污水再生直接用于燃氣熱電廠生產(chǎn)的技術(shù)方案

崔萌陳北洋

（1天津華電福源熱電有限公司 天津 300170 2華電水處理技術(shù)工程有限公司 天津 300170）

1 工程概況

京津地區(qū)是我國重要的政治經(jīng)濟中心，該區(qū)域作為環(huán)渤海經(jīng)濟圈的核心，在經(jīng)濟發(fā)展的同時，日趨惡化的環(huán)境問題引起了社會的廣泛關(guān)注。天津華電武清燃氣分布式能源站以天然氣為燃料，通過能源的梯級利用，實現(xiàn)熱電冷及生活熱水多聯(lián)供，綜合能源利用效率可以達到70%，并收集開發(fā)區(qū)內(nèi)污水，經(jīng)過再生處理后回用于電廠，滿足循環(huán)冷卻用水、余熱鍋爐補給水及熱網(wǎng)補給水用水需求。具有較好的經(jīng)濟、環(huán)境、社會效益，并為電力發(fā)展拓展空間[1]。

天津華電武清燃氣分布式能源站位于天津武清開發(fā)區(qū)三期西區(qū)，規(guī)劃建設4×200MW燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組，一期工程建設2×200MW機組，利用武清開發(fā)區(qū)三期西區(qū)污水處理廠的再生水作為生產(chǎn)水源，采用改良A/O工藝（二級處理），經(jīng)高密度沉淀池及纖維轉(zhuǎn)盤過濾、消毒（三級處理）后排放；污泥采用機械直接濃縮、脫水方式。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用經(jīng)“石灰軟化+變空隙濾池過濾技術(shù)”處理后的一級A中水。循環(huán)冷卻水經(jīng)過“活性炭過濾加超濾反滲透工藝”處理后用作補給水及熱網(wǎng)循環(huán)水補充水。

2 污水處理工藝

2.1 污水處理廠水質(zhì)標準

根據(jù)調(diào)查，武清開發(fā)區(qū)三期西區(qū)污水處理廠進水水質(zhì)如表1所示，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中城鎮(zhèn)污水處理廠一級A標準。

表1 武清開發(fā)區(qū)三期西區(qū)污水處理廠進出水水質(zhì)

2.2 污水廠設計規(guī)模

根據(jù)武清開發(fā)區(qū)三期西區(qū)污水量核算及現(xiàn)有企業(yè)單位建設及運營進度，設計污水處理廠分兩期建設。一期建設規(guī)模：10000 m3/d，近期總變化系數(shù)：k=1.58，近期最大設計流量：Q=0.183 m3/s，設計水溫：12℃；二期建設規(guī)模：20000 m3/d，總計建設規(guī)模：30000 m3/d。

2.3 污水廠處理工藝

采用改良A/O工藝（二級處理），經(jīng)高密度沉淀池及纖維轉(zhuǎn)盤過濾、消毒（三級處理）后排放；污泥采用機械直接濃縮、脫水方式。

2.4 能源站臨時再生水水源

天津華電福源熱電能源站循環(huán)冷卻水補水量15000 m3/d，預計2014年底武清開發(fā)區(qū)三期西區(qū)污水量為6000m3/d，為保證能源站循環(huán)冷卻水補水，暫時考慮引進外調(diào)水源，引水規(guī)模為10000 m3/d。

實際引水從武清第一污水處理廠（設計水量30000 m3/d，實際水量26000-27000 m3/d，污水以工業(yè)污水為主，污水符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準。

在武清第一污水處理廠附近設臨時輸水泵站一座，輸水量10000 m3/d，占地80m2，潛水泵 3臺（2用1備），流量210m3/h，揚程30m。

輸水管線一條總長2530米，選用DN315PE塑料管。

3 再生水回用作燃氣熱電廠循環(huán)水處理系統(tǒng)設計

3.1 燃氣熱電廠水系統(tǒng)基本流程

本工程新建2套（1+1+1）型式的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，即1臺燃機、1臺余熱鍋爐和1套汽輪發(fā)電供熱機組，總裝機容量為2×（120+60 MW）。主要工藝流程如圖2所示?？諝饨?jīng)由壓氣機壓縮后，進入燃氣輪機燃燒室中參與天然氣燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣帶動燃氣輪機做功。燃氣輪機排出的高溫排氣在余熱鍋爐中放熱，使余熱鍋爐內(nèi)的給水（主要是補給除鹽水）變成蒸汽，再送入蒸汽輪機中做功。做功后的排汽由蒸汽輪機低壓缸排至凝汽器，在凝汽器中的低壓缸排氣被銅管中流動的循環(huán)冷卻水冷卻后形成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)加熱器加熱后由給水泵輸送至余熱鍋爐實現(xiàn)水循環(huán)。循環(huán)冷卻水在循環(huán)水泵的作用下，進入凝汽器銅管冷卻蒸汽輪機排汽，最終回到冷水塔[2]。

圖2 燃氣熱電廠基本生產(chǎn)流程

燃氣熱電廠的水系統(tǒng)主要分為循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)以及熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)冷卻水的主要作用是將凝汽器中低壓缸排氣冷卻成凝結(jié)水。凝結(jié)水構(gòu)成了燃氣熱電廠的基本水循環(huán)，在化學除鹽水不斷補給的情況下可以實現(xiàn)余熱鍋爐-蒸汽輪機的汽水循環(huán)。熱網(wǎng)循環(huán)水在熱網(wǎng)加熱器被蒸汽汽輪機抽氣加熱，經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)泵輸送到熱用戶，熱網(wǎng)循環(huán)水在用戶側(cè)完成放熱后，最終返回熱網(wǎng)首站，這一循環(huán)可以實現(xiàn)對熱用戶的熱供給。

3.2 再生水回用作循環(huán)冷卻水處理

循環(huán)水源主要采用天津市武清區(qū)污水處理廠的再生水，備用水源為由龍鳳河水，根據(jù)水質(zhì)采樣及全年統(tǒng)計數(shù)據(jù)龍風河水水質(zhì)、水量符合循環(huán)水水源標準。

循環(huán)冷卻水處理的任務是防止凝汽器管結(jié)垢、腐蝕以及微生物的繁殖，保證凝汽器安全經(jīng)濟運行。循環(huán)冷卻系統(tǒng)為配有冷水塔的二次循環(huán)系統(tǒng)。

本工程循環(huán)水補水水源為經(jīng)深度處理后的再生水，擬采用加阻垢劑、加殺菌劑處理和適當排污處理。進廠的中水采用：石灰軟化處理+PCF過濾，加阻垢劑、殺菌劑、緩蝕劑。

3.2.1 石灰深度處理的主要作用

（1）對污水處理廠中水水質(zhì)波動有緩沖作用[3]

中水在大容積澄清池中停留時間較長，反應物表面積大，吸附能力強，使溶解、非溶解有機物顆粒得到分離。

（2）降低中水碳酸鹽硬度，有效防止結(jié)垢

（3）對水中殘留有機物有凈化作用

石灰處理形成碳酸鈣微晶體、氫氧化鎂絮狀體及凝聚劑加入后形成的泥渣都參與顆粒相互碰撞，活性泥渣對于有機物能進行有效吸附。

3.2.2 石灰處理系統(tǒng)基本工藝流程

再生水經(jīng)生物濾池處理后，進入機械加速澄清池，加入石灰乳、混凝劑處理后，在管道混合器中經(jīng)過pH調(diào)節(jié)、投加殺菌劑后，進入變空隙濾池，經(jīng)過濾后進入清水池，經(jīng)送水泵送入循環(huán)水系統(tǒng)。變空隙濾池的反洗水回收到機械加速澄清池。機械加速澄清池的污泥經(jīng)泥漿提升泵進入貯泥池，再經(jīng)脫水機脫水處理后外運。

圖3 石灰處理系統(tǒng)基本流程圖

PCF過濾器主要工作分為過濾和反洗兩個階段[4]：（1）過濾

使用回轉(zhuǎn)機具對纖維絲進行壓榨，使其縱向孔隙變小，水中懸浮物被截留在纖維絲之外，得到清潔的處理水。

（2）反洗

當過濾器內(nèi)截留的懸浮物雜質(zhì)過多時，處理水量下降，壓力達到設定值，自動進行反洗。

反洗時過濾機具放松，纖維絲孔隙增大，用壓縮空氣和處理水反洗纖維絲，污物通過排放管排出，合格后自動進入過濾程序。

4 鍋爐補給水及熱網(wǎng)循環(huán)水制備系統(tǒng)設計

為回收循環(huán)水排污水本工程鍋爐補給水及熱網(wǎng)補水處理系統(tǒng)采用循環(huán)水排污水。處理后的反滲透水回用至循環(huán)水系統(tǒng)，冬季工況反滲透水回用為21 t/h；夏季工況反滲透水回用42 t/h。

反滲透產(chǎn)水一部分作為鍋爐補給水，其余部分作為熱網(wǎng)補充水，這樣節(jié)約了水資源又改善了熱網(wǎng)及循環(huán)水的水質(zhì)。經(jīng)計算，本工程鍋爐補給水水量為22 t/h，冬季熱網(wǎng)補水量為16 t/h。

根據(jù)鍋爐給水質(zhì)量要求、水源水質(zhì)、投資及制水成本等因素考慮，循環(huán)水排污水處理系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 循環(huán)排污水處理系統(tǒng)流程圖

處理后的出水質(zhì)量為：

電導率（25℃） ≤0.2μS/cm

SiO2≤0.02mg/L

5 結(jié)語

污水再生直接用于燃氣熱電廠的循環(huán)冷卻用水，并通過對循環(huán)水的進一步處理，滿足鍋爐補給水和熱網(wǎng)補給水的需求，使得燃氣熱電廠生產(chǎn)全部使用再生水，既節(jié)約了水資源、又實現(xiàn)了熱電生產(chǎn)污水零排放的目標，通過在今后生產(chǎn)過程中積累經(jīng)驗、不斷優(yōu)化，將成為電廠節(jié)水工程的典范。

[1]許立國,沈競為,張懷軍等.城市中水回用于電廠循環(huán)水的技術(shù)方案選擇[J].山東電力技術(shù),2005,4(1):10-14.

[2]張志良,龍云.天然氣發(fā)電在中國的應用前景分析 [J].浙江電力,2003,5:8-10.

[3]張行赫.石灰深度處理在電廠中水回用中的應用[J].中國電力,2007,40(2):39-41.

[4]王萍,李會海.變孔隙濾池在電廠回用水處理中的應用[J].環(huán)境工程,2012(3):36-40.