2×500 MW火力发电厂循环水排污水回用技术分析

吴溪

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100070)

0 引言

火力发电厂耗水量高，排水量也高。随着水资源短缺和水污染问题日益严重，水已成为火电工业发展的制约因素，控制用水和排污已成为火力发电厂重点治理项目之一。

循环冷却水是火力发电厂用水量最大的部分。循环冷却过程中由于水不断蒸发而使盐类浓缩，因此需要排污和补充新水。循环水系统的排污水一般占循环水系统补水量的20%～30%，含量虽高，但有机物污染较少，水质较工业污水好，对这部分水进行部分除盐处理即可回用，且相关技术比较成熟，处理成本较低。

由于循环冷却水排污水含盐量较高，要回收利用需对其进行脱盐。目前可用于脱盐的工业化方法主要有蒸馏法、离子子交换法及反渗透法等。反渗透法属于膜分离技术范畴，具有设备简单、体积小、操作程序单一、分离系统较大、节能高效等优点。通常情况下，运行中操作人员少，易于管理，定期进行清洗可延长膜的寿命，保证膜装置长期稳定运行。反渗透法在国内发展迅速，无需酸碱，运行成本较前两种方法低。

1 电厂情况概述

山西某电厂装机为2×500 MW燃煤发电机组。电厂生产用水主要包括循环冷却水、除盐水、锅炉除灰(渣)用水、辅机和转动机械冷却用水、化学自用水、杂用水等，非生产用水包括厂区生活用水、清扫用水和绿化用水等。电厂产生的废、污水有工业废水、生活污水、循环水排污水等。

电厂的工业水源原为泉水，是优质的地下水。为了保护地下水源，地方政府要求“置换泉水，符合优水优用、分质供水的原则和方向”。为了节约用水，增加水的循环利用率，减少电厂排水对周边环境的影响，电厂将#3，#4机组循环水部分排污水综合利用，通过反渗透预脱盐处理后作为锅炉补给水水源，并为热网补水。

2 系统方案

在该期工程中，循环水排污水从#3，#4机组循环水泵出水管上各引出1根出水管，汇成1根出水母管将水送至一期原有生水箱。新增生水升压泵提升生水箱中的循环水排污水至新增纤维过滤器。循环水排污水经过纤维过滤器处理悬浮物后，进入新增的超滤系统，超滤系统设置2组，超滤出水进入一期工程原有的超滤水箱。新增反渗透给水泵提升超滤水箱中超滤出水，经新增的保安过滤器后进入新增高压泵，升压后进入新增反渗透系统。反渗透系统设置2组，反渗透产水进入一期的软化水箱，并通过新增的软化水泵外输到化学除盐站(外送管与一期原产水输送管连通，并加装联络门)。在进保安过滤器前根据需要依次投加酸、阻垢剂和还原剂。

设计水源为#3，#4机组循环水排污水，经生水升压泵升压后进入过滤系统，设计水温为18～30℃。此水经过循环水补充水的石灰预处理部分补充到循环水系统中，再按3～4的浓缩倍率浓缩后排放进入该工程的生水箱进行下一步处理。

主要工艺流程如下:循环水排污水→生水箱→生水升压泵→纤维过滤器→超滤装置(加凝聚剂)→超滤水箱→反渗透给水泵→反渗透保安过滤器(加酸、阻垢剂、还原剂)→高压水泵→反渗透装置→软化水箱→除盐阳床入口和软化水箱入口。

3 技术特点

(1)循环水排污水作为电厂锅炉补给水和热网补水。循环排污水经反渗透处理后，含盐量很低、硬度很小，因此循环冷却水排污水经反渗透脱盐后的出水，可作为锅炉补给水预脱盐水源。

(2)超滤膜的选型，膜通量的选取。采用压力式超滤，膜型号为TARGA10072，截留分子量为10万u，膜材料为聚醚砜树脂(PES)，具有以下几个方面优势。

1)采用的超滤膜材质为改性PES，具有良好的亲水性、化学稳定性、机械强度以及较好的抗氧化性。

2)极薄的致密层和不对称的海绵支撑结构，可实现最低的膜深层污染和最大的膜清洗恢复。

3)科氏的膜丝内径使得流体具有更高的湍流性能，通量衰减缓慢，清洗相对容易，抗污染性提高。

4)低通量(58 L/(m2·h))的选取有利于超滤系统的稳定运行，对于水质和水量的变化，有较大的缓冲性和适应性。

(3)反渗透段间增压形式。若反渗透装置内未设置段间增加，则二段膜元件可能会没有发挥全部的作用，膜通量较一段膜通量会小很多。反渗透一段浓水含盐量很高，进入二段的进水净驱动力很低，使得二段的膜通量很低，造成了二段膜元件的浪费。所以，该工程反渗透系统采用了段间增压设计，由于段间增加的扬程较低，选用一段出水增加背压阀来达到段间增压的目的，这种设计节省了段间增压泵，也节约了电费。

(4)化学品消耗量少。采用反渗透技术进行锅炉补给水预脱盐，与离子交换系统相比，大大减少了酸碱的消耗量，从而减少了酸碱废水的排放量。

(5)节约费用。采用膜法处理装置回收循环冷却水系统的排污水，可减少新鲜水补充量，解决污水排放问题，并减少交纳外排水费用。

4 项目实施情况及经济效益分析

4.1 设备参数

(1)孔隙调节型纤维过滤器设计参数:数量，3台;单台设备设计出力，150 m3/h;单台设备设计运行流速，60 m/h;设备直径，DN 1800 mm;设计压力，0.6 MPa;本体材料，Q235－B;内壁防腐材料，聚脲。反洗强度:水量，16.4 L/(m2·s);气量，66.2 L/(m2·s);气压，0.04 MPa。

(2)超滤系统。超滤装置按2列设计，每列出力140 m3/h;每列都能单独运行，也可同时运行。每套超滤装置产品水管和浓水管设取样点，以便有效诊断并确定系统缺陷。超滤膜组件安装在组合架上，组合架上应配备全部管道、阀门及接头，还包括所有的支架、紧固件、夹具等附件。

超滤系统设计参数:系列数量，2列;膜元件总数量，60 支(TARGA10072)。

膜元件特性参数:膜孔径，0.01 μm;截留分子量，10 万 u;设计通量(净产水)，58 L/(m2·h);过滤面积，80.9 m2/支;中空纤维丝内径，0.9 mm;中空纤维丝外径，1.5 mm;膜材质，PES。

膜组件运行工况:单根膜件出力，4.67 m3/h;单套最大出力，160 m3/h;工作压力，0.10～0.15 MPa;最大进水压力，0.3 MPa;最高进水温度，40℃;pH值范围，1.5～13.0。

(3)反渗透系统。反渗透装置按2个系列设计，每列出力95 m3/h;每列都能单独运行，也可同时运行。膜元件选用涡卷式反渗透膜BW30－365FR。膜组件的级、段排列组合方式:反渗透采用一级二段，采用6芯压力容器，单套反渗透采用16∶8排列方式。

反渗透装置设计参数:装置套数，2套;每套出力，95 m3/h;排列(级段)方式，16∶8。

膜元件:形式，卷式膜;型号，BW30－365FR;设计通量，19.4 L/(m2·h)(净产水);过滤面积，34 m2/支;单支膜产水量，0.65 m3/h;脱盐率，98%;材料，聚酰胺复合膜;膜元件总数量，144(单套);使用年限，3 年;年更换率，33.3%。

4.2 运行情况

循环水排污水处理系统运行指标:超滤系统出力，2×140 m3/h;浊度，＜0.2 NTU;反渗透系统出力，2×95 m3/h;脱盐率，≥96%;水的回收率，60%～80%;反渗透进水电导率，1600～1800S/cm。

循环水排污水回收处理后用作锅炉补给水和热网补水的水量为190 m3/h，电厂年运行小时按5500 h，循环水排污水量为280×5500÷10000=154(万t/a)，若采用地下水或黄河水的水价按 3元/m3，则每年可节省取水费154×3=462(万元)。

4.3 经济效益分析

该电厂采用循环水排污水作为锅炉补给水的水源和热网补水，每年按5500 h计算，年节约新鲜水154万t，节省取水费462万元。

5 结束语

目前，绝大部分火力发电厂锅炉补给水水源为地表水或地下水。据统计，300 MW及以上机组(总容量7060 MW)，地表水年取水量为9343万t，300MW及以上机组(总容量2540 MW)地下水年取水量为4500万t。如果火力发电厂锅炉补给水都采用此改造技术，节水量相当可观，具有良好的经济和社会效益。

［1］李宏秀，李文杰，于宝缘.电厂循环水排污水回用［J］.华电技术，2011，33(6):78 －81.

［2］GB 50050—2007工业循环冷却水处理设计规范［S］.