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火力发电厂节水途径的探讨
发布时间:2011/4/29  阅读次数:7118  字体大小: 【】 【】【
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火电厂是用水大户,其节水工作不仅是电力行业经济问题,也和社会密切相关。文章对火电厂的用水、排水情况和节水存在的问题进行分析,对火电厂节水的办法和措施进行了探讨,从设计方面、运行,管理方面结合对节水的新技术、新工艺进行了研究。


  我国是个水资源短缺的国家,人均水资源量约为2200m3,约为世界平均水平的四分之一。而且水资源供需矛盾突出,据统计全国600多个城市半数以上缺水,其中108个城市严重缺水。随着经济的发展,用水量持续增长,用水结构也在不断调整,节约用水、高效用水是缓解水资源供需矛盾的根本途径。在全国总取水量中,农业约占70%,工业约占20%,生活约占10%。而我国火力发电厂取水量约占总工业取水量的50%。因而发电企业实施节水及高效用水战略,不仅是电力行业的一个经济问题,更是关系到电力工业持续发展和保证经济和社会快速健康发展的重大社会问题。

  1 火电厂用水和排水情况和节水存在问题

  2 火力发电厂的用水主要分为生产用水和非生产用水。生产用水占火电厂用水的95%左右,非生产用水包括生活用水、消防用水等,约占5%左右。

  1.1 火电厂用水

  1.1.1 凝汽器冷却水

  在火力发电厂中,采用的冷却水系统主要有直流式、敞开循环式两种形式。直流式冷却系冷却水不作循环,只是温度略有升高,其水质未变,基本不产生耗水,但必须具备充足的冷却水源。缺水地区的火力发电厂一般采用循环冷却方式,约占全国火力发电厂装机容量的57.4%。采用循环冷却系统的火电机组大多采用自然通风湿式冷却塔,仅个别电厂采用机械风湿式冷却塔,其蒸发损失、风吹损失和排污损失约占全厂生产耗水量的70%,其中蒸发损失、风吹损失基本没有回收的办法(采用空冷技术的电厂基本没有这两项损失),排污损失是循环湿式冷却水电厂节水潜力的主要部分。根据火电厂实际情况,适当提高循环冷却水的浓缩倍率,降低排污损失水量是目前火电厂节水的一个主要方向。

  1.1.2 锅炉

  补给水与化学自用水锅炉补水率按有关规定应控制在锅炉蒸发量的2%以下,一般火电厂均可达到,但也有少数电厂全年平均补水率达5%,个别电厂高达8%以上。化学水处理系统中新鲜水经过沉淀过滤的预除盐系统和阴阳离子交换器、混合离子交换器系统处理后制成除盐水,需要消耗部分水量,自用水率基本可控制在10%以内;如果预除盐系统采用超滤、反渗透系统,则自用水量大大增加,一般化学自用水率达到40%左右。

  1.1.3 工业冷却水

  火电机组工业冷却水主要是指除凝汽器以外的主机和辅机所用的冷油器等换热器的冷却水和一些转动设备轴瓦冷却水、空调用水等。换热器的冷却水一般都作为循环冷却水的补水回收利用,与轴瓦接触的冷却水往往含油,一般作为工业废水处理后回用或排放,也有的直接进入冲灰系统。 1.1.4 除灰(渣)用水

  一些大型火电厂安装了干式除灰系统,一些火电厂采用水力除灰系统。在采用水力除灰的火电厂中,高浓度输灰(灰水比小于1:5)的电厂约占25%;如采用干灰调湿碾压灰场,干贮灰仅耗用占灰量约20%~25%的干灰调湿用水,节水效果更为明显。

  1.1.5 其他用水

  主要包括电厂生活用水、输煤系统喷淋、冲洗用水、采暖系统用水、消防用水、绿化用水等。

  1.2 火电厂排水

  火电厂的排水可以分为经常性排水和非经常性排水;也可分为连续排水、短时排水和断续排水。包括工业水预处理(净水站)各种用排水、锅炉补给水处理和凝结水精处理各种用排水(含各种清洗)、循环水排污水、冲灰渣水、脱硫系统排水、输煤除尘、冲洗及煤场喷洒用排水、生活污水等。各系统的排水量与机组的型式、机组的规模、电厂所处的地理位置、用水工艺及管理水平等因素有很大关系。电厂各系统的排水量扣除回收的水量即为电厂的外排水量,因而电厂各系统的排水重复利用程度越高,电厂的外排水量也就越少。电厂外排水量的减少既有利于环境保护,防止水污染,同时又能达到节约水资源的目的。因此电厂的各类排污废水处理与回用也是火电厂节水和减排废水的重要内容。

  1.3 节水存在问题

  1.3.1 认识不足,重视不够

  多数电厂对水务管理重要性认识不足,重视不够,而且没有专业管水人员,用水仍处于无定额、无计划状况,更谈不上科学管水、合理用水和节约用水。

  1.3.2 主要耗水指标达不到设计要求

  由于设计、安装调试、生产运行和管理等诸多因素,致使多数电厂的用水指标没有达到设计值,如循环水浓缩倍率低、灰水浓度值低、工业水回收率低、重复利用率低。

  1.3.3 节水技术水平落后、节水治污资金不足

  节水治污需要大量的资金投入,由于资金不足,以往建设的节水治污设施大多技术陈旧落后、配置不全,有的只能处理部分污水,而且运行效率低,可靠性差。多数电厂监测仪表配置不全,不能满足机组水平衡等定量管理的需要。

  1.3.4 水的计量、收费不规

  目前,水价制定和水资源费的收取办法各地都不统一,随意性较强,没有形成规范、有效的水价机制,没有发挥市场配置资源的作用,没有运用经济杠杆激发企业节水的积极性和创造性,而且很多电厂计量不规范,也没有很好的核查办法,这也使多数电厂对水资源重视程度减弱。

  2 火力发电厂节水办法和措施

  2.1 完善管理体制

  发电厂应健全管理机构并完善节水制度和体系,严格执行用水标准和定额,加强对节水重要性的认识,建立专门的管水机构或专职人员,建立和完善相应的规章制度,做到用水有计划、有定额,做到奖罚分明。

  2.2 加强水务管理

  加强水务管理,定期进行全厂水平衡试验,要求各用户做到取水计划到位、节水目标到位、节水措施到位、管水制度到位。通过水平衡测试,及时掌握企业用水现状和各生产工序用水水量之间的定量并针对本厂的用水和耗水情况及存在问题,制定节水措施与计划,使火力发电厂的达到用水合理化和管理科学化。加强运行管理,减少化学制水耗水率;加强汽水管理,尽快完善水汽系统计量装置;将热力系统、循环水系统、废水处理及回收系统、冷却水系统、非生产用水系统、自备水系统等设施纳入节水管理范畴,努力做好发电机组热力系统的运行维护,减少泄漏,降低锅炉补水率,一般凝汽式亚凝界机组补水率控制在1.5%。加强运行调整,及时根据机组开停及负荷变化及时调整循环冷却水量、冲灰水量及工业冷却水水量,实现安全经济运行,尽量降低热力系统补水量。

  2.3 开发应用节水新技术、新工艺、新设备

  2.3.1 节约凝汽器冷却水

  凝汽器冷却用水约占电厂全部用水量的90%,耗水量也约占60%以上,是火力发电厂节水的重中之重。在具备充足的冷却水源的地方,尽可能的使用直流冷却系统,该系统基本不产生耗水。在采用循环冷却系统的电厂,必须通过提高循环水系统处理水平,提高循环水浓缩倍率。循环水浓缩倍率取用值对电厂的节水成效影响较大,合理确定循环水浓缩倍率是节水的关键因素之一。循环冷却水系统浓缩倍率应根据全厂水量、水平衡,并结合凝汽器材质,循环水稳定处理方案选择,经技术经济比较后确定。过低的浓缩倍率,会显著加大循环水排污量,不利于节水和降低运行费用。如果循环水浓缩倍率由2.5提高到3,则每百万千瓦装机容量可以减少排污水290m3/h;如果再提高到5,则可以进一步减少排污水455 m3/h,但当浓缩倍率超过5时,实际节水已很有限。一般说循环水浓缩倍率是循环冷却水系统运行管理的一项重要控制参数,浓缩倍率越大,节水程度越高,既可以减少新水量又可减少系统中阻垢剂、缓蚀剂的补充消耗量;但提高了浓缩倍率又会对新水和循环水的处理提出了更高的要求,因为系统中离子浓度增加,加重了腐蚀、结垢的危害,增加了水处理费用,所以最好控制在4~5倍左右,可取得较好的节水效果。通常一般简单的循环水处理系统都采用加阻垢缓蚀剂、加酸、加杀菌剂系统;如果源水中碳酸盐硬度较高,可以通过弱酸处理、石灰处理,如循环水石灰软化-加酸-旁流加药处理技术,100%弱酸树脂交换处理技术,超滤、反渗透技术在循环水处理系统中应用也越来越多。不论是否使用这些技术,都可以结合循环水源水水质和凝汽器材质,请电力院校和科研单位,通过循环动态模拟试验,得出确保凝汽器管材不腐蚀、不结垢的最佳循环水浓缩倍率,最经济的加药量,从而实现在确保机组安全经济运行的基础上,最大的实现节水目的。

  2.3.2 改进除灰系统,使用气力输送干灰技术与干贮灰场堆放技术,减少湿除灰,降低水灰比

  近年来,锅炉排出的粉煤灰特别是干灰的资源利用技术得到了推广和普及,气力除灰不仅可以得到优质粉煤灰,降低运输负荷,而且可以省去除灰用水,因此气力除灰在燃煤电厂中的比例正逐步增加。一些大型火电厂安装了干式除灰系统,但有一些火电厂仍采用水力除灰系统。在采用水力除灰的火电厂中,水灰比是一个重要的参数,电厂水力除灰系统耗水量约占全厂耗水量的15%~20%,水灰比越高,冲灰水量越大,灰管结垢倾向越严重,而低水灰比的灰浆浓度高,对管壁冲刷作用加强,也抑制管线的结垢趋势。如能设置灰水处理回收系统(回收率按60%计),则电厂水力除灰系统耗水量约占全厂耗水量的6%~8%,如采用干灰调湿碾压灰场,干贮灰仅耗用占灰量约20%~25%的干灰调湿用水,则电厂干式除灰系统耗水量(干式贮灰场的抑尘喷洒也可用灰场的雨水)仅占全厂耗水量的0.6%~1%,节水效果更为明显,且无灰水防渗之忧、有利于灰的综合利用开发。所以除灰方式采用气力除灰、干式输送、干灰贮存系统,节水效果好。干除灰系统的耗水主要为干灰调湿用水和干灰场喷洒用水,对水质要求不高,可以采用处理后的废水和循环水系统排水。干灰调湿首先考虑采用处理后的脱硫废水,不足部分由处理后的工业废水和循环水系统排水补充,因此,采用干除灰系统节水效果较为可观。但是,在实际生产中,如果老湿除灰电厂采用干除灰系统或降低水灰比后,可以节约大量用水,但这时进入灰水系统的水量往往会出现富余,这是因为灰水系统在整个电厂的用水系统中基本处于最末端,其他系统的废水和不易回收的水都进入了灰水系统,所以此时若想真正节水,还必须针对原冲灰水的水质情况,增装废水回收系统,才能真正实现节水,否则就没起到节水的作用。同样,当其他系统采取措施减少排至冲灰系统的水量,使的冲灰系统水量不足而补充新鲜水时,也没起到节水的效果。

  除渣系统采用刮板捞渣机湿式除渣方案时,对除渣水进行循环利用。系统排水经高效浓缩机处理后,通过冷却循环供给系统回用,损耗补充水由循环水系统排水补入。

  2.3.3 改进工业冷却水系统,实现一水多用或改用闭式循环系统,对电厂排水回收复用

  火电机组工业冷却水主要是指除凝汽器以外的主机和辅机所有的冷油器等换热器的冷却水和一些转动设备的轴瓦冷却水,空调用水等。这部分水质较好,采用闭式循环方式或一水多用方式回收利用,可以节约用水。比如:新鲜水先用于轴承冷却,其排水作为循环冷却水,循环冷却水排水再作为冲灰水,三次使用,提高了水的重复利用率,达到节水的目的。电厂的消防水池溢流水、部分取样水、射水池溢流水等也可以实现循环使用,减少电厂新鲜水取用量,实现节约用水。

  对电厂的排水进行回收复用,如对净水站排泥水经浓缩池浓缩,上层清液、脱水机排水返回净水站入口使用。对锅炉补给水过滤系统的反洗排水回收至净水站复用,对反渗透浓水再通过反渗透浓水回用装置部分回收,排放液可作为干灰调湿水。对厂区生活污水统一收集后集中处理,处理后水质达到《污水综合排放标准》中一级排放标准的要求,处理后水可以作为厂区绿化用水,污泥可作肥料。对脱硫工艺系统废水一般单独设计废水出装置,处理后达到《污水综合排放标准》中一级排放标准的要求,主要可作为干灰调湿用水。含煤废水回收至煤水处理设施处理后复用于输煤系统水冲洗、输煤系统除层、煤场喷洒。工业废水处理站收集的各种废水经处理后也可选择性复用于输煤系统、绿化等等。

  2.3.4 推广使用节水器具我国多数火力发电厂人员编制较多,宿舍区又往往邻近电厂,洗澡和供暖条件较好,生活用水和非生产用水必然大于国内城市居民平均水平。由于用水器具设计、质量存在问题,造成许多用水不合理和漏水现象,所以在电厂积极推广节水型的卫生器具和节水型水龙头,浴池采用脚踏开关等很有意义。

  2.3.5 在新建电厂时,在设计时可采用如下节水措施

  2.3.5.1 用城市中水回用火力发电厂

  在外国,早就有城市污水净化处理后,作为火电厂循环冷却水水源使用,在我国,作为节约用水的一大措施,也是目前发展的发向。但城市中水回用牵涉到循环水系统、凝汽器管材、循环水处理系统、闭冷水系统等等的设计,也和城市污水来源、处理方式密切相关,而且很多城市污水处理厂出水虽达到排放标准,但和电厂循环冷却水系统进水要求还有一定差距,还需进行深度处理,牵涉到大量的财力、物力、人力,这些都需要克服和解决,但使用城市中水回用火力发电厂在北方缺水地区对社会意义更加重大,值得推广。华能北京热电厂在我国率先引入城市污水处理厂的达标排放书,加入处理后用于机组的循环冷却,年利用水量1000万吨。全厂废水零排放。全厂废水零排放就是电厂不向地面水域排放(排出或渗出)任何形式的水,所有离开电厂的水都是以湿气的形式或是固化在灰或渣中。全厂废水零排放涉及电厂所有用、耗和排水的系统,包括汽轮机冷却系统,锅炉除灰排渣系统、循环冷却水系统、锅炉补给水处理系统、输煤系统、工业水系统、生活水系统、生产和生活废水处理系统等等,既包括各水处理系统之间的相关关系,又包括全厂水系统的水量平衡。全厂废水零排放是一项综合措施,基建投资高,运行也比较复杂,但在缺水又限制外排废水的地区,实施全厂废水零排放则是必然趋势。全厂废水零排放主要研究内容就是减少新鲜水耗量和外排废水量,并对各种排水的复用和再生利用,从而实现最大限度的节水。

  2.3.5.3 采用空冷技术

  空冷汽轮发电机组和常规湿冷汽轮发电机组的主要差别在于汽轮机排汽的冷却方式,常规的湿冷汽轮机组的乏气是通过凝汽器用水来冷却的;而空冷机组的乏汽是用空气来冷却的。目前从国际上看,南非在建设和运营大容量空冷机组方面处于世界领先地位。我国已投运的空冷机组主要有大同二电厂(2×200MW空冷机组)、太原二电厂(2×200MW空冷机组)、内蒙古丰镇电厂(2×200MW空冷机组),漳山发电公司(300MW空冷机组)等等,其中漳山发电公司比湿冷机组节约用水80%以上。因此在干旱缺水而煤资源丰富地区建大型火电厂时可以采用凝汽器空冷技术,能节约冷却水50%~80%,而且使火电厂大大减少了对水的依赖程度。

  3 结束语

  1)我国火电厂节水潜力较大,节水应从提高认识加强管理入手,制定用水耗水指标,并与奖金制度相结合。积极开展水平衡试验,便于及时发现用水状况和存在问题,便于制定有效的节水措施。加强检修和运行管理,减少水汽泄漏,降低机组补水率。

  (2)火电厂节水的重点是节约凝汽器冷却用水,数量充沛的地方应尽量采用直流供水,对二次循环冷却的电厂,可通过动态试验在确保设备不腐蚀不结垢的基础上,尽可能提高循环水浓缩倍率,减少排污损失。尽可能将湿除灰改为干除灰,如必须湿除灰的,必须降低水灰比,冲灰水尽可能采用无法继续使用的废水,冲灰水尽可能采用循环方式。尽可能的改进工业冷却水系统,使部分系统采用闭式循环系统,对电厂排水实现一水多用的基础上,实现回收利用。

  (3)在基建电厂设计时,建议多采用各种节水新技术,有选择的采用全厂废水零排放技术、城市污水回用技术、采用空冷技术等等,从而为电厂节水提供更大的可能。

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