火力发电厂城市再生水再利用设计原则探讨
周 军
北京国电华北电力工程有限公司（北京 100011）
[摘 要] 本文简要介绍了城市再生水再利用的技术政策及工程案例，探讨了再生水水质指标，并通过
分析总结，提出了再生水再利用的基本设计原则恩。
[关键词] 火力发电厂，再生水，再利用，设计原则
1 前言
火力发电厂是用水大户，很多煤炭资源丰富的地方因水资源匮乏，电站建设时不得不舍近求远。而另一方面，随着城市规模的不断扩大和人民生活水平的不断提高，大量城市污水外排，既污染了环境，又浪费了资源。城市污水作为新开发的再生水源具有水量大而稳定的特点，是一种比较可靠的水资源，而且水价便宜。尤其是布置在城市周围的电厂，使用城市污水不需要长距离引水，可以节省大量的引水工程费用。因此，城市再生水再利用具有很好的环境效益、社会效益和经济效益，城市再生水再利用已经得到各级政府部门的重视。
2 国外再生水应用情况简介
国外再生水再利用工作起步较早，美国实施市政废水回收处理已有几十年的历史。在加利福尼亚州，二级处理污水被用于灌溉，以及经反渗透进一步净化后被注入地下含水土层，以防含盐水侵入供应当地的饮用水源。对于回收处理后的市政废水，工业中最常见的应用是作为冷却塔补给水。在干旱及半干旱地区，这种应用被一些大型工矿企业，如石油化工厂及发电厂所普遍采用。从20 世纪70 年代中期开始，经反渗透处理的废水应用于锅炉补给水。
美国的回用水标准各州不一，并且针对不同的回用对象所制定的标准也不一样，但标准都很严格。如克罗拉多州回用水质的部分指标为：
大肠杆菌＜126 个/100 mL；浊度＜3 NTU；磷＜0.6 mg/L(回用于工业冷却水)；氨氮为不可检出(回用于工业冷却水)。
3 我国再生水再生利用技术政策
自2000 年以来，为解决日益严重的城市水资源紧缺问题，国家和地方政府开始重视城市污水的再生利用工作。建设部、国家环境保护总局、科技部联合发布的《城市污水处理及污染防治技术政策》（建城［2000］124 号）中，提倡各类规模的污水处理设施按照经济合理和卫生安全的原则，实行污水再生利用。《中华人民共和国水法》第二十三条规定：地方各级人民政府应当结合本地区水资源的实际情况，按照地表水与地下水统一调度开发、开源与节流相结合、节流优先和污水处理再利用的原则，合理组织开发、综合利用水资源。国家发改委、建设部和科技部等部门大力推动再生水的利用，组织实施了一系列城市污水再生利用示范工程和科技攻关课题，城市污水再生利用系列标准也开始制订和陆续颁布实施。2006年4 月25 日建设部、科学技术部联合颁布了《城市污水再生利用技术政策》，明确了城市污水再生利用技术发展方向和技术原则，对各地开展污水再生利用规划、建设、运营管理、技术研究开发和推广应用起到了指导左右，促进了城市水资源可持续利用与保护，积极推进了节水型城市的建设。
4 相关水质标准

再生水水质根据不同的用途有不同的要求，对于火电厂而言，主要用途是工业冷却水。表1 列出的是《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的出水水质指标、《污水再生利用工程设计规范》（GB/T 50335-2002）冷却水补充水水质指标和《工业循环冷却水设计规范》（报批稿）可直接使用的冷却水水质指标。

注：1）氨氮控制指标括号内的为水温≤12℃的数据，括号外的为水温<12℃的数据；2）总磷以P 计，总碱度和总硬度以CaCO3 计；3）当循环冷却系统为铜材换热器时，循环冷却系统水中的氨氮指标应小于1mg/L。
从以上指标可以看出，《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）的出水水质指标主要考虑有机物和氮磷的去除，对含盐量、硬度等指标没有要求，而且有机物和氨氮的指标与火电厂循环水补水的要求差距较大；而《污水再生利用工程设计规范》（GB50335－2002）中有些水质指标的规定有可商榷之处，主要表现在有机物含量高，这些有机物质在循环水系统经生物、化学反应形成大量粘泥和酸性物质，降低换热管材的传热效率，造成循环水系统腐蚀；氨氮含量太高，由于电厂杀菌采用冲击性加氯，如果氨氮过高的话，在加氯的瞬间，由于氯和氨氮反应消耗大量的碱度，容易造成水中的pH 值大幅度下降，对混凝土
结构造成腐蚀。因此新修编的《工业循环冷却水设计规范》（报批稿）对部分水质指标进行了修改。
5 工程案例简介
5.1 华能北京热电厂
华能北京热电厂循环冷却水补充水选用高碑店污水处理厂二级污水。循环水系统设计浓缩倍率为2.5。
高碑店污水处理厂是北京市建设的第一座大型城市污水处理厂，其设计规模为一期工程处理水量50 万m3/d，二期工程处理水量100 万m3/d，按远景规划，其最终规模为250 万m3/d。高碑店污水处理厂一期工程于1993 年底投入运行，二期工程1999 年投入运行。该厂在设计和建设时就确定了以污水最终回用为目的的处理工艺和程序：如污水在曝气池中的曝气时间长达9.25 小时，污水的脱硝等，从而给污水最终回用创造了比较好的条件。
高碑店污水处理厂设计出水水质标准：SS≤30mg/L，CODCr≤70mg/L，BOD5≤16mg/L，NH3-N＜3mg/L。
鉴于高碑店污水组成中工业废水比例高，原水碱度较高及处理水量大等特点，经考察和现场试验，最终确定石灰凝聚澄清过滤处理作为该厂的污水深度处理主体工艺。该工艺具有水质适用范围广，可去除磷及部分钙、镁、硅、氟，可去除某些重金属、降低细菌及病毒及悬浮态无机物和有机物等优点。
通过多年的运行实践表明，该处理系统的出水可以满足循环冷却系统补充水技术要求，并安全可靠。
5.2 国电电力大同第二发电厂二期工程
国电电力大同第二发电厂二期工程扩建2×600MW 国产亚临界燃煤直接空冷机组，为节约新鲜水资源，二期工程工业用水全部采用西郊污水处理厂的二级污水，过渡和紧急备用水源为水库水。
由于二级污水和三级污水水价差别较大，在电厂投产后污水处理厂不同意向电厂提供二级污水，并在污水厂内设置了三级处理，采用的是絮凝澄清工艺。
该工程采用超滤工艺直接处理城市再生水。大同二厂二期7#机组于2005 年4 月21 日顺利通过机组连续满负荷运行168 小时试验，作为我国首台600MW直接空冷机组投产发电。经过近3 年时间的运行，情况良好。
5.3 北京太阳宫燃气热电冷联供工程
北京太阳宫燃气热电有限公司位于北京市朝阳区太阳宫地区，新建容量为2X350MW 级燃气蒸汽联合循环供热机组，机组型式为“二拖一”方式。该工程属于2008 奥运配套工程。
机岛设备包括2 台9F 燃气轮机、2 台燃气轮发电机、2 台余热锅炉、1 台蒸汽轮机、1 台蒸汽轮发电机及其辅助系统。凝汽器管采用TP316L 材质。
本工程循环水、锅炉和热网补给水水源为酒仙桥或北小河深度处理厂的再生水，补给水备用水源为自来水。
酒仙桥污水深度处理厂提供的再生水水质完全能够满足电厂循环冷却水的要求，因此电厂内不再设置深度处理设施，直接使用再生水作为冷却水补充水，锅炉补给水采用该水源经超滤、反渗透处理、混床处理后使用，热网补充水直接使用反渗透产水。该项目目前正在施工。
5.4 呼和浩特金桥热电厂
呼和浩特金桥热电厂2X300MW 机组工程采用市政污水处理厂的二级污水经深度处理后作为汽轮机循环冷却水系统的补充水。循环水系统浓缩倍率按3 倍设计。

该工程采用生物加强超滤+弱酸氢离子交换工艺。二级污水先进入调节池（曝气池）进行曝气，然后进入浸没式超滤系统，清水经弱酸离子交换后补至冷却塔。为防止再生水回用车间出现故障时不能给热电厂供水，影响热电厂的运行，将厂区自来水管道与超滤系统连接，当城市中水出现问题时，及时切换水源，来保证热电厂的用水安全。该系统已于2006 年投运，运行正常。
5.5 其他工程
国内电厂使用再生水的工程已越来越多，但多数处于在建过程，即使已经投运的项目，其运行时间也不是很长。部分已经投产的项目见表2。