火力发电厂的废水处理和节水技术研究

张兰生

（国能（天津）大港发电厂有限公司，天津 300272）

引言

我国是一个相对缺水的国家，虽然我国的自水资源总量相对较多，但人均只有约2 000 m3，是人均水资源相对较缺乏的国家。在水资源困乏的同时，其地区分布也表现出及不均衡的，呈现出南多北少，沿海水多、西北部水少的特点，尤其在南北方水资源分布上差距更为显著，这在很大程度上制约了我国社会经济的可持续发展。另外由于我国能源生产与消费结构的特殊性，目前火力发电仍是发电行业，甚至能源行业最重要的组成部分。而火力发电厂在运行的工程中要涉及到液体水通过加热蒸发而形成具有较高压力和温度的水蒸汽，然后利用水蒸气推动汽轮机，此时高温高压水蒸气通过做功实现能量转化，在这个过程中水作为传递能量的介质[1]。除此之外水在火力发电厂中也起到对汽轮机排汽、旋转设备冷却等其他作用，正是由于水在火力发电厂中的应用十分广泛，因此其是水资源消耗最大的工业部门之一。随着国家相关部分对于电力行业水资源使用的管控越来越严，加强废水处理和节约用水就成为火力发电厂管理中的重要环节。为了保证火力发电厂的持续健康发展，就必须对废水处理和节水技术进行研究，从而提高火力发电厂的用水水平。

1 火力发电厂的废水处理技术

1.1 火力发电厂的废水回用

对于火力发电厂的废水处理，首先考虑的是将其回用到其他系统之中。在废水回用的过程中，首先可以回用到除渣系统中，作为除渣系统耗水量的补充。由于火力发电厂产生的废水水质会影响相关设备的使用寿命，并对装置运行的稳定性会有一定的影响。除了要考虑废水水质之外，还要对废水的回用量进行考察，确保回用量与除渣系统的耗水量相适应，从而实现废水回用效果的最大化。除了考虑水量的匹配性之外，在将废水进行回用的过程中，还要分析现有除渣系统的耐腐蚀等级，并针对废水的腐蚀性选择适当的回用方案。

除了回用到除渣系统外，还可以将废水用于干灰拌湿工艺中。这种回用方法的使用需要火力发电厂必须设置可以用于存放干灰的场所，并且干灰存放场所应进行必要的防渗处理。由于干灰存放场一般在白天进行干灰的运输工作，当夜间干灰不进行运输时，干灰不需要进行拌湿，此时还需要建设专门用于贮存废水的废水池。另外如果干灰有进一步综合利用的需求，还需要考虑相关废水的水质对后续综合利用的影响[2]。

最后火力发电厂的废水还可以用于煤场的喷淋。采用喷洒的方式，废水可以吸收煤燃烧后产生的高温而进行蒸发，随着水的蒸发，废水中的盐会随之析出，并随炉渣排出，也有很少一部分盐会随整粉尘进入集尘器进行收集。由于煤场淋在火力发电厂中的用量较小，因此废水需要进行减量后才可以应用于煤场喷淋。

1.2 废水的浓缩减量

虽然废水回用是相对最好的废水处理方式，但是火力发电厂的废水回用量相对较少，与废水总量与废水回用量不成比例，因此采用回用的方法不能将废水全部进行处理。为了完全解决火力发电厂的废水处理问题，还需要对废水进行深度处理。在各种处理方法中，一般首先要进行废水的浓缩减量，废水浓缩减量的技术有很多，一般可以分为蒸发浓缩和膜浓缩[3]。蒸发浓缩又可以分为多效蒸发、机械蒸汽压缩、机械雾化和烟气蒸发等等。而膜浓缩根据膜的类型不同，主要可以分为超滤膜、纳滤膜、电渗析膜、反渗透膜和正渗透膜蒸馏等等，不同类型膜浓缩技术的区别，如下页表1 所示。

表1 不同类型膜浓缩技术的区别

在进行膜浓缩处理之前，一般需要对废水进行预处理，预处理的目的是为了降低水中化学耗氧量、悬浮颗粒物以及重金属粒子的含量，同时需要针对不同的膜浓缩技术选择不同的预处理工艺。火力发电厂常用的预处理工艺一般是采用絮凝剂进行絮凝，絮凝处理后所形成的大颗粒物质经过澄清装置的处理，可以实现固液分离，其中得到的固体废料经回收装置脱水后，通过燃烧和外部处理等方法进行处置。这种方法的主要缺点是加剂量较大，并产生大量污泥。

经过预处理之后的废水就可以进行真正的浓缩减量。对于膜浓缩技术来说，由于反渗透膜的产水量相对稳定，且可靠性高，因此这种方法被广泛的使用。同时根据火力发电厂废水的水质情况也可以选择进行多种工艺的组合形式来处理废水。经过膜处理后的循环排污水出水可达到浊度＜1 NTU，硬度在100 mg/L～150 mg/L，COD 去除率可以达到25%左右。由于膜系统对预处理的出水水质要求较高，一般要求其总硬度不大于3 000 mg/L 所以在使用膜浓缩时应注意前段预处理过滤装置可能存在污堵。废水中硅和镁的浓度高，同时硫酸钙过饱和度也相对高，此时废水的结垢倾向强，膜系统结垢清洗恢复十分困难，因此会影响系统的稳定运行[4]。而对于蒸发浓缩来说，一般采用多级蒸发技术。这种方法可以实现蒸汽热能多级重复利用，以减少热能的浪费。多级蒸发中级数的确定是以蒸汽进入的系统时作为第一级，第一级产生的二次蒸汽作为加热蒸汽进入第级效，依次类推。因此，多级蒸发可以实现的基础是新鲜加热蒸汽的压强较高或末级加热采用真空加热。多级蒸发后达到结晶程度的盐水进入结晶器结晶，通过分离器实现固液分离，淡水回收利用。如果只是实现高盐废水浓缩减量的目的，可以相应地降低级数，这样可以节省设备费用和占地面积。火力发电厂的废水含盐量（质量分数）一般在5%左右，经过浓缩处理后，可以将废水含盐量浓缩至10%，配合多效蒸发等技术处理后，含盐量可进一步浓缩至15%左右。

2 火力发电厂的节水技术

对于火力发电厂来说，为了实现节水的目标，首先就需要降低各系统的用水量，提高废水的回用水平。火力发电厂的节水和废水处理在一定程度上是密不可分的。具体的节水途径首先就可以选择节水的新工艺、新技术和新设备，从而降低设备的用水量。其次要做好各系统运行和检修等工作，确保设备的可靠运行。另外需要按照水资源的阶梯使用原则，提高水资源的重复利用[5]。最后还要提高循环水的浓缩倍率，降低污水的排放量。

2.1 对于原水处理系统的节水技术

对于原水处理系统来说，其具体的节水措施可以采用处理回用的方式。具体的处理方法包括石灰软化法、结晶造粒法和离子交换法等。其中石灰软化法是利用化学手段降低原水硬度的技术。石灰可以与原水中的碳酸盐进行反应，降低碳酸盐含量，从而降低原水的硬度。除了降低碳酸盐含量外，石灰软化法还可以去除原水中的重碳酸钙、重碳酸镁以及游离状态的二氧化碳等。而离子交换法的原理是，当水通过离子交换装置时，水中的钙、镁离子会与离子交换树脂中的功能基团进行反应，从而去除结垢物质，降低原水的硬度[6]。但是这种方法的缺点是，当原水在频繁的进行离子交换的过程中，会产生一定量的废水。化学结晶循环造粒法主要是根据水中硬度和碱度组成成分，在设备内投加氢氧化钠或碳酸钠，使水中生成碳酸钙晶体直接附着在晶种表面进行生长，最终形成碳酸钙颗粒，降低原水的硬度。这种方法虽然也会使用到一定量化学试剂，但并不会产生沉淀泥渣等固体废物，并且对于钙离子的去除率较高，可达到70%以上。

2.2 循环水系统的节水技术

循环冷却水系统的节水处理方法很多，其中循环水空冷技术是一种节水效果非常显著的技术。目前空冷技术主要有海勒式或表面式的间接空冷，也有部分采用的是直接空冷。空冷技术的优势在于整个循环水系统为密闭的，不存在循环水的损耗，并且不存在补充水的问题。空冷技术与相同容量的湿冷技术相比，可以节水95%以上，对于火力发电厂的整体节水效果也达到75%以上。同时空冷机组在电厂整体占地面积相对较小。由于空冷机组一般位于房顶或高架平台上，其下方空间可布置其他电气设备，因此可以减少电厂整体占地面积。另外空冷机组的维护费用低，与相同容量湿冷机组相比维护费用降低20%左右。

3 结语

随着我国的经济发展水平的显著的提高，经济发展与资源匮乏之间的矛盾也逐渐显现出来。作为耗水量较大的火力发电厂，传统的用水方式已经不能满足当前发展的需要，必须采取相应废水处理和节水技术来改变传统的用水方式，从而减少对环境的污染，降低发电成本，提高火力发电企业的竞争力。但是目前火力发电厂的水资源系统是一个十分庞大且复杂的系统，各个系统之间的水量波动巨大，相关废水处理和节水技术很难进行真正落实到实际之中。因此需要对火力发电厂的用水量进行精确的监控，及时并准确地掌控整个火力发电厂的用水情况。同时相关企业应该加大对于废水的回用，在保证设备平稳运行的前提下，采用科学合理的方法减低废水的排放和新鲜水的用量，并不断挖掘水资源利用的潜力，促进火力发电厂的可持续健康发展。