火力发电厂综合节水技术研究与应用.pdf

火力发电厂 综合节水技术研究及应用 北京国电华北电力工程有限公司 2006年1月 火力发电厂综合节水技术研究及应用 1）前言 2）火力发电厂节水措施及主要节水技术 3）综合节水技术研究及在工程中的应用 4）电力节水技术的推广 5）结束语 1 前言 概述 在环境与资源中，倍受关注的是水环境的恶化和 水资源的短缺。 “保护和合理利用水资源”已被列为我国的基本国策 ，并作为可持续发展战略被放在更突出的位置。作为 用水大户的火力发电厂就更需采取有效的节水措施， 提高节水意识，以达到节约用水的目的。 火力发电厂的节水途径 节约用水可采取开源和节流两种方式。对火力发 电厂而言，“节流”可从两个方面着手，即减少新鲜水的 用量和减少废水外排量，“开源”就是采用另外的水源来 取代常规的水源。“开源”的方法之一是利用水量大而稳 定的市政污水（再生水），二是对电厂内部的废水处 理后回用，三是在滨海地区利用海水。 2 火力发电厂节水措施及主要节水技术 2.1 加强水务管理，搞好统筹规划 2.2 最大限度地减少用水量和排水量 2.3 废水的资源化 2.3.1 电厂工业废水和生活污水的回收利用 2.3.2 市政污水的利用和处理 2.3.3 煤矿疏干水的处理和利用 2.4 海水利用和海水淡化 2.5 采用先进的发电技术，最大限度地节约用水 2.1 加强水务管理，搞好统筹规划 1）在工程设计之初即考虑全厂废水“零排放”的设计， 做到统筹规划，以保证整个系统设计的合理性。 2）在工程设计中贯彻以下节水原则： 循环冷却水进行综合利用 梯级用水，一水多用 提高循环水系统浓缩倍率，减少排污水 所有能收集的污（废）水收集处理后回用 国外从20世纪70年代就开始火电厂水务管理的研究和 实践，我国在20世纪90年代开始研究和实践，并积累了 很多宝贵的经验。在神头发电厂二期工程设计中，我公 司通过强化水务管理，落实节约用水、废水资源化等措 施，二期工程仅利用神头一厂、二厂的节水成果，无需 使用黄河引水即可满足扩建工程的用水需求。在国华定 洲发电厂一期2600mw机组工程节水方案的优化设计中 ，采取了一系列的节水措施，使得全厂总的用水指标仅 为0.6m3/sgw左右，达到了当时国内领先的水平。 2.2 最大限度地减少用水量和排水量 火力发电机组的取水量在高用水行业中排第一位， 2002年火电总取水量557.28亿m3,其中直流供水系统 取水量为509.4亿m3，循环供水系统取水量为47.88亿 m3。火电厂用水主要是冷却水系统，对于湿冷机组， 循环冷却水系统用水占整个电厂取水量的70以上； 空气冷却发电机组取水主要是用于锅炉补充水、辅机 冷却水等其他工业用水，其取水量仅为湿冷发电机组 的2030%。因此，最大限度地减少湿冷机组的用水 量，对节约用水和减少排水有十分显著的效果。 2.2 最大限度地减少用水量和排水量 提高循环冷却水系统的浓缩倍率。 从右图可以看 出，浓缩倍率从2提 高到34倍时，节 水效果最为明显， 而要达到这样的浓 缩倍率，对于大多 数的水源，只需采 用简单的加酸和稳 定处理即可实现， 资金投入也较少。 某2600mw机组循环水不同浓缩倍率下的 补充水量和排污水量 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 12345 排污水量（m3/h） 补充水量（m3/h） 如要求更高的浓缩倍率，就需设置深度处理系统，可选 的处理工艺方案有对循环水的补充水进行弱酸软化处理、 石灰软化处理，对循环水进行旁流处理和循环水排污水回 收利用处理等。 2.2 最大限度地减少用水量和排水量 采用盐水浓缩器技术。 常见的反渗透系统的回 收率为75%左右，即约有 1/4的浓水需排放，再加 上系统本身的自用水， 排水将近30%，而采用盐 水浓缩器，排水量仅为 5%左右，水量大大减少， 非常有利于电厂实现废 水“零排放”。由于直接 采用盐水浓缩器时，处 理水量大，设备投资高， 为降低工程造价，可以 采用反渗透与盐水浓缩 器的组合方案。 2.3 废水的资源化 电厂工业废水和生活污水的回收利用 为节省用水，厂内的各种处理工艺产生的废 水，均可进行处理后回用，或进行直接再利用。 如循环水排污水作为锅炉补给水系统的水源，反 渗透的浓水可以直接作为其预处理过滤器的反洗 用水，各种未消耗完的工业废水经处理后作为循 环水的补充水等。 2.3 废水的资源化 市政污水的利用和处理 市政污水水量大而稳定，就地可取，不需长 距离引水，是一种比较可靠的水资源。国外在市 政污水再利用方面起步较早，并已广泛应用于电 力、化工、机械、冶金等行业，我国在这方面也 已取得了成功的经验。 对电厂而言，市政污水的再利用主要是用作 循环冷却水和锅炉补给水及其它工业用水的水源 。 市政污水作为工业用水需进行深度处理。深 度处理的方法应根据污水水质和用途选择。 2.3 废水的资源化 煤矿疏干水的处理和利用 煤矿的疏干水水量大，已成为电厂的一个新 水源。经适当处理后可作为循环水补充水和锅炉 补给水的水源。 2.4 海水利用和海水淡化 目前海水利用的主流技术是直流冷却技术，海 水循环冷却技术海水取用量小、系统容易控制， 对于海水浊度高、岸边坡度缓的沿海地区，推广 应用前景巨大。 对于缺水地区，海水淡化是解决淡水紧缺的有 效措施之一，也是解决海滨电厂淡水需求的切实 可行的途径。 我国海水淡化技术研究虽起步较早，因种种 原因，发展缓慢。近几年来，由于淡水资源的匮 乏和国力的增强，我国的海水淡化事业得到了长 足的发展。 2.4 海水利用和海水淡化 2.5 采用先进的发电技术，最大限度地节约用水 采用空冷发电技术，循环冷却水的水耗将会 大大减少，可节约四分之三的用水量。 采用燃气、蒸汽联合循环发电技术，可比常 规电站节约3050%的水资源。 3 综合节水技术研究及在工程中的应用 我公司地处淡水资源尤为匮乏和负有首都水 资源保护重任的华北地区，所承担的工程设计项 目极大部分都受水源制约，在工程规划设计中， 供水水源成为工程可行性的关键因素之一。因此， 节约用水，减少工程用水量，是工程建设的当务 之急，也是我们在规划设计火力发电厂工程项目 重要课题。早在1997年我公司就着手开展电厂综 合节水技术研究，并一直将电厂综合节水技术的 研究和应用作为工作重点之一，有计划、有步骤 开展各项节水技术的研究和工程应用。 下面简单介绍我公司在综合节水技术研究及 工程应用情况。 3.1 水务管理设计研究 我公司在盘山电厂、托克托电厂等较早一批 600mw湿冷机组中就进行了水务管理系统的设计 和研究。 水量平衡设计 在电厂设计的各个阶段都进行水量平衡设计 ，根据季节变化和机组负荷的变化情况，适当调 整循环冷却水量和工业用水量，是节水的一项重 要措施。 电厂水务管理的考核点 在电厂运行时，对总用水量、总排水量和各 车间或各系统的用水量进行连续和阶段性统计， 并按设计值、运行值、考核值制表来考核各用户 的用水量，以供电厂对用、排水进行管理和监测 ，发现问题及时处理。 3.1 水务管理设计研究 水务管理监控装置 根据考核点要求，合理设置水务管理计量监控 设施，对各类不同水质的供排水系统进行水量监测 和控制，以便于电厂在运行过程中随时掌握系统取 、耗水数据，定期对各用水系统进行数据统计分析 和水平衡测试工作，从而有针对性的进行水量控制 ，加强监督和管理，及时发现和处理缺陷，杜绝跑 、冒、滴、漏现象。 3.2 循环冷却水处理技术研究及应用 主要研究课题 循环冷却水处理的目的是提高浓缩倍率，结 合工程设计，对高浓缩倍率循环水处理及相关技 术进行研究。 提高浓缩倍率的主要措施有循环水补充水处 理、循环水旁流处理技术。鉴于循环水补充水处 理国内研究和应用较多，技术较为成熟；并对浓 缩倍率要求较高或对有些水质，即使对补充水进 行了深度处理，其效果也不佳。因此，根据工程 实际情况，循环水旁流处理、循环水排污水处理 作为我们的研究重点。 3.2 循环冷却水处理技术研究及应用 循环水旁流处理工艺及应用 1997年9月至2000年，结合盘山电厂二期工程， 为提高处理效果，较少处理水量，提出循环水旁流 弱酸树脂处理工艺，并根据循环水工况特点，开展 了水质稳定剂对弱酸离子交换树脂的影响及阻垢剂 性能的试验研究、循环水氯化处理对弱酸树脂性能 影响的试验研究、循环水旁流处理弱酸处理的模拟 试验。 试验研究表明，循环水排污水旁流弱酸树脂处 理是可行的，也可达到较高的浓缩倍率。在工程设 计时，为便于电厂灵活运行，循环水处理按处理补 充水和处理循环水都能运行的方式进行设计。循环 水系统按6倍浓缩倍率设计。该系统已运行多年。 3.2 循环冷却水处理技术研究及应用 盘山电厂节水车间图片 3.2 循环冷却水处理技术及应用 循环水旁流处理工艺及应用 3.2 循环冷却水处理技术研究及应用 循环水排污水处理工艺及应用 高井热电厂和托克托电厂二、三期等工程利用循环水 排污水作为锅炉补给水水源。由于循环排污水中的含盐量 很高，还有一定量的悬浮物，它的回收再利用必须经过过 滤及脱盐处理。由于当时无工程运行实践，我们开展了循 环水排污水处理工艺的试验研究工作，根据试验研究的结 果，选择了以下处理工艺系统： 高井热电厂：循环水排污水?双滤料过滤器?碟片过 滤器?超滤装置?锅炉补给水处理系统（全膜法工艺） 托克托电厂：循环水排污水?生水池?澄清池?双滤 料过滤器?超滤装置?反渗透装置?产品水?至锅炉补给 水处理系统及循环水系统 上述两个系统已分别于2004年和2005年投产制水，运 行良好。 3.2 循环冷却水处理技术研究及应用 托克托电厂节水车间图片 3.2 循环冷却水处理技术及应用 3.2 循环冷却水处理技术研究及应用 高井电厂节水车间图片 3.2 循环冷却水处理技术及应用 3.2 循环冷却水处理技术及应用 3.4 城市污水回用技术研究及应用 3.4.1 电厂循环水水采用城市污水的研究和应 用 3.4.2 电厂全部工业用水采用城市二级污水的 研究和应用 3.4.3 城市污水回用技术在其它工程的应用 3.4.1电厂循环水采用城市污水的研究和应用 1995年，承担首都重要供热任务的华能北京 热电厂工程面临水源选择的问题，当时电厂有潮 白河水和高碑店污水处理厂二级污水2个水源。但 因河水水量不能满足电厂用水量的要求，北京市 政府和电厂希望循环水补充水能利用一墙之隔的 高碑店污水处理厂二级污水。当时，国内城市污 水回用仅处于起步阶段，用于电厂循环水补充水 没有先例，缺乏设计、运行和管理经验，而且国 内尚无污水回用的技术标准，很多问题急待研究 解决。为此，我们结合依托工程，进行了城市污 水回用技术的研究。 3.4.1电厂循环水采用城市污水的研究和应用 主要研究成果 1）确定了合理可靠的污水深度处理系统 鉴于高碑店污水组成中工业废水比例高，原水碱度 较高及处理水量大等特点，最终确定石灰凝聚澄清过滤 处理作为华能北京热电厂的污水深度处理主体工艺。 通过多年的运行实践表明，上述处理系统的出水可 以满足循环冷却系统补充水技术要求，并安全可靠。 2）提出了二级污水水质和循环水补充水水质的建 议标准 3）提出了使用深度处理后的城市污水时，控制的 浓缩倍率和凝汽器管材的选择意见，以及控制粘泥的方 法，对以后污水回用工程具有指导作用。 3.4.1电厂循环水采用城市污水的研究和应用 社会、环境和经济效益 城市污水作为华能北京热电厂循环冷却水的补充水 ，是我国污水资源化和城市污水回用的突破，为火力发 电厂城市污水回用开辟了一条新路，对于提高我国污水 回用和污水资源化技术水平起到了积极的作用。 3.4.1电厂循环水采用城市污水的研究和应用 华能北京热电厂污水回用系统图片 3.4.2 电厂全部工业水采用城市污水的研究和应用 研究课题的确定 国电电力大同第二发电厂二期工程扩建2600mw 国产亚临界燃煤直接空冷机组，在水资源非常缺乏的 大同地区，严禁开采地下水和限制使用地表水，用于 锅炉补给水和辅机冷却水等工业用水水源需开辟新的 水源。经经济技术比较后，二期工程工业用水全部采 用西郊污水处理厂的二级污水，过渡和紧急备用水源 为水库水。 当时国内尚没有使用城市污水作为锅炉补给水水 源的先例。为保证机组能够安全、稳定、经济地运行 ，我公司开展了 “火力发电厂锅炉补给水及辅机冷却 水采用城市二级污水技术研究”工作，并以大同第二发 电厂二期为依托工程。 3.4.2 电厂全部工业水采用城市污水的研究和应用 主要研究成果 （1）在我国，首次采用城市二级污水作为亚临界参 数火力发电厂锅炉补给水的水源，实际运行情况证明 在技术上是可行的。 （2）课题研究和依托工程实际运行证明，城市二级 污水采用超滤或微滤+反渗透双膜处理工艺做为预处理 系统，处理效果可以满足锅炉补给水及辅机冷却水的 水质要求。 （3）提出了城市污水经膜法处理后作为辅机冷却水 时，辅机冷却水系统材质的选择要求及循环冷却水的 运行操作要点。 （4）提出了双膜处理工艺系统运行推荐的水质控制 标准、运行参数及膜通量设计的影响因素等。 3.4.2 电厂全部工业水采用城市污水的研究和应用 主要研究成果 大同二厂二期7#机组于2005年4月21日顺利通过机 组连续满负荷运行168小时试验，作为我国首台600mw 直接空冷机组投产发电。随后8 #机组也于2005年7月 顺利通过168小时试运行。 以本工程为依托工程的“火力发电厂锅炉补给水及 辅机冷却水采用城市二级污水技术研究”于2005年11月 19日通过了中国电力工程顾问集团公司组织的验收、 评审。专家组一致认为该课题研究首次将城市污水作 为亚临界参数机组锅炉补给水水源，开拓了我国在这 方面的研究及应用，推动了我国城市污水回用产业的 发展，其研究成果具有显著的经济效益、环境效益和 社会效益，研究成果达到国内同行业领先水平。 3.4.2 电厂全部工业水采用城市污水的研究和应用 社会经济效益 大同第二发电厂二期扩建工程工业用水全部采用 处理后的城市污水，不仅节省了大量的水库水，而且 减少了外排的城市污水，达到节约用水和环境保护的 双重目的，对节省宝贵的水资源和首都水资源保护具 有重要的意义。 课题研究成果用于依托工程，2600mw机组年运行 按 6 8 0 0 小 时 计 算 ， 每 年 可 节 省 册 田 水 库 水 约 6.052106m3，节省费用约605.2万元（中水与水库水 的差价按1.0元/吨计算） 3.4.2 全部工业水采用城市污水的研究和应用 大同第二发电厂二期工程污水回用系统图片 3.4.3 污水回用技术在其它工程的应用 工程名称机组容量污水水源深度处理 系统 用途 秦皇岛热电厂三 期工程 2300mw城市污水微滤反渗 透 锅炉补给水处理 系统及热网补充 水水源 滦河五期工程2300mw城市污水膜法循环水补充水及 锅炉补给水水源 北京市草桥燃气 联合循环热电厂 工程 2350mw级 联合循环机 组 城市污水循环水补充水及 锅炉补给水水源 北京市太阳宫燃 气热电冷联供工 程 2350mw级 联合循环机 组 城市污水循环水补充水及 锅炉补给水水源 北京第三热电厂350mw级联 合循环机组 市政污水和 循环水排污 水 超滤反渗 透 循环水补充水及 锅炉补给水水源 国华北京热电厂 节水工程 城市污水再 生水 循环水补充水 丰镇电厂三期工 程 2600mw直 接空冷机组 城市污水和 循环水排污 水 石 灰 凝 聚 澄 清 、 过 滤 循环水补充水及 锅炉补给水水源 霍州电厂二期工 程 2600mw直 接空冷机组 煤矿疏干水石 灰 凝 聚 澄 清 、 过 滤 锅炉补给水及辅 机冷却水水源 3.5 海水利用和海水淡化 3.5.1海水利用 我国环渤海地区海水浊度高、岸边坡度缓，因 而采用海水循环冷却技术有十分重要的意义。我公 司海水冷却塔的研究已进行了多年，天津北疆发电 厂和天津津能发电厂工程的海水冷却拟采用二次循 环系统。 3.5 海水利用和海水淡化 3.5.2 海水淡化 我公司设计的海水淡化项目及淡化工艺见下表。 工程名称淡化装置容量（t/d）淡化工艺备 注 本 期规 划 大港电厂二期23000多级闪蒸1989年投运 河北国华黄骅 发电厂 210000200000 t/d 低温多效调试中 大唐王滩发电 厂 3360027360海水反渗透在调试中 天津北疆发电 厂 40000200000设计中 天津国华津能 发电厂 20000200000设计中 4 电力节水技术的推广 4.1 参与编制国家发展改革委中国节水技术政 策大纲 为指导节水技术开发和推广应用，推动节水 技术进步，提高用水效率和效益，促进水资源的 可持续利用，中华人民共和国国家发展和改革委 员会、科技部、会同水利部、建设部和农业部组 织制订了中国节水技术政策大纲，其中工业 节水部分的火力发电部分是由我公司参与编写完 成的。该大纲于2005年4月21日由中华人民共和国 国家发展和改革委员会发布。 4 电力节水技术的推广 4.2 参与编制中华人民共和国科学技术部水资源安 全保障技术发展战略研究报告工业节水分报告 本报告是中国水安全保障技术发展战略研究 的子课题，内容包括电力、钢铁、石化、化工、造纸、 纺织、食品与发酵、有色8个高耗水行业，我公司负 责电力部分的编制工作。 项目研究的要点是在我国水资源短缺的背景下， 摸清工业行业用水现状和用水效率及“十一五”期间发 展用水需求，找出存在的问题和差距，提出水资源安 全保障技术的研究方向和提高水资源的利用率的关键 技术，为工业行业在“十一五”期间的持续发展提供水 资源保障。 4 电力节水技术的推广 4.3 同北京市工业促进局共同编制完成北京电力行 业节水方案 北京属于严重缺水城市，电力行业的耗水指标占 规模以上工业取水量近一半，虽然能够满足国家标准 的基本要求，但与节水型企业还有一定的差距，因此 节