中水回用于火電廠循環(huán)水存在問題探討

楊 潔，姜 梅，張得君，周志軍，馬少謙，陳 庚

(1.甘肅電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050;2.甘肅電投張掖發(fā)電有限公司，甘肅張掖 734000)

中水回用于火電廠循環(huán)水存在問題探討

楊 潔1，姜 梅1，張得君2，周志軍1，馬少謙1，陳 庚2

(1.甘肅電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050;2.甘肅電投張掖發(fā)電有限公司，甘肅張掖 734000)

1 中水回用于火電廠循環(huán)水概況

水資源是人類生產(chǎn)和生活不可缺少的自然資源，隨著水資源危機(jī)的加劇和水環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，水資源短缺已演變成世界倍受關(guān)注的資源環(huán)境問題之一。美國早在20世紀(jì)30年代就開始將城市污水回用于冷卻水，在英國、南非和以色列城市污水回用于冷卻水都已比較普遍。經(jīng)驗(yàn)表明，將二級處理后的城市污水通過深度處理工藝完全可以滿足電廠循環(huán)冷卻水的要求。

目前，國內(nèi)水冷火電機(jī)組節(jié)水思路是降低新鮮水取水量、減少循環(huán)水的排水量。采用方法有:利用城市中水作為水源再經(jīng)深度處理作為循環(huán)水的補(bǔ)充水、降低循環(huán)水的含鹽量提高循環(huán)水的濃縮倍率、將廠內(nèi)排污水處理后重復(fù)利用等方法。其中，以城市中水作為水源用于火電廠循環(huán)水系統(tǒng)，具有節(jié)水量大、節(jié)水效果顯著的特點(diǎn)。同時(shí)，從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的正規(guī)化、規(guī)?；?，各城鎮(zhèn)均會建立污水集中處理站，這就為火電廠建設(shè)提供了水量與水質(zhì)的保證，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了空間。

城市再生水(城市中水)是指城市污水經(jīng)處理后，達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足某種使用功能要求，可以進(jìn)行有益使用的水。由此可見污水處理站對收集的城鎮(zhèn)污水進(jìn)行二級生化處理后，其出水指標(biāo)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918－2002)中基本控制項(xiàng)目的常規(guī)污染物一級標(biāo)準(zhǔn)中的A級標(biāo)準(zhǔn)，才具有再利用的價(jià)值，方可廣泛應(yīng)用于冷卻用水、洗滌用水、鍋爐用水、工藝用水、產(chǎn)品用水等多方面。但城市中水相比新鮮水中污染物的種類及數(shù)量均比較大，有懸浮物、有機(jī)物、氨氮類、硫酸鹽、微生物和化學(xué)溶劑等物質(zhì)。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 中水深度處理工藝

甘肅某城市人口數(shù)量為49萬，市污水處理廠項(xiàng)目總體建設(shè)規(guī)模按8萬t/d規(guī)劃，實(shí)施分期建設(shè)，一期建設(shè)規(guī)模為4萬t/d，現(xiàn)一期工程已竣工投產(chǎn)。處理后排放水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918－2002)中基本控制項(xiàng)目的常規(guī)污染物一級標(biāo)準(zhǔn)中的A級標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)中水提升泵站升壓后，供到該城市附近電廠(2×300MW機(jī)組)的城市中水深度處理站進(jìn)行混凝沉淀、軟化、殺菌等處理，經(jīng)深度處理后的中水作為電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。該電廠中水處理系統(tǒng)處理量為1800t/h，滿足2×300MW水冷火電機(jī)組循環(huán)水補(bǔ)水量的供應(yīng)要求。中水深度處理工藝流程如圖1所示。

圖1 中水深度處理工藝

2.2 進(jìn)、出口水質(zhì)分析

該電廠2×300MW機(jī)組循環(huán)冷卻水現(xiàn)采用城市中水為水源，其水質(zhì)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1，中水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)日常監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表1中水處理系統(tǒng)進(jìn)水質(zhì)分析

表2 中水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)日常監(jiān)測數(shù)據(jù)

該電廠以城市污水處理廠排水作為水源經(jīng)混凝、軟化、殺菌等深度處理后，全部用于循環(huán)水補(bǔ)充水，不再使用新鮮水。從以上的數(shù)據(jù)可以得出，該廠的中水深度處理系統(tǒng)出水基本滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50050－2007)標(biāo)準(zhǔn)，中水回用火電廠循環(huán)水在中水處理工藝上已能滿足水質(zhì)要求。

2.3 采用中水后效益分析

以1臺300MW機(jī)組計(jì)，如果該廠采用循環(huán)水加藥處理后其濃縮倍率控制在3.4，全年以250天運(yùn)行天數(shù)計(jì)，循環(huán)水量約為30000m3/h，蒸發(fā)損失按占循環(huán)水量的1.2%計(jì)，吹散及泄漏損失按占循環(huán)水量的0.1%計(jì)，則其排污損失率約為0.4%，補(bǔ)水量約為510m3/h。采用中水回用前后節(jié)水及經(jīng)濟(jì)效益如表3。表中中水1是指深度處理后的城市中水與新鮮水比例為2∶1;中水2是指深度處理后的城市中水與新鮮水比例為1∶1，表中的取水費(fèi)和排水費(fèi)參考蘭州市工業(yè)用水費(fèi)用。

表3 中水回用電廠循環(huán)水前后節(jié)水及經(jīng)濟(jì)效益分析

從表3可知，城市中水回用于火電廠循環(huán)水系統(tǒng)，其節(jié)水效益十分明顯。但中水深度處理的費(fèi)用也較高，以該電廠為例，綜合設(shè)備運(yùn)行所需藥劑、電費(fèi)、水費(fèi)及人員工資等費(fèi)用后，中水深度處理成本約1.21元/t，對于取排水費(fèi)用較低的城市，城市中水回用于火電廠循環(huán)水系統(tǒng)，其經(jīng)濟(jì)效益并不明顯。

3 存在問題及解決措施

3.1 存在問題

(1)對循環(huán)水濃縮倍率的影響。城市中水污染物種類復(fù)雜，其含鹽量比新鮮地表水大，試驗(yàn)表明，再生城市中水與新鮮水混合使用時(shí)，再生城市中水占比例越大，運(yùn)行時(shí)循環(huán)水濃縮倍率越小。僅以再生城市中水作為循環(huán)水時(shí)，因氨氮的硝化作用使循環(huán)水的pH較低，循環(huán)水可控制濃縮倍率反而有所升高，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的腐蝕傾向很高。

(2)對不同金屬材質(zhì)的腐蝕影響。中水回用于火電廠循環(huán)水最大的問題就是對循環(huán)水系統(tǒng)金屬的腐蝕，其原因有兩方面:一是中水中氨氮含量較大，冷卻水的pH下降，部分金屬(碳鋼、銅、鋁)遭受腐蝕;二是中水中含有大量的細(xì)菌，細(xì)菌的新陳代謝過程中分泌粘液，原來懸浮于水中的固體粒子和無機(jī)沉淀物粘合起來，附著于傳熱面形成粘泥，污泥下因水流不暢、離子濃度較高，很容易就產(chǎn)生腐蝕。同時(shí)，硫酸鹽還原菌或硫細(xì)菌等可產(chǎn)生硫化氫或硫酸，從而腐蝕金屬。目前，凝汽器的換熱管基本采用黃銅管HSn70－1和TP304、TP316不銹鋼管，循環(huán)水輸送管道及凝汽器水室為普通碳鋼材質(zhì)。凝汽器換熱管的材質(zhì)耐腐蝕性相差很大，不銹鋼管耐腐蝕性能相對較好，但其對氯離子濃度有一定限制，否則易引起不銹鋼管的應(yīng)力腐蝕。黃銅管耐腐蝕性稍差，氨氮濃度對其影響較大。普通碳鋼耐腐蝕性能最差，這可能是硫酸鹽還原菌和硫細(xì)菌把水中的硫酸鹽和硫化物轉(zhuǎn)化成酸類而造成的碳鋼腐蝕。以不銹鋼管作為換熱管的電廠，有些冷油系統(tǒng)仍為黃銅管換熱，且也采用循環(huán)水作為冷卻水，故再生水回用時(shí)應(yīng)該全面考慮對系統(tǒng)內(nèi)所用材質(zhì)的影響。

(3)對污泥附著量的影響。中水中有機(jī)物(CODCr指標(biāo))含量較大，在適宜的生存條件下，細(xì)菌繁殖迅速，污泥附著問題就越嚴(yán)重，污泥附著不僅影響換熱而且會產(chǎn)生腐蝕問題。同時(shí)溶解的有機(jī)物可消耗氯劑等氧化性殺菌劑，降低殺菌效果。

(4)其他。城市中水能否作為火電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水使用，除了在水質(zhì)上要保證外，還必須保證一定的連續(xù)供給量。同時(shí)，中水深度處理成本較高，對部分火電廠來說，費(fèi)用高影響經(jīng)濟(jì)效益，這也阻礙了中水回用的大力推廣。

3.2 解決措施

(1)中水和新鮮水混合使用。僅以中水作為循環(huán)水使用，腐蝕及污泥附著問題較為嚴(yán)重，影響循環(huán)水系統(tǒng)安全運(yùn)行，故建議中水與新鮮水混合使用，可達(dá)到防腐蝕及節(jié)水的雙重目的。

(2)使用合適的殺菌滅藻劑。中水中細(xì)菌數(shù)目龐大，種類繁多，且中水中的溶解有機(jī)物和氨氮會消耗氧化性殺菌劑，因此，采用中水后應(yīng)選擇適宜的殺菌劑，并增加殺菌劑的加入量，中水回用前應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行殺菌深度處理。

(3)加強(qiáng)循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)督。尤其是pH的監(jiān)督，中水回用的主要問題是氨氮硝化作用產(chǎn)生的酸，降低了循環(huán)水的pH，引起金屬的腐蝕。應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測循環(huán)水的pH和堿度，使之維持在金屬的鈍化區(qū)，而且循環(huán)水的pH值在7～8時(shí)，適宜硝化菌的活動，有利于去除氨氮。同時(shí)應(yīng)注意對中水深度處理后出水中磷酸鹽監(jiān)測，避免形成磷酸鈣硬垢。

(4)使用耐蝕材質(zhì)。中水中各種離子的濃度較大，回用會引起循環(huán)水系統(tǒng)金屬或建筑構(gòu)筑物的腐蝕問題，除了在水質(zhì)調(diào)整和控制方面可采取適當(dāng)防止腐蝕措施外，還可在設(shè)計(jì)、建設(shè)階段就選用耐腐蝕的金屬及混凝土材質(zhì)，為中水回用或提高循環(huán)水濃縮倍率提供可能。

(5)因中水深度處理成本較高，阻礙中水的回用，建議相關(guān)部門對中水回用采取相應(yīng)的政策性支持，鼓勵(lì)使用中水，減少新鮮水的使用。

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Discussion on the problems existing in reclaimed water used as recycled water in thermal power plants

水資源短缺已成為制約火電廠建設(shè)與發(fā)展的瓶頸。近年來，火電廠為提高水的利用率、降低新鮮水取水量而采用了以城市污水處理廠出水(中水)為水源，經(jīng)深度處理后回用于循環(huán)水的節(jié)水方法。分析了該方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題提出了解決方案，使中水作為水源用于火電廠循環(huán)水更加具有實(shí)用性。

中水;火電廠;循環(huán)水;節(jié)水

Water shortage has become the bottleneck of the power plant construction and development.In recent years，in order to improve the water use efficiency and reduce the usage of fresh water，thermal power plants have adopted the water saving method that uses the deeply treated municipal sewageas recycle water(reclaimed water).The advantages and disadvantages of the method were analyzed，and the solution to the problems which may occur during the testing or applying process were provided，to make it more practical to use the reclaimed water as recycle water in thermal power plants.

reclaimed water;thermal power plants;recycled water;water saving

X703.1

B

1674－8069(2011)02－035－03

2010-09-21;

2011-02-17

楊 潔(1968-)，女，河北昌黎人，高級工程師，主要從事于火電廠化學(xué)及環(huán)境保護(hù)等方面的研究工作。E－mail:yangjieyj@yahoo.com.cn