 116021,China)

Based on the 3R(reduce,reuse,recycle)principles of water recycling economy,the comprehensive utilization of water resources of a thermal power plant was studied.Through analysis and planning of water use andwater discharge of the whole plant,a water equilibrium diagram was constructed.The results showed that it could improve the water circulation utilization rate and the efficiency of water utilization.Both the tap water and the wastewater discharge were reduced.Meanwhile,the water-thermoelectricity cogeneration could be implemented,and the environmental and social benefits be significantly enhanced.

comprehensive utilization of water resources;renewable water;water balance;thermal power plant

TV213.9

A

1004-6933(2010)02-0088-04

曹伟娜(1983—),女,河北保定人,硕士研究生,研究方向为水资源综合利用。E-mail:weina601@126.com

张兴文,副教授。E-mail:zxw-dl@163.com

(收稿日期:2008-11-10 编辑:徐 娟)