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[循环水处理]大型火电厂高浓缩倍率循环冷却水处理技术与实践
发布时间：2009/6/10  阅读次数：3772  字体大小: 【小】 【中】【大】
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大型火电厂高浓缩倍率循环冷却水处理技术与实践
电站辅机      1999年3月 第1期
王   翔   王佩璋         山西省电力勘测设计院
摘   要:论述了大型火电厂高浓缩倍率循环冷却水处理的现行技术、应用效果、适用条件等。特别是国内首次采用带旁滤加药的石灰加酸处理技术与实践以及在弱酸树脂处理实践的基础上最新发展了采用反渗透处理技术，最终使循环冷却水系统实现零排污。
关键词:大型电厂       循环冷却水       高浓缩倍率       处理技术与实践       节水       循环水系统零排污
收稿日期:1998--07-17
1   概述
       大型火电厂高浓缩倍率循环冷却水处理技术是指循环冷却水的浓缩倍率达到3
及以上的处理技术。遵照1998年国家电力公司下达的《火力发电厂节约用水的若干意见》要求，循环冷却水的浓缩倍率，根据不同水质、凝汽器管材、通过试验并经技术经济分析比较后确定。各种循环冷却水处理方案一般应达到以下效果:(1)加防垢防腐药剂及加酸处理，浓缩倍率应在3左右;(2)采用石灰处理，浓缩倍率应在4左右;(3)采用弱酸树脂等处理方式，浓缩倍率应在4以上的指示条文。这些指示条文，充分说明了大型火电厂循环冷却水处理技术，朝着节水、节能、满足环境保护要求的几方面来发展。
2   高浓缩倍率循环冷却水处理在国内外火电厂上实践的要点
2.1国外火电厂实践要点
2.1.1德国八个火电厂的循环冷却水处理，全部来用石灰软化--阻垢剂的处理方式，其浓缩倍率达3-6，大部分为4，效果良好。
2.1.2美国火电厂的循环冷却水处理主要采用软化或旁滤加药处理。其浓缩倍率多在3-3.5，仅在美国西部火电厂采用石灰软化--旁滤脱盐的复合处理，其浓缩倍率可超过10.
2.1.3澳大利亚南威尔士州的4 X 660MW贝司握德电厂的循环冷却水来用旁流处理。该厂水源取自含盐量很高的立德尔湖的湖水，先经石灰处理再经旁流处理，使该厂达到废水零排放水准。其处理概况如下:
       (1)石灰软化处理设备--装有两台直径必42m澄清器，总出力为5000m3/h.
       (2)循环水旁流处理设备--按循环水量的3%作为旁流处理量，采用降碱装置
和反渗透装置。
       (a)降碱装置中的过滤器，每机(660MW)6台，每台出力267m3/h.
       (b)降碱装置中的离子交换器罐，每机4个，其出力为1552m3/h，可除钙、镁离子。
       (c)反渗透每机设两组，每组处理能力187.5m3/h，含盐量高达2500mg/L的循环水。该装置可除去90%离子。处理后的水量有82.5%约300m3/h进循环冷却水系统。
2.2国内火电厂实践要点
2.2.1山西神头第二发电厂的循环冷却水处理在90年代首次采用石灰软化--加酸--旁滤加药处理，效果良好，浓缩倍率达4.32--4.64.
2.2.2大同第二发电厂的循环冷却水处理在80年代末，首次采用弱酸树脂处理，浓缩倍率可达4--4.5.
2.2.3山东邹县电厂的循环冷却水处理初期采用硫酸--阻垢剂复合处理，可使浓缩倍率达3.7左右;内蒙古达拉特电厂浓缩倍率也达3.41.
3   高浓缩倍率循环冷却水处理的现行技术
3.1石灰软化一加酸一旁滤加药处理技术
3.1.1适用条件
       (1)该法适用于严重缺水地区，当地能供应高纯度的石灰粉，适合于以暂硬为主水质的生水。
       (2)该法处理技术较为全面，循环水浓缩倍率可达4-5倍。
       (3)适合于单机容量为300M W , 600MW级的以采用镁硬含量很少的地下水作水源的火电厂。
       德国来用此法较多，非常强调石灰软化处理要辅以阻垢剂稳定处理和凝汽器连续胶球清洗，可维持浓缩倍率4-6运行。
3.1.2优缺点
       该处理法优点是处理能力大，运行费用稍低。存在问题是投资大，石灰分场供应的石灰粉纯度要求高，环境也差。
3.2 100%弱酸树脂交换处理技术
3.2.1适用条件
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  • 评论人：[dajiangjunwang] 时间： [2009/6/10 12:41:54] IP：[125.107.197.24*]
  • 河北西柏坡电厂因需满足当地环境保护特殊要求，需采用循环水系统零排污方案，并于1998年投运。该项水处理工艺的基本思路是对1号、2号火电机组湿冷塔的排污水进行弱酸树脂处理，作为3号、4号火电机组湿冷塔的补充水;而对3号、4号火电机组湿冷塔排污水，因被浓缩采用反渗透膜技术处理，其被二次浓缩的浓水作为火电厂冲灰用水，而分离出淡水作为火电厂化学补给水的水源。此外，还对湿贮灰场的渗透水抽回，作电厂冲灰、水源，这样基本上达到了循环水系统零排污方案要求。 6.4小结 反渗透技术在国内火电厂水处理系统中，多是用在锅炉补给水的处理上。例如内蒙古海勃湾电厂600MW装机容量，使用高含盐量达800 - 1000mg/L的水质，于是采用反渗透处理技术，其处理能力为3 X 45t/h,脱盐率达95%以上。1998年投运的河北西柏坡电厂采用反渗透处理循环水系统的排污水是个良好开端，同时也为火力发电综合节水技术增添新内容。
  • 评论人：[dajiangjunwang] 时间： [2009/6/10 12:40:35] IP：[125.107.197.24*]
  • 5.5.1补充水水质控制指标 补充水(即弱酸软化水)水质控制指标为:碱度为0.8mmol/L、硬度(0.5mmol/L,钙离子毛0.2mmo1/L. 该厂多年实践表明，当生水硬碱比在0.88-1.02范围内，控制弱酸氢离子交换器出水硬度(1.0mmo1/L为失效点。再生水平一般在156.8g/L左右，弱酸软化水的碱度为0.35 ~ 1.35mmol/L、硬度为0.3-0.6mmo1/L、钙离子为0.1-0.3mmo1/L, PH为5.7-6.5,溶解固形物206--260mg/L,氯离子 35--49mg/L. 5.5.2循环水水质控制指标 该厂经试验室结垢特性试验得知:在上述补充水水质指标下，循环水极限碱度为4.3mmo1/L,极限硬度为2.58mmo1/L，极限浓缩倍率为5.56倍，据此确定循环水水质控制指标为:浓缩倍率4-4.5倍、全碱度3.2 -3.6mmo1/L、硬度.0-2.6mmo1/L、钙离子 <1mmol/L. 5.6效果与效益 5.6.1防腐防垢效果 投产发电五年后，凝汽器大修检查和运行经济指标考核可得出如下结论:循环水系统补充水采用弱酸氢离子交换工艺进行外部处理，循环水处于高浓缩倍率(K=4-4.5)下运行，防垢效果良好，防腐效果由于K值有时高达7-9倍，对凝汽器铜管有轻度腐蚀。 5.6.2节水效益 该厂循环水采用弱酸处理后，在循环水高浓缩倍率(K=4)运行下，可使200M W火电湿冷机组的循环水系统本身耗水水平由常规投加水质稳定剂阻垢法处理的 0.98m3/sGW降至0.694m3/sGW，即节水率为29%.初步统计4 X 200MW机组节水量约908m3/h，全年节水量约600 X 104M 3/a，按1995年水价为1.20元计算，该厂每年节水费达720万元。 6 反渗透在处理循环水系统的排污水上的应用—弱酸处理的发展，实现火电厂循环水系统零排放 6.1概述 在火电厂综合节水中循环冷却水处理是关键一环。目前已在一些火电厂取得了弱酸树脂处理实践经验基础上又有新的发展，即将反渗透的膜技术，开始用于循环水系统的排污水处理上并有国内外实例，最终使循环水系统达到零排污水准。 6.2膜技术 所谓膜技术是指新兴的高效分离技术,也就是说，它系浓缩、提纯、净化技术。该技术是用高分子薄膜作介质，以附加能量为相动力，对双组分或多组分溶液进行表面过滋分离的物理处理方法。膜技术按照膜上孔眼大小的不同分四种类型，即微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)及反渗透(RO)等。〔电渗析(ED)也属膜技术，它系利用膜的选择透过性，以电场力为推动力的膜分离技术工。总之，膜技术是目前水处理行业最佳的处理技术。 6.3反渗透技术--膜技术的一种类型 6.3.1基本原理 有许多天然或人工的薄膜对于物质的透过具有选择性。当两种浓度不同的溶液(这里指浓水与淡水)被一层半透膜隔开时，只有溶剂(水)可以通过，而溶质(盐)却不能通过，这样水从淡水侧向浓水侧流动，当流动产生动态平衡时，在两种不同浓度的溶液面产生高差或称压差，这个压差称为渗透压。 如果向浓水侧施加压力以至于超过渗透压则浓水中的水会反方向通过半透膜流进淡水侧中，这就是反渗透。 反渗透膜对水中离子和有机物的去除机理目前为大家普遍接受的理论是:认为起作用的半透膜可以看作是对扩散的非孔屏障，水和溶质被溶解在膜内，靠浓度梯度和压力梯度扩散过去。反渗透膜对水中离子和有机物的去除性能，具有以下规律: (1)高价离子的去除率大于低价离子 (2)去除有机物的特性受分子结构和膜材料亲和性影响，大致趋势为 (a)分子量一高分子量>低分子量 (b)亲和性一醛类>醇类>胺类 6.3.2具体应用概述 (1)反渗透在国外火电厂循环冷却水处理上的应用 南非国是属于水资源严重贫乏的国家。火电厂冷却主要来用节水型空冷技术、干除灰技术、循环冷却水旁流净化技术。除此之外，也采用反渗透技术用于处理循环冷却水。 南非国供电委员会(ESKOM)所属该国28座火电厂发出电力占南非电力工业近96%。该ESKOM对火电厂循环冷却水进行反渗透与电渗析两种方式处理，其处理后的淡水，回用于循环水系统。 (2)反渗透在国内火电厂循环水系统排污水处理上的应用
  • 评论人：[dajiangjunwang] 时间： [2009/6/10 12:39:23] IP：[125.107.197.24*]
  • 5.1概述 该厂4 X 200MW湿冷机组分别于1984年6月、12月、1985年10月及1986年12月投运。循环冷却水弱酸处理装置共采用4X4台=16台Φ3000单流式弱酸离子交换器，每台需装D113弱酸树脂约10t，随机组同时投入。通过多年来的运行实践，使该厂循环水浓缩倍率达4-5倍下运行，阻垢效果良好，循环水系统本身节水显著(节水率29%). 5.2水质与去除率 (1)设计水质为地下水，其水质主要成份如下:PH值7.88,溶解固形物401mg/L,硬度3.96mmo1/L、碱度4.20mmo1/L、钙离子1.82mmo1/L、镁离子2.14mmo1/L,氯离子37mg/L. (2)弱酸软化水水质、PH值5.81、溶解固形物234mg/L、硬度0.4mmo1/L、碱度0.55mmo1/L、钙离子0.15mmo1/L,镁离子0.25mmo1/L,氯离子37mmo1/L. (3)去除率 溶解固形物为41.65%、硬度为89.9%,碱度为86.9%、钙离子91.76%,镁离子88.32%. 5.3设备与系统 5.3.1该电厂4 X 200MW湿冷机组循环水系统为一机一塔单元制，循环冷却水弱酸氢离子交换水处理工艺系统为并联母管制，共设16台Φ3024mm弱酸氢离子交换器，2台Φ3024mm离子交换树脂装卸缸。弱酸氢离子交换器内装有D113弱酸树脂，其装载高度为1400mm，每台设计出力为165t/h，设计总出力为2000t/h. 5.3.2循环水系统补充水的弱酸处理流程见图3。由图3可以看出，经处理过的弱酸软化水分三路用泵送出，最后都排人循环水系统作为补充水补入。 弱酸树脂采用硫再生，再生工艺为顺流一步再生。 5.4弱酸树脂运行特性 影响D113弱酸树脂运行特性的因素主要有:运行流速、水温、树脂层高度、树脂有交粒径、机械强度以及生水硬碱比。该厂生水温度为12-15`C,生水硬碱比在0.9-1.1范围内时运行流速在25 - 30m/h，对工作交换容量没有明显影响。 5.4.1运行指标 运行周期:50h左右周期制水量为8600t，工作交换容量3100-3200mmol/m3(树脂)，酸耗50一55g/mol，酸再生率98%. 5.4.2自用水率N 自用水率包括反洗、再生、置换和正洗几个过程的用水率总和，而且都与再生水平有关。当再生水平为156.8g(硫酸)/L(树脂)，自用水率为5.64%，当为183.5g/L时，则N=8.33%. 5.4.2出水水质 当再生水平为183.5%时，硬度去除率达91.25%，碱度为90.7%，硬度由4.Ommol/L降至0.35mmo1/L，碱度由4.3mmo1/L降至0:40mmo1/L. 5.5水质控制指标 循环水水质指标主要应从两个方面着手，一方面要对补充水水质进行控制，这是循环水系统防腐防垢的前题和基础;另一方面要对循环水水质进行监督和处理，及时掌握与控制循环水的水质状况，使循环水水质始终保持在其极限碳酸盐硬度以下，以达到防止凝汽器铜管结垢的目的。
  • 评论人：[dajiangjunwang] 时间： [2009/6/10 12:38:34] IP：[125.107.197.24*]
  • 4.4.1处理目的 据资料报导，当循环冷却水在其循环过程中受到污染，不能满足循环水水质标注或因需提高浓缩倍率、而使循环水浊度增加时，为此需配备旁滤处理。若同时尚需降碱除盐则需考虑旁流处理。 4.4.2处理方式 循环水旁流过滤、加药处理是从循环水系统中分流出百分之几的水量作为旁流水进行过滤、加药处理。 4.4.3旁流过滤的水量 按国家标准GB50050-95的《工业循环冷却水处理设计规范》旁流水处理的规定，对敞开式循环冷却水系统，其旁滤水量应按理论公式计算或可按循环水量的1%--5%选用。 该厂采用循环水量的0.75%作为旁滤水量，2 x 500MW火电机组的循环水量为116960m3/h，于是旁滤水量接近900m3/h远远小于规范所定水量，这是因为这套旁滤、加药处理装置系随火电设备全套引进的捷克设备，构成循环水处理新技术，并在国内首次应用，故不宜改动旁滤水量。 4.4.4旁流水处理流程 循环水泵出口分流--6台中3000双层双流机械过滤器(每台出力为150m3/h)--加药(DDF-2A阻垢剂和氯酊)--循环水泵前池，如图1所示。 4.4.5双层双流机械过滤器 (1)结构特性 双层双流机械过滤器不同于一般机械过滤器。该过滤器的过滤床上部空间和喷嘴底部、下部空间之间的传输管道布置均在过滤器内部。详见图2. (2)双层双流过滤器参数 额定出力150-180m3/h 运行流速180m/h 滤层高度，无烟煤400mm、石英砂200mm, 1060mm 滤料细度，无烟煤1.7 - 3.Omm、石英砂8-12mm, 2-4mm (3)双层双流机械过滤器在2 X 500MW火电机组循环水系统的旁滤上的应用。 每台500M W机组配备3台双层双流过滤器，每台床出力为150m3/h，每台机组为450m3/h。运行同期一个月处理水量为32.4 X 10 4M2，主要去除循环水中的机械杂质和悬浮物，降低其浊度运行控制浊度少5mg/L.1993-1994年过滤器出人口浊度数据见表4, 从表4分析可以看出，双层双流过滤器的去污除浊效果明显，每台床除浊率达70%左右，从而改善水质，延长凝汽器运行寿命。 4.4.6循环水旁流加药处理 经双层双流过滤器后的过滤水，加人DDF-2A阻垢剂和氯配，进人循环水泵前池内。加药目的是为降低循环水的碱度、硬度。结果如下:处理前平均硬度为5.8mmo1/L，处理后为5.64mmo1/L，处理前酚酞碱度平均为0.16mmo1/L，处理后为0.13mmo1/L,处理前甲基橙碱度平均为1.53mmo1/L，处理后为1.49mmo1/L。由此说明是有效果的。 4.5循环冷却水处理效果 神头第二发电厂2 X 500MW火电机组的循环水经处理后，效果良好。 4.5.1对凝汽器检查分析 (1)在1994年7月21日检查，凝汽器水侧进出口铜管均呈本色。铜管内部存有 0.05 -0.11mm的软泥垢，管口用手摸有光滑感，无杂物，也无堵塞现象。 (2)循环冷却水经处理后(含旁流过滤)从1993年10月全部调试正常后，循环 水水质控制在合格率由原来的 50%提高到98%左右，凝汽器铜管内部积泥量明显降 低，从而使循环水浓缩倍率由原来的2.5倍提高到现在的4倍，大量节水和安全经济运行。 5 弱酸树脂处理循环冷却水在80年代末期于大同第二发电厂上的应用实践
  • 评论人：[dajiangjunwang] 时间： [2009/6/10 12:37:23] IP：[125.107.197.24*]
  • 该处理法适用于严重缺水地区，要求节水量较多，维持浓缩倍率控制在4-5,碳酸盐硬度大于2mmo1/L，碱度较高、硬碱比适中的水质，硫酸根含量较高、水中悬浮物含量小于5mg/L的地下水作为火电厂循环水系统补充水以及硫酸货源品种和运输条件具备的电厂。 据有关资料统计分析可知，在以地下水或自来水为火电厂补充水水源的水质中，几乎所有水质的碳酸盐硬度都大于或等于2mmol/L，硬碱比为0.8-1.3的水质中占统计水质的70%，由此可见，该处理法具有普遍适用性。 3.2.2优缺点 该处理法技术成熟、运行可靠、操作简便，易于实现自动化、环境清洁，倍受青睐。存在问题是投资稍大，设备空间未充分利用。 3.2.3改进 改进后的设备，由原来的单流式交换器改进为双流式交换器。这样，相当于把两个(单流式)弱酸树脂层同装在一个(双流式)交换器内，并列运行，可使处理能力提高近一倍。双流式交换器优点如下: (1)节省树脂用量约12.5%,(2)再生剂利用率高，可节省硫酸约15%,(3)自用水率由7%降至5%,(4)出水水质更好(5)经济效益好(节省投资20%，降低年运行费14%，吨水比价由0.325元/m3水降至0.274元/m3水)。 3.2.4改进后应用 采用双流式交换器的弱酸树脂处理循环冷却水的火电厂，计有山西阳泉第二发电厂于1997年投运，其浓缩倍率为4. 3.3硫酸--阻垢剂稳定处理技术 3.3.1适用条件 该处理法适用于特定情况下可维持循环冷却水浓缩倍率为3的处理技术，要求节水量不显著的缺水地区火电厂。 3.3.2优缺点 该处理法投资少、占地少、技术条件简单。缺点是加酸后水中的水硬和中性盐的含量增多，尤其是当循环冷却水中SO4 2-含量是随着加酸量而增加，这对高浓缩倍率下运行的循环水系统是不利的。其次磷酸盐是菌藻类的营养物，会促进它的生长与繁殖。当采用有机磷系稳定剂处理时还存在排出废水对环境有污染问题。 4 石灰软化--加酸--旁滤加药处理循环冷却水在90年代于山西神头第二发电厂上的应用实践 4.1概述 该厂循环冷却水处理包括有高压水冲洗、胶球清洗、凝汽器、石灰加酸处理、旁滤加药处理等内容。特别是对循环水系统的补充水采用石灰加酸--旁滤加药的处理技术。该处理技术的处理效果良好，循环水浓缩倍率K=4.32-4.64，因而使这座百万千瓦级电厂全厂耗水量为3508m3/h,其循环水系统的补充水量为2223m3/h，占总额的63%)折0.975m3/SGW，运行水耗(当年利用小时为5500h时)为5.588kg/kwh. 4.2用高压水冲洗凝汽器与胶球清洗凝汽器 4.2.1 2 X 500MW机组的凝汽器 每机配2台凝汽器，每台冷却面积为12040m2，共24080m2，铜管为2 X 15720根，铜管规格为中25 X 1 X 10000。循环冷却水量50400m3/h. 4.2.2用高压水冲洗凝汽器 籍助于凝汽器小修之防，对铜管用42MPa高压水进行冲洗，效果明显。 4.2.3胶球清洗凝汽器 该厂凝汽器配备胶球清洗系统，在运行中定期清洗，发现约有1/5铜管能明显看出胶球擦洗痕迹。 4.3循环水系统补充水的石灰加酸预处理 4.3.1预处理工艺流程 预处理出力为3300m3/h,夏季补充水量为2223m3/h，炎热期补水量为2800m3/h. 该厂石灰加酸预处理设备是从德国MAN公司引进的，其预处理的工艺流程是 ...... 4.3.2预处理的设备规范 (1)水力循环澄清池 该澄清池较机械加速澄清池具有操作简单，检修维护量小等优点。 (2)重力式过滤池 由表3可以看出，德国MAN公司的滤池冲洗用水和水耗都比较大，但该公司在设计上考虑了反洗废水的回收设备，增设了一座700m3废水池和两台100m3/h的废水回收泵。经计算每天可回收约2000m3反洗废水。 (3)石灰系统设备 按机组配备并采用单元式布置。每个单元配备有石灰筒仓、破拱装置、螺旋给料机、计量、除尘和排气等设备，较好地解决了干粉计量中的粉尘污染问题。 德国MAN公司在石灰系统设备中突出的设备是BAV2402型振动给料斗装置，基本解决了石灰筒仓的阻流、搭拱问题。该装置具有调节简便、运行可靠、噪音低以及兼有破拱给料等功效的特点。 (4)加药系统设备 按机组配备并采用单元式布置。根据生水流量的变化，按比例加入石灰、硫酸亚铁和氯气。此外，德国MAN公司增设一套聚电介质的加药系统，以提高凝聚效果。 4.3.3循环水补充水水质 补充水经石灰加酸预处理后，其出水水质如下: 钙离子0.21 - 2mmo1/L、镁离子0.585mmol/L. 硫酸根0.8mmo1/L,碳酸氢根0.55mmol/L. 氯根0.352mmo1/L、不溶解物质1-2mg/L. 有机物2mg/L, PH值(25C )8.3 酚酞碱度0、甲基橙碱度0.55mmol/L 二氧化硅 8mmol/L 4.4循环冷却水旁流过滤、加药处理
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