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由图1可知,改造前全厂水平衡存在以下问题。
(1)循环水浓缩倍率较低,改造前其控制数值为4.0,循环水耗水量为1 146 m3/h,循环水排污量为256 m3/h,均比较大。
(2)输煤、除渣系统耗水量异常。由于采用湿除渣系统,且没有设置渣水冷却热交换系统,造成冷却水补水量和排水量非常大。同时由于全厂含煤废水处理系统流程简单、设备老化,造成含煤废水无法回收利用。
(3)化学除盐水系统废水未实现分质回收。除盐水系统中各类废水、凝结水精处理废水及锅炉排污的除盐水改造之前均混合排放,未实现回用。
(4)生活污水未实现回用,仅收集后排放,造成一定水资源浪费。
02 节水及废水综合利用改造项目的实施
1 节水及废水综合利用改造原则的确定
全厂水平衡是节水和废水综合利用改造的基础,针对水平衡反映出的问题,该电厂全厂节水及废水综合利用原则确定为:提高循环水浓缩倍率,改造煤水/除渣设施,减少系统水耗,对工业废水分类回收、分质处理,实现阶梯用水,实现全厂废水达标排放,最终实现废水零排放。
2 提高循环水浓缩倍率
(1)浓缩倍率的确定
影响浓缩倍率的主要因素为循环水中碳酸盐碱度、硬度、悬浮物、Cl-含量和凝汽器材质等。浓缩后的循环水中各离子含量应遵循的规定数值见表1。
原水水质中主要离子质量浓度见表2。
由于该电厂凝汽器管材采用S31603不锈钢,能耐1 000 mg/L的Cl-,故根据原水水质并结合表1数值,理论上该电厂循环水浓缩倍率可以达到8~10。
同时该电厂委托西安热工院对水源水质浓缩倍率的提高进行了缓释、阻垢试验和凝汽器管材耐腐蚀试验,结果表明,不同药剂条件下浓缩倍率均可达到9.5以上,但考虑加药成本和实际应用情况,应用系数取0.8,确定循环水浓缩倍率取值应不高于7.6。
经过二次水平衡后,改造后本工程浓缩倍率最终确定为7.26,高浓缩倍率运行后,Cl-<425 mg/L,SO42-< 725 mg/L,完全可以作为下游脱硫、输煤、除渣系统的工艺用水消耗,不需外排废水。
(2)新建原水预处理系统
根据该电厂水质分析可知其钙镁硬度、碳酸盐碱度均较高,且未经任何处理直接补到冷却塔,限制了循环水浓缩倍率的提高,为实现高浓缩倍率运行,需将原水碱度控制在50 mg/L(CaCO3计)以内,故新建1套原水预处理系统,用于去除硬度和碱度。
循环水补水除硬度、碱度等致垢性离子的技术有石灰处理技术和离子交换技术等。相对于离子交换技术,由于石灰处理技术不仅去除硬度、碱度,同时可以去除悬浮物和有机物等杂质,减少化学药剂的消耗成本,且能实现自用水回用,不进一步产生额外废水,本工程原水预处理系统采用“石灰软化-过滤器”工艺,出水作为循环冷却水系统、化学水处理系统的补水及工业水,工艺流程:补充水→原水池→原水泵→石灰软化反应池→澄清水池→提升水泵→孔隙调节型纤维过滤器→清水池→清水泵→循环冷却水系统、化学水处理系统的补水及工业水。结合全厂水平衡,并考虑一定裕量,原水预处理系统出力按2×650 m3/h考虑。
系统出水水质为暂时硬度<50 mg/L(CaCO3计),pH为6.8~8.5,悬浮物<2 mg/L。
由于原水预处理系统排泥主要物质为CaCO3沉淀,相对于脱硫所需的石灰石总量,其占比很小,对脱硫效率和石膏品质影响很小,并且在多个电厂已经成功运行,故原水预处理排泥直接用于脱硫剂,输送至脱硫系统回用,一方面减少了脱硫系统石灰石的耗量;另一方面取消了原水预处理污泥处理设施,节约投资达300万元。
(3)循环水旁流处理
根据总体改造方案,为保证循环水清洁度,维持高浓缩倍率运行,循环水悬浮物应控制在100 mg/L之内,需建设旁流过滤系统,旁流处理量按照循环量的1.5%考虑,设置1 200 m³/h的旁流处理设施。旁流处理管道从冷却塔原有循环水管道接出,循环水经提升泵通过过滤器(4×400 m³/h,3运1备)去除悬浮物及微小杂质,出水再返回到循环水系统。过滤器反洗系统与原水预处理设施共用。设置1套过滤器反洗排水回收及转移系统,包含回收水池、回收水泵,与原水预处理系统共用。反洗排水回收至原水预处理系统原水池,从而达到节约废水排放和减少取水的目的。
3 含煤废水、除渣系统改造
(1)含煤废水系统改造。经过梳理老厂煤水系统现状,重新核算含煤雨水容量,对二、三期煤场煤水收集系统进行完善,设置煤场雨水收集池,对二期和三期煤场煤水沉淀池进行改造,并新建煤水深度处理设施,处理工艺选择预沉池+电絮凝,处理水量为30 m3/h,确保不再取用消防用水,实现煤水系统闭路循环,达到输煤系统废水零排放。
(2)渣系统零溢流改造。该电厂改造前湿式除渣系统没有设置渣水冷却热交换系统,需补充大量冷却水,降低渣水温度,满足炉底密封水要求,造成渣溢流水量大,不能满足排放要求。本次改造,将渣水循环系统改造升级为零溢流槽体内闭式冷却循环系统,实现渣系统零溢流。零溢流槽体内闭式冷却系统布置于捞渣机及渣水系统内。渣井固定补水系统加设流量计和截止阀,以控制渣井进水量,采用PLC实现闭环控制。为防止灰渣对换热器的冲击,每套换热器均设置防护罩。
4 工业废水
工业废水主要为锅炉补给水处理系统排水,包括过滤器反洗水、反渗透浓水、再生废水和化学取样及锅炉排污排水,此部分废水原设计为统一收集后排放,造成水资源浪费。通过改造,将以上各类废水进行分类收集、分质回用,全部实现综合利用。
(1)过滤单元反洗水的回收利用。此部分废水主要为锅炉补给水处理系统超滤和过滤器反洗排水,除悬浮物高外,离子含盐量与原水水质无差别,经过收集后,返回至原水预处理系统。
(2)反渗透浓水。此部分废水悬浮物和有机物含量很低,含盐量较高,根据原水水质,反渗透浓水中Cl-< 250 mg/L,SO42-< 400 mg/L,满足脱硫工艺水要求,故收集后用于脱硫工艺水。
(3)再生废水。再生废水主要为锅炉补给水和凝结水精处理系统酸碱再生废水。再生废水的排放是分段进行的,树脂输送、清洗、分离、混合步序以及阴/阳树脂正洗后期步序时,其排水为低盐废水;阴/阳树脂进酸/碱、置换以及阴/阳树脂前期正洗步序时,其排水为高盐废水;低含盐部分预计占再生废水总量的60%~70%左右,因此有必要进行回收。
为达到分段收集再生废水的目的,在各再生废水排水母管上设置在线电导率仪表,并将排水母管通过三通分为两路:一路用于收集低含盐废水;一路用于收集高含盐废水。低盐废水作为全厂原水补入原水预处理系统,高盐废水与脱硫废水排至灰场喷淋。
(4)化学取样及锅炉排污水。机组正常运行时,化学取样及锅炉排污水水质虽比除盐水水质差,但远好于水源水质,若此部分废水均外排,将造成较大浪费,本改造工程将此部分废水收集,作为原水补充水。
5 生活污水
该厂虽有生活污水处理装置,但由于工艺落后及设备老化,产水不达标,本阶段对生活污水进行改造,采用集中式生活污水处理装置,产品水用作循环水补充水。
6 末端高盐废水
本工程末端高盐废水主要为脱硫废水和再生高盐废水,由于脱硫工艺水采用高浓缩后的循环水,为保证脱硫效果,脱硫废水量增加2 m3/h达到15 m3/h,考虑到2 m3/h的再生高盐废水,本工程末端高盐废水量共计为17 m3/h。由于其含盐质量浓度达到40 000 mg/L以上,厂内无法回用;经过脱硫废水处理站对悬浮物、重金属、F-及COD等污染物去除后,本阶段用作灰场防尘喷淋,同时预留膜浓缩+结晶蒸发工艺场地,远期实现废水零排放。
03 改造后全厂水平衡
经过节水及废水综合利用改造后水平衡见图2。
由图2可知,相比于改造前,全厂取水节约288 m³/h,排水减少223 m³/h,除17 m³/h高盐废水外,全部废水实现了回用,同时为下一阶段废水零排放的实施创造了良好的条件。改造后各系统节水情况见表3。
04 结 论
发电厂节水及废水利用是一项综合工程,重点在于水平衡的优化,通过控制好循环水浓缩倍率和废水阶梯利用、分类处理、分质回用,从而实现节水及废水综合利用。改造后的该电厂可实现全年节水约153万m³,减少废水排放112万m³,水价为2.7元/m³,节省取水费用约413万元,实现了一定的社会和经济效益。
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