基于水平衡测试的火电厂水务管理与优化

陈 皓

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华东分公司， 安徽 合肥 230031)

基于水平衡测试的火电厂水务管理与优化

陈 皓

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华东分公司， 安徽 合肥 230031)

通过对安徽省各电厂水平衡测试结果的分析，指出安徽区域火电厂水务管理工作的现状，总结区域内火电厂水资源利用不合理的共同之处，并针对性的提出合理的优化方案，为火电厂实施真正意义的“零排放”打下基础。

水平衡测试；水务管理；节水；零排放

0 引言

火电厂作为用水大户，节约用水不但与企业的经济利益息息相关，而且具有深远的社会意义。随着国家节能减排工作的深入推进，火电厂在设计时就充分地考虑到水务管理问题，按照“零排放”进行设计已经成为一种必然。在安徽地区，大部分电厂也已经是“零排放”的设计，但从目前火电厂的用水现状来看，水资源浪费的现象仍比较普遍，而且并不能做到真正的“零排放”，随着2015年国家水污染防治行动计划的开展，火电厂真正意义上的零排放已成为必然趋势。电厂要想做到零排放，必须杜绝由于设计或运行不合理造成的水资源不合理利用现象。本文以安徽地区各厂水平衡测试为基础[1]，找出电厂存在的水资源利用不合理的共性问题，为电厂水务管理工作提供事实依据，并在此基础上提出可行的节约用水的措施。

1 安徽地区火力发电厂水务管理现状

安徽省地处中纬度，按水系分属淮河、长江及新安江流域。安徽省火电厂主要集中在淮河及长江流域，水资源相对较丰富，各电厂取、排水费用相对较低，所以各厂水资源的重复利用率普遍不高。下图1为某厂2015年夏季水平衡测试简图。

图1表明该电厂在水资源利用方面存在许多不合理的地方：大量处理后的废水外排，造成水资源的浪费并增大了总排污量；工业水及消防水等存在不合理用户且不回收；回用水用水量偏低造成水资源溢流外排等。下面分系统将安徽省火电厂水务管理现状进行总结说明。

1.1 原水预处理系统

安徽地区超超临界机组原水预处理系统主要包括混凝、澄清和过滤设备，一般采用反应沉淀池加空气擦洗滤池的设计，大部分电厂原水采用长江水、淮河水或其他地表水。原水预处理系统混凝、澄清设备运行期间会定期进行排泥，过滤设备也会根据运行压差或时间进行反洗，这些都会产生一定量的排水，这类排水的特点是悬浮物含量较高。

原水预处理系统一般设计污泥沉淀池及污泥脱水系统，先对此类废水进行沉淀处理，通过回收水泵将上清水回收至反应沉淀池进口重新利用，污泥进行脱水后则外运填埋处理。

电厂在运行期间，因系统设计不合理或设备操作不规范，会经常导致脱水系统污泥堵塞而不能正常运行，且此现象比较普遍。久而久之有的电厂就将此系统闲置，污泥水经沉淀后上清水直接外排，淤泥采用人工定期清理的方式。

1.2 锅炉补给水系统

“十一五”与“十二五”期间，安徽省火力发电发展迅速，水处理技术应用也快速转变，新投产发电企业锅炉补给水系统基本配备超滤、反渗透系统。前期一般设计超滤反洗排水、反渗透浓水及再生废水直接排放至工业废水池。

近年来随着火电厂环境和节水问题的突出，电厂在设计时或通过改造加强了超滤反洗排水及反渗透浓水的重复利用，例如将超滤反洗排水回收至原水预处理进口；将反渗透浓水作为脱硫系统补水、输煤系统补水等。水平衡测试结果表明，大部分电厂超滤、反渗透系统排水能得到很好的回用，仅再生废水排至工业废水处理系统。

1.3 工业水系统

安徽省内火电厂工业水系统用水管理普遍较差，主要表现在两方面：第一工业水用户较多且存在不合理的现象，比如湿除渣系统补水采用新鲜工业水、输煤系统用水使用新鲜工业水、循泵冷却水使用大量新鲜工业水等；第二工业水使用后回收量少甚至不回收。如图1中该电厂循泵冷却水设计启动期间使用工业水，正常运行期间采用循环水自冷却，但是电厂在正常运行期间仍有大量工业水去循泵冷却水，造成工业水量大增；另外工业水至原水预处理及其他用户的水量均未回收，不但增加了外排水量也造成了水资源的浪费。

水平衡测试结果及工业水用水量统计情况表明，安徽地区火电厂工业水最大的两个用户分别为循泵冷却水和脱硫系统用水。循泵冷却水冷却后一般直接排入循环水，脱硫系统用水被消耗，其他工业水一般作为冷却水使用后回收至复/杂用水池或者循环冷却水池或直接排放。现阶段各电厂使用的工业水基本都是取用的新鲜水，极少有电厂取用合适的回用水，极大的增加了新鲜水的取用量，并且有大量用作冷却的工业水被排放，造成水资源的大量浪费。

1.4 工业废水处理系统

工业废水处理系统是主要处理全厂经常性废水和非经常性废水，其出水一般设计回用。目前安徽地区电厂工业废水仅小部分回用，多数电厂则是处理合格后达标排放。

1.5 回用、杂用水系统

回用、杂用水系统是火电厂主要的复用水系统，一般其水源为工业废水处理系统处理合格的澄清水，或者回收的工业水，或其他系统排放的水质较好的水。

水平衡测试结果表明，安徽各电厂回用水系统运行情况并不是很好，在水平衡测试的过程中经常发现有复用水池溢流或者采用工业水补水的情况，这些都是由于水资源重复利用过程中对各用户用水量错误估算导致的，间接的反应了水务管理工作不到位的现象。复用水系统正常运转是火力发电厂真正实现“零排放”的重要步骤。

1.6 输煤、除渣系统

输煤、除渣系统是现阶段各电厂处理后的工业废水或者复用水的最大用户。

各厂输煤系统自设含煤废水处理设备，其使用过的水经回收处理后循环使用，其补给水源一般设计为经工业废水处理站处理后的废污水、锅炉补给水系统反渗透浓水等。除渣系统若采用刮板捞渣机湿式除渣方案，则除渣水循环利用，间歇性补水。一般采用回用水或处理后的工业废水补充。

目前，已经有不少电厂采用了更为节水的干除灰、干除渣方式，极大的节约了水资源。但在输煤系统，仍有不少电厂直接采用工业水补水，造成工业水的浪费。

1.7 脱硫废水处理系统

脱硫废水中不仅含有悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐，还含有包括如F、Cd、Hg、Pb、Ni、As、Se、Cr等重金属元素在内的多种元素，是火电厂重点需处理废水之一。电厂一般按如下图2进行处理，其最终水质达标后排放或送至重复利用系统。

脱硫系统废水虽然流量不大，但其水质较差，目前能重复利用脱硫废水的用户很少，现国内有电厂对此部分废水进行蒸发结晶等终端处理[2]，实现真正意义上的零排放。

2 水务管理优化建议

水资源的优化利用根据各厂的实际情况应有所区别，但都必须建立在对全厂取、用、排水水量及水质充分掌握的情况下进行，并且要充分考虑各系统的用水平衡，这也是电厂实现“零排放”的基础。

2.1 工业水系统优化

作为火力发电厂新鲜取水量的大户，工业水取用量必须合理，可以通过“开源节流”的方式减少工业水用量。

首先“开源”，现阶段各电厂使用的工业水基本都是新鲜水，极少有电厂取用合适的回用水。根据工业水的水质要求，有些系统回水是完全可以满足的，比如化学再生过程中的洁净水等，如果将这些回用水与新鲜水混兑使用，可以大量减少新鲜水的取用量。

其次“节流”，在工业水用户方面，可以选择使用闭式水或开式水替代工业水来冷却部分各辅机设备；脱硫系统、输煤系统补水可以选择合适的复用水等[3]；循环水泵可以使用自冷却或者建立机力通风冷却塔等；作为冷却用且未受到污染的工业水尽量回收后合理化利用。

2.2 复用水系统优化

复用水系统主要是处理后的工业废水或其他废水的回用系统，目前火电厂可以完全以复用水为水源的用户主要有输煤系统、湿式捞渣机系统等。有些电厂已经将除灰除渣系统改造成干式除灰除渣，更减少了复用水用户，因此，电厂必须根据本厂的实际情况，综合考虑全厂各系统水质水量，减少复用水量的产生并寻找新的复用水用户，以保证复用水系统的正常运行。

2.3 “零排放”新技术应用

近两年，随着国家对废水排放日益严格的要求，新型工业废水处理技术的研究成果逐渐得到应用，为火电厂实现真正意义上的“零排放”提供了技术保障。

(1)超浓缩蒸发结晶系统—SMECS系统

超浓缩蒸发结晶系统—SMECS系统是以超级膜浓缩(KD-UCW)和外换热式机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统(VACOM系统)为核心的废水零排放技术。

SMECS系统进水可以是高含盐量、高硬度、高悬浮物、高含油及高有机物等各种高浓度难处理废水，它通过膜法超浓缩和蒸发结晶，将废水最终蒸干并几乎全部回用，仅产出含水率极低的盐固体打包外送，从而实现废水真正意义的零排放。其工艺主流程示意图如图3和图4。

目前，蒸发结晶技术在国内电厂已有应用的实例。为有效、稳定处理脱硫废水，实现脱硫废水循环利用，广东河源电厂采用“二级预处理+蒸发结晶深度处理”工艺对脱硫废水进行终端处理，制出优质冷凝水和结晶盐,冷凝水回冷却塔循环利用，结晶盐资源化综合利用。

(2)正渗透膜处理技术

正渗透膜处理技术美国Oasys公司在其Permian盆地的页岩气开发中，在全球范围内首次应用的石油化工废水处理，并实现了零排放。此项技术由北京沃特尔公司引入中国。

正渗透过程是以选择性分离膜两侧的渗透压差为驱动力，溶液中的水分子从高水化学势区(原料液侧)通过选择性分离膜向低水化学势区(汲取液侧)传递，而溶质分子或离子被阻挡的一种膜分离过程。

2014年8月，北京沃特尔水技术股份有限公司与华能国际就长兴电厂“上大压小”工程脱硫废水零排放项目正式签约。该项目是国内首个运用正渗透技术的废水零排放项目，其采用了国际领先的正渗透技术浓缩结晶工艺处理脱硫废水。

作为废水处理的前沿技术，目前在新技术的应用过程中还存在着设备成本投入高，运行维护费用高等问题。建议厂里在对新技术充分调研的情况下，根据厂里的资金、场地等因素，选择合理的终端处理技术。

3 总结

节水是一项长期的系统工程，需要合理的工程设计和科学的水务管理，同时也离不开采用高效的节水技术和先进的水处理设备。

目前，安徽地区火电厂在水资源管理方面多多少少都存在一些问题，面对日益紧张的水资源取用和排放问题，“零排放”必然成为火力发电厂的趋势。因此电厂必须对本厂水资源利用情况充分掌握，合理设计各用户水源及水量，提高水资源重复利用率，并积极引进先进节水技术，实现真正的“零排放”。

[1] 刘伟，高海瑞. 基于水平衡测试的火电厂节水技术分析[J].内蒙古电力技术，2013,31(2):103-106.

[2] 莫华，吴来贵，周加桂. 燃煤电厂废水零排放系统开发与工程应用[J]. 合肥工业大学学报，2013,36(11):1368-1372.

[3] 杨佳珊，黄涛. 火电厂废水处理后回用于烟气脱硫系统的可行性[J].东北电力技术，2007,11: 35-37.

[责任编辑：薛宝]

Water Management and Optimization of Thermal Power Plants Based on Water Balance Test

CHENHao

(ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstituteCo.,Ltd.EasternChinaBranch,Hefei230031,China)

It introduces water management of thermal power plants in Anhui region based on water balance test. It also points out that the unreasonable use of water resources in common, and provids a targeted rational optimization program. At the same time, it lays a foundation for the true ″zero-discharge″ in thermal power plant.

water balance test; water management; water conservation; zero-discharge

2015-06-10

陈 皓(1984-)，男，湖北襄阳人，中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，助理工程师。

TK223.5

A

1672-9706(2015)03- 0069- 05