底渣溢流水處理及循環(huán)利用新工藝的研究及應(yīng)用

殷世忠，王 威，尹 導(dǎo)

（中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長春 130021）

自20世紀(jì)70年代，傳統(tǒng)式水力除渣系統(tǒng)就開始在國內(nèi)外火力發(fā)電廠廣泛應(yīng)用，而國內(nèi)近年來對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，產(chǎn)生了自平衡大傾角式撈渣機(jī)技術(shù)。該技術(shù)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用有了較快的發(fā)展，截至2015年底，國內(nèi)已投運(yùn)和在建的300～600 MW燃煤機(jī)組已超過40臺(tái)，發(fā)展迅猛。在實(shí)際運(yùn)行中，由于存在煤品質(zhì)差，煤質(zhì)變化頻繁的問題，致使渣量波動(dòng)較大，使得撈渣機(jī)溢流水溫度升高，直接對(duì)底渣系統(tǒng)運(yùn)行造成較大的影響，主要體現(xiàn)在底渣冷卻效果差，底渣溢流水的水質(zhì)差，蒸發(fā)水量大，溢流循環(huán)水量增多及廠用電升高等，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在火電廠已成熟應(yīng)用水處理及冷卻技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)底渣溢流水處理、冷卻及循環(huán)措施開展研究，使其滿足火電機(jī)組水力除渣系統(tǒng)的安全運(yùn)行要求，這將有助于增強(qiáng)火電廠水力除渣系統(tǒng)對(duì)于煤質(zhì)變化的適應(yīng)性，直接效益和間接效益非常巨大。

1 底渣溢流水水質(zhì)特點(diǎn)

火力發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行中，燃煤煤質(zhì)變化較大，當(dāng)鍋爐燃用灰和雜質(zhì)多的煤炭會(huì)排出更多底渣，所需冷卻水量也不斷增加。

底渣溢流水的水質(zhì)較差，懸浮物含量高，伴有大量的漂珠和浮灰，懸浮物質(zhì)量濃度約為2 000～4 000mg／L，個(gè) 別 電 廠 實(shí) 測 值 甚 至 高 達(dá)9 000mg／L，pH約為8.5～9.5，水溫一般在60℃以上，結(jié)垢傾向嚴(yán)重。在高溫情況下煤中含有的CaCO3會(huì)分解產(chǎn)生CaO，在鍋爐底渣降溫過程中不斷溶解于水中，Ca2+、Mg2+濃度和pH不斷上升；的增加促使轉(zhuǎn)化為并同時(shí)生成Mg（OH）2沉淀。當(dāng)Ca2+和濃度增加并超過CaCO3的溶度積時(shí)會(huì)出現(xiàn)CaCO3沉淀微粒，在管道、設(shè)備上結(jié)垢［1］。使管道截面積迅速減少，甚至堵塞管道，能耗大為增加，影響電廠的正常運(yùn)行。由于上述底渣溢流水水質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)，對(duì)水處理工藝提出很高要求。

2 底渣溢流水處理工藝概況

目前，已投運(yùn)的電廠采用的底渣溢流水處理工藝有多種，主要?dú)w納如下：多級(jí)沉淀工藝、石英微孔陶瓷過濾工藝、混凝沉淀+濾池工藝、利用爐煙處理工藝和藥劑處理工藝等。從底渣溢流水處理系統(tǒng)運(yùn)行效果上來看，上述處理工藝均存在各自的問題。如采用多級(jí)沉淀工藝占地面積大，初投資高，懸浮物去除率不理想，出水不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和回用要求；石英微孔陶瓷過濾工藝過濾介質(zhì)容易堵塞，過濾阻力升高快，沖洗頻繁，操作人員工作強(qiáng)度高；混凝沉淀+濾池工藝對(duì)預(yù)處理要求較高，濾池過濾負(fù)荷大，濾料易板結(jié)；利用爐煙處理工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，煙氣阻力大；藥劑處理工藝藥品消耗較大，運(yùn)行費(fèi)用高。

3 新工藝的研究及應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

某國外項(xiàng)目為1×350MW燃煤超臨界參數(shù)機(jī)組，燃料采用礦區(qū)褐煤，通過皮帶輸送至廠內(nèi)。灰渣采用灰渣分除、分儲(chǔ)方案。底渣采用大傾角撈渣機(jī)輸送系統(tǒng)，底渣溢流水采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻并回用。該項(xiàng)目底渣溢流水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為120m3／h。

工藝流程及配置：褐煤經(jīng)爐內(nèi)燃燒后，通過小爐排二次燃燒，最終通過鍋爐排渣口排至大傾角刮板撈渣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，經(jīng)大傾角撈渣機(jī)瀝水并將底渣輸送至渣倉內(nèi)儲(chǔ)存。撈渣機(jī)的溢流水（溫度60～70℃）及渣倉的析水，分別通過溝道自流至布置在爐側(cè)封閉間內(nèi)的溢流水池中儲(chǔ)存。每臺(tái)爐設(shè)1座溢流水池，深3m，有效容積約為40m3。溢流水池中設(shè)2臺(tái)溢流水泵（1運(yùn)1備），流量為120m3／h，壓力為0.3MPa；1臺(tái)攪拌器，葉輪直徑為750mm；溢流水溫度60～70℃。

3.2 底渣溢流水處理新工藝

底渣溢流水的處理系統(tǒng)是指將底渣系統(tǒng)產(chǎn)生的溢流水全部處理，處理后的水經(jīng)過冷卻塔將水溫降低，然后回流至底渣系統(tǒng)作為工藝補(bǔ)充水，從而形成一個(gè)封閉的循環(huán)，在這個(gè)循環(huán)中沒有對(duì)外排水。

底渣溢流水處理設(shè)計(jì)有水處理、冷卻及循環(huán)利用系統(tǒng)，其具體為：底渣溢流水首先進(jìn)入接收池，接收池按流程方向分為兩格，隔板高度低于池深兼作溢流板，隔板需布水均勻，防止短流現(xiàn)象出現(xiàn)影響沉淀效果。該接收池能夠消化電廠沖擊性大量排水，同時(shí)能夠?qū)Φ自缌魉械脑|(zhì)、灰分進(jìn)行沉淀，以降低后續(xù)處理系統(tǒng)的處理負(fù)荷。后續(xù)的高效一體化過濾器進(jìn)一步去除水中顆粒物、漂珠、浮灰、固體懸浮物等污染物質(zhì)，滿足底渣用水要求。在處理流程中，高效一體化過濾器前投加混凝劑、助凝劑，均能強(qiáng)化過濾器的處理效果，提高漂珠、浮灰去除率。

底渣系統(tǒng)正常運(yùn)行中流失的水由水工專業(yè)提供的補(bǔ)充水補(bǔ)充。受工程條件限制，無法在夏天循環(huán)水溫度較高時(shí)增加更多的補(bǔ)充水來保證撈渣機(jī)進(jìn)水溫度，所以該系統(tǒng)中還設(shè)置了渣水冷卻系統(tǒng)，以降低循環(huán)水溫度，避免夏天或緊急情況下?lián)圃鼨C(jī)溢流水超溫情況發(fā)生。考慮到底渣用水對(duì)水溫有較高要求，過濾器出水還需經(jīng)過冷卻降溫處理。實(shí)際設(shè)計(jì)中，在借鑒工業(yè)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)置了一座機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，冷卻塔布置在處理站的屋頂，這不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)溢流水進(jìn)行快速降溫，還盡可能地降低冷卻塔出水溫度以最大限度減少底渣處理用水水量，從而降低整個(gè)底渣溢流水處理系統(tǒng)的出力。如果底渣溢流水需要調(diào)節(jié)pH，調(diào)節(jié)裝置可設(shè)置在接收池，避免水處理過程中pH波動(dòng)對(duì)設(shè)備、管道腐蝕。上述新工藝流程見圖1。

圖1 底渣溢流水處理及循環(huán)利用系統(tǒng)

底渣溢流水濃度波動(dòng)大、顆粒小，先進(jìn)入接收池后，較大顆粒的灰渣在自然重力沉降作用下慢慢沉降下來，沉淀效率約70%，再進(jìn)入高效一體化過濾器，過濾去除剩余細(xì)小懸浮物。沉淀下來的灰渣濃漿在運(yùn)行期采用抓斗式起重機(jī)將其抓撈并移至接收池旁空地瀝水，然后外運(yùn)；在非運(yùn)行期接收池采用人工徹底清除。

高效一體化過濾器采用多級(jí)沉淀及高效凈化器相結(jié)合的原理。底渣溢流水進(jìn)入接收池，經(jīng)過平流沉淀后，在管道中加入混凝劑和助凝劑，通過提升泵打入一體化高效凈化器，處理合格后的凈水從裝置上部排出，污泥在裝置底部沉淀和濃縮后定期外排。當(dāng)凈化器壓差達(dá)到一定程度時(shí)，通過清水反洗，將裝置內(nèi)濾料層上黏附的渣泥清除。該系統(tǒng)的核心設(shè)備是高效凈化器，加藥后的溢流水由底部進(jìn)入凈化裝置，通過旋流分離、重力沉淀和懸浮濾料過濾后，凈水從頂部排出［2］。

4 存在問題、處理措施及建議

4.1 防結(jié)垢措施

濕式出渣由于水流速度快，渣水中的漂珠等懸浮物密度小，雖然經(jīng)過脫水倉、濃縮池分離，但懸浮物達(dá)到500mg／L（瞬時(shí)最大達(dá)3 000mg／L），pH 為9.5～11［3］。底渣溢流水上述特點(diǎn)易在管道內(nèi)結(jié)垢，為有效防止結(jié)垢產(chǎn)生，建議從其他系統(tǒng)加酸裝置中引出1路加酸管到底渣溢流水處理系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)循環(huán)水的酸堿度，在一定程度上解決渣水系統(tǒng)設(shè)備及管道的結(jié)垢問題。

4.2 完善布水系統(tǒng)

底渣溢流水接收水池中隔墻出水可能會(huì)存在嚴(yán)重不均及短流現(xiàn)象，因此，建議在接收水池進(jìn)水口增設(shè)導(dǎo)流槽及導(dǎo)流管，實(shí)現(xiàn)均勻多點(diǎn)進(jìn)水，避免間斷進(jìn)水造成池體內(nèi)水力攪拌，也要避免溢流水上進(jìn)上出，出現(xiàn)短流現(xiàn)象。

4.3 增強(qiáng)沉淀效果

由于接收池面積不大沉淀效果有限，為了強(qiáng)化沉淀效果，可增加多個(gè)斜管形成斜管沉淀池，加大水池過水?dāng)嗝娴臐裰?，同時(shí)減小水力半徑，為此在同樣的水平流速時(shí)，可以大大降低雷諾數(shù)，增大弗勞德數(shù)，從而減少水的紊動(dòng)，促進(jìn)沉淀。

5 結(jié)論

通過底渣溢流水處理、冷卻及循環(huán)利用系統(tǒng)中處理設(shè)備有機(jī)整合和強(qiáng)化輔助系統(tǒng)的配合，去除渣水中漂珠、浮灰，有效降低溢流水的水溫，使出水中各項(xiàng)指標(biāo)都能滿足底渣系統(tǒng)用水要求，減少底渣系統(tǒng)工業(yè)水補(bǔ)水量。該系統(tǒng)能夠經(jīng)受來水沖擊性影響，高效去除水中的污染物質(zhì)，有效降低水溫，調(diào)節(jié)酸堿度，能夠根據(jù)每個(gè)工程實(shí)際情況靈活調(diào)整系統(tǒng)中設(shè)備配置和出力，有利于電廠的平穩(wěn)運(yùn)行維護(hù)和管理。該新型底渣溢流水處理、冷卻及循環(huán)利用系統(tǒng)投資低，占地極為緊湊，對(duì)水資源重復(fù)利用有較高要求的工程更為適用。