某超临界电厂原水系统方案分析

杨文燕/中国神华集团胜利能源分公司

某超临界电厂原水系统方案分析

杨文燕/中国神华集团胜利能源分公司

电力行业是工业发展的基础之一，在生产过程中需要消耗大量的水资源。原水系统是电厂水处理系统的重要组成部分之一，合理的选择原水水源，充分利用当地特殊的水文条件。确定合理的原水处理系统，对于机组的安全生产具有重要意义。

水源；原水处理系统，机械搅拌澄清池

中国是世界上最大的发展中国家，发展经济成为社会发展的第一要务，而伴随着国民经济的迅猛发展，必然会对环境造成巨大的压力。作为世界第一能源消耗大国，如何在经济发展的同时兼顾与生态协调发展，也是社会广泛关注的热点之一。

电力行业作为工业发展的基础之一，在快速发展的同时，也面临着巨大的挑战。尤其是燃煤火力发电企业，在其机组正常运转的过程中，需要消耗大量的水资源等，对于这些宝贵的自然资源，应当从各个方面提高资源利用率，实现经济效益的同时，兼顾好社会效益。

电厂的原水处理系统是电厂水处理系统的重要组成部分之一，尤其是对于较为缺水的地区，原水处理系统的选择更为重要。现已规划中的某电厂为例说明。

该电厂位于内蒙古锡林郭勒盟，利用当地丰富的煤炭资源，规划建成一座大型露天矿坑口电厂。本工程为国家高度节水、高度循环经济的示范电厂。

一、电厂的原水水源

根据当地具体的水文资料，可以成为供水水源的水质分为三类：露天煤矿疏干水、当地水库水以及污水处理厂的排水。

1.煤矿疏干水。

露天矿区属于当地盆地水文地质单元的一部分，东部为河谷、湖积平原，西部问低缓丘陵地带，整个矿区属于河谷、湖积平原和缓坡丘陵地带的过渡地带。露天煤矿的疏干水，根据不同的计算方法可得到以下数值。最小量：首采区2009年达到生产规模1000×104t/a时，疏干水量为503.8m3/h，每年总排水量为 402.2× 104m3/a；2010年总产量达到 2000× 104t/a时，首采区和二采区同时开采时疏干水量为1151 m3/h，每年总排水量为911.5×104m3/a。疏干水可利用水量按照85%计算，2009年和2012年露天煤矿可供电厂水量分别为341.9×104m3/a和774.8×104m3/a。

矿区地下水的补给来源主要为大气降、河水、冰雪融化水及侧向地下径流等，承压含水层主要由地下水径流和含水层间地下水的越流补给。河谷内地下水向下游的径流和垂直蒸发为地下水的主要排泄途径。矿区开采的疏干排水等人工采用水亦为地下排泄口。

2.水库水。

根据当地多年的水文观测资料可知：当地水库属于调节多年的中型水库，水库多年平均径流量水库多年平均径流量为2018×104m3，变差系数Cv=0.45，偏态系数Cs=3.5Cv，95% 年 径 流 量 为 1020× 104m3，99%年径流量为918×104m3；工程完工后防洪标准为百年一遇设计，千年一遇校核；近期日供水2×104m3，远期日供水3×104m3，供水保证率为95%，主要向市区供水。水库冬季结冰严重，实测最大冰厚为1.5m，且11月至来年3月河道封冻无水入库。

水库主要技术经济指标

该水库供水工程主要由取水头部、输水管线和净水厂三部分组成，取水头部设在水库放水涵洞的位置，型式为潜孔式取水；输水管道沿缓坡带布置，净水厂位于市区。供水能力为730×104m3/a（2× 104m3/d）。水库到2010年完成一定工程措施后，水库供水能力可达到1165× 104m3/a（3×104m3/d），在97%情况下，水库向城区供水能力为1095×104m3/a。目前，公司实际向城区供水仅为350× 104m3/a（包括农业用水70×104m3/a）。

3.污水处理厂的排水。

该地区污水处理厂已于2004年7月已经建成投运，一期设计处理污水能力为2.0×104/d，规划设计处理能力 4.0× 104/d，目前实际处理污水量约为1.5× 104/d。污水处理厂拟建污水深度处理，年拟供水量230×104/a。

经过内蒙古自治区水利厅组织专家审查，电厂的水资源论争报告已经得到了批准，水利厅批准下发的取水许可预申请书同意，该地露天煤矿供给电厂疏干水，每年为461.7×104m3/a，水库每年供水40.2×104m3/a，共计501.9×104m3/a，大于电厂规划机组容量时设计年取水量475×104m3/a。

该电厂一期工程年取水量为119× 104m3/a，按照露天煤矿的开采进度和疏干水的排水量，均可满足电厂的供水要求。

从长远规划来看，预测年总需水量（包括电厂8×600MW级机组年耗水量420×104m3/a）为2168×104m3/a，各种水源可供水量为3686.5×104m3/a；2020水平年预测总需水量为4172.5×104m3/a，各种水源可供水量为4192.5×104m3/a.2010水平年供水量大于需水量，2020水平年供水量与需水量基本持平。

分析上述供水水源情况和需水量平衡，电厂一期2×660MW超临界空冷机组及电厂达到规划容量8×600MW级机组的供水水源是落实的，供水量也是可靠的。

二、原水处理系统介绍

电厂原水水源为露天矿疏干水，备用水源为当地水库水。露天矿的疏干水收集后首先进入一个联合水处理厂（矿区和电厂公用）进行处理，经管道进入为电厂供水配置的2座25000m3的贮水池，然后进入电厂供水的升压泵房，经升压后一部分作为电厂厂外输煤系统的生产消防水，另一部分作为电厂的生产供水。备用水源是当地水库水。污水处理厂的排水暂时作为备用，只用在水源明显缺乏才可以采用。

1.疏干水的水质处理。

疏干水中含有一些采矿过程中夹杂的杂质，需要进行水质处理，常用的方法是混凝沉淀处理。

混凝处理就是在水中投加适当的化学药剂，使水中微小的悬浮物以及胶体结合成大的絮凝体，并在重力作用下沉淀出来。常用的混凝剂有铝盐和铁盐两类。有时为了提高混凝效果，加入少量的助凝剂，助凝剂有调整pH值、氧化合增大絮凝物的粒度、密度和牢固性等三类作用。沉淀处理就是使水中比水重的固体颗粒下沉而析出的过程，该法比较简单，在水净化工艺中经常采用。

2.澄清池。

澄清池要同时完成混凝和沉淀两个过程，两个过程在同一个设备中完成。澄清处理是电厂水处理中常用的处理工艺。澄清处理的技术特点是在池内维持一定量的悬浮泥渣层，与加了混凝剂的原水一起进行混合、反应和沉淀过程，从而获得较为理想的处理效果。

澄清池无论种类、形式如何，共同的特点是利用接触凝聚的原理去除水中的悬浮胶体颗粒。而且原水中的悬浮颗粒浓度越高、颗粒粒径越大及粒径之间相差越大，混凝效率就越好。根据这一原理设计了悬浮泥渣层。

悬浮泥渣层指在混凝反应过程中生成的絮状物在上升流速的作用下处于悬浮状态，保持动力平衡，随着处理水的不断通过，处于动态平衡的絮状物逐渐积累，当达到一定的浓度时，就形成一个对混凝效率起关键作用的悬浮泥渣层。

悬浮泥渣层具有几下几个方面的作用：因为在凝聚过程中颗粒总浓度随时间的变化率与颗粒总浓度成正比，所以悬浮泥渣层中的颗粒浓度越大，接触凝聚的效果越好。悬浮泥渣层中的颗粒浓度越大，颗粒之间的水流速度越大，颗粒之间的碰撞机会就越多，因此混凝效率就越好。但是浓度不宜过大，过大的浓度会使悬浮层难以维持动力平衡状态，絮状物容易被带出池外，从而造成不良后果。悬浮泥渣层对保证出水水质起一定的稳定作用。悬浮泥渣层容易吸附水中的某些杂质。为了保证泥渣具有最佳的吸附能力，必须及时排出一部分已经老化的泥渣。

澄清池的结构通常分为五个部分：进水系统、接触凝聚区、澄清分离、出水系统和排污系统。由于澄清池内同时完成混凝和沉淀两个过程，对澄清池的结构要求较为严格，必须满足以下条件：要使反应充分进行，出水能够均匀导出。

3.机械搅拌澄清池。

根据悬浮泥渣层的特点，可分为泥渣悬浮式澄清池和泥渣循环式澄清池二种类型。泥渣悬浮式的特征是在运行中有一层悬浮在水中的泥渣层，该泥渣层是因为受到自下而上水流的作用力而呈悬浮状态的。水的净化作用发生在加有药剂的原水流过此泥渣层的过程中。泥渣循环式除了有悬浮泥渣层外，还有若干泥渣作循环运行，即泥渣区中有部分泥渣回流到进水区，与进水混合后又返回到泥渣分离区。常用的泥渣循环式澄清池有机械搅拌澄清池。

机械搅拌澄清池的特征是在池子中设有机械搅拌装置，在它的运行过程中有泥渣在循环。

图1 机械搅拌澄清池

机械搅拌澄清池在工作中，原水由进水管进入环型进水槽，此进水槽的截面呈三角形，槽的下面开有出水孔或缝隙，由进水槽流出的水进入澄清池的第一反应室，依靠搅拌器的搅拌作用使进水与四周回流的泥渣混匀，混合后的泥水流被搅拌器上的叶轮提升到第二反应室，然后，泥水混合物流经设在第二反应室上部四周的导流室至分离室，在分离室中分离出的水由集水槽集取。由分离室分离出来的泥渣大部分回流到第一反应室与进水混合，其余小部分泥渣进入泥渣浓缩室，经浓缩后定期排走，澄清池底部有排空用的排污管。根据运行特点，反应过程中所使用的药剂可以加至反应室中、进水管中或者水泵的吸水管和配水槽中。

机械搅拌器上的叶轮用来将来将夹带有泥渣的水提升到第二反应室，从而促使泥渣的回流和循环，叶片用来促进水和回流泥渣混匀。在第二反应室和导流室中设有导流板，其作用是消除搅拌叶轮所产生的旋转运动，减轻分离室中水流的扰动，以利于泥渣和水的分离。在环行进水槽的上方设有排气管，以排除随进水带入的空气。

澄清池的水力条件可以从以下几个方面进行调整：排泥量必须控制在合理的范围内，否则排泥量不够则导致泥渣层升高，反应区中的浓度增大，影响出水效果，排泥量过多则导致反应区中的泥渣浓度过低，影响澄清效果。调试泥渣循环量。出力状况应稳定。消除空气混入的影响。

利用机械搅拌澄清池可以较好的除去水中的杂质，为下一步的水处理提供符合条件的原水。

三、结束语

电厂原水处理直接决定着是否能够供给机组正常生产所需要的用水。而该方案选择露天矿疏干水作为主要的原水水源，水库水位备用水源。疏干水作为露天矿日常生产中的生产废水，合理利用之后，成为了电厂重要的原水水源，这样的做法充分实现了资源的高效利用，而且达到了较好的经济效益和社会效益。特别是在该地区缺水的条件下，这样的做法更具有特殊的意义。

[1]：陈志和主编，电厂化学设备及系统，中国电力出版社，2006.

[2]：调整锡林河水库供水功能论证报告，内蒙古自治区水电勘测设计院，2001.

[3]：徐亮，电力工业对环境的影响及对策，云南地理环境研究，2005.