火电厂深度节水及零排放探讨

火电厂深度节水及零排放探讨张雪飞内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司， 内蒙古 呼和浩特 010206摘要：本着分级使用、减少排放、综合利用的原则，根据现场实际情况进行综合治理，重点是采用雨污完全分流+污水不完全分流的排水体制，通过梳理生产、非生产用水系统，树立“小投资大回报”典范项目。探索出一种只依托现有常规工艺，通过充分利用现场及周边条件，实现废水零排放的方式。关键词：深度节水；零排放；排水体制；分质使用近年来，随着地区经济的迅猛发展，环境污染问题也越来越严重，防止环境污染，保护环境，维持生态平衡，已成为社会发展的一项重要举措，尽可能减少“三废”排放成为各个生产企业义不容辞的责任和义务。 托克托发电厂自 2003 年#1、2 机组分别投产后，以每年两台机组的投产速度发展了 4 年，共建成 8 台 600MW 和 2 台 300MW 的火力发电机组，其中 4 台 600MW 机组凝汽器采用直接空冷技术，并全部采用湿法脱硫工艺。全厂水源由地下水和黄河水供给，地下水主要作为生活用水，黄河水作为生产用水。为了节水减排和达标排放，先后建成了煤泥水处理装置、工业废水处理站、生活污水处理站、含油废水处理装置、脱硫废水处理中心、循环水排污水处理站等设施，使得各类废水都分类处理并进行综合利用，但是由于装机容量大，且湿冷机组较多，造成外排废水较多。2010 年，生活水用量 180 万吨，黄河水用量约 4205 万吨，废水排放量为 936.3万吨。用水、排水量非常巨大，具有很大的节水、减排空间。1 确定和落实合理的排水体制排水体制一般分为合流制和分流制两种，合流制系统造价低，但不利于污水处理和系统管理；分流制系统造价较高，但易于维护，有利于污水处理。托克托电厂原设计为分流制，雨水和废水分别有单独的排放管道和系统。在实际的应用过程中，由于电厂后续扩建发展快，技术改造多，部分废水处理系统维护不力，导致分流制变成合流制。这样最直接的问题就是废水量大，2010 年废水排放量甚至超过了 1000t/h，远远超过了废水处理系统的处理能力，而重新建设废水处理设备投资又太大。通过对托克托电厂取水、用水、排水系统进行排查发现，一是人员分流排放意识淡薄，临时废水多排入雨水系统；二是厂内少部分污水系统排入了雨水收集系统，且都为地下管道。针对这种现状，从投资成本、可行性方面考虑，研究决定采用雨污完全分流+污水不完全分流的排水体制。1.1 雨污分流2010 年全年外排废水 936 万吨（含雨水） ，而有超过一半的废水是从雨水系统排放的；2011 年全年外排废水 853 万吨（含雨水） ，从雨水系统排放的比例为 46%。针对这一情况，2012 年公司将雨污分离作为全年重点工作结合节水减排改造进行推进，成果显著。2012 年实现了厂外雨污分离，全年外排废水 873 万吨（含雨水） ，从雨水系统排放的比例降为 13.7%，且大部分为雨水；2013 年 6 月底，厂内雨水系统和废水系统彻底断开，实现厂内了雨污分离。1.1.1 生活污水串入雨水系统治理生活污水本该进生活污水处理站进行处理，但由于生活污水量大污水井溢流严重，在未建二期生活污水处理站时临时将生活污水进入了雨水系统，此次治理共封堵 7 处串水点。1.1.2 工业废水串入雨水系统治理由于缺乏统一规划，造成某些工业废水直排至雨水系统，此次治理共处理 16 处串水点。较大的有循环水排污水处理站废水排至雨水系统（290590t/h ） 、工业废水处理站废水串至雨水系统（70t/h） 、#18 机排污降温池溢流至雨水系统（50t/h）以及地下管网漏点。1.2 清浊分离发电厂的废水种类较多，但污染因子较少，最为突出的是一部分废水悬浮物含量高，如灰渣废水、含煤废水；另外一部分废水是属于含盐量高，如再生废水、反渗透浓水等。在梳理厂内废水排放情况后，主要存在两个问题：一是灰渣废水与主厂房废水、化学废水合流排放；二是化学废水不分水质好坏合流排放。对厂内的废水排放采用清浊分离、不完全合流排放为处理原则，遂对灰渣废水、化学预处理废水进行分离，并经处理后回用。2 深度节水措施深度节水是指全厂建立水务管理系统的基础上，充分利用各种技术手段，使水资源在电厂内最大限度地阶梯使用和处理回用，尽量减少废水排放量。深度节水是零排放的工作基础，零排放是深度节水工作的进一步深化。由于托克托电厂水系统已经成型，如进行大规模梳理改造，投资和施工难度都比较大，在确定了排水体制后，下一步研究制定节水方案。发电厂的水系统由生产用水和非生产用水两部分组成，生产用水为黄河水，非生产用水为地下水。生产用水主要有凝汽器冷却水系统、机组水汽系统、工业水系统、除灰渣系统、输煤水系统、湿法脱硫系统杂用水系统；非生产用水主要是厂区生活用水、绿化用水。各用水系统对水质的需求如下：使用高质量的除盐水：机组水汽系统、发电机内冷水系统、闭式冷却水使用较清洁、含盐量中等的水：凝汽器冷却水系统、化学制水系统使用较低质量、对含盐量无要求的水：水力除渣、冲灰系统、输煤系统、地面冲洗。湿法脱硫系统杂用水对水质要求不高，可以使用废水。因此合理的用水流程为：黄河水循环水系统制水系统工业废水处理系统脱硫系统灰场地下水生活水系统生活污水处理系统绿化由于存在水量匹配、原有设计等客观问题，实际无法完成按照上述用水流程进行梳理，只能极力的向其靠近。具体的措施有：2.1 外排废水回用改造工程原脱硫用水取自 5 号、6 号水塔，由于脱硫用水量大于 5 号、6 号水塔排污量，造成 5 号、6 号水塔浓缩倍率低，冬季时 5 号、6 号水塔浓缩倍率常低于 2 倍（正常控制在 3.54.5 倍） ，造成水的浪费和水塔加药药品浪费。本改造将外排废水引至脱硫系统替代循环水作为用水水源，既解决外排废水的问题，又解决了水塔浓缩倍率不均衡的问题。11 月 8 日正式投运后，5、6 号水塔补水量减少了 200t/h，浓缩倍率上升至 4.0 左右。2.2 循环水排污水处理站预处理废水回用循环水排污水处理站水源来自一、二期机组循环水排污水，产品水作为二、三、四期锅炉补给水处理站除盐系统水源，废水直接排向废水系统。其中预处理废水主要是由机加池泥水、过滤器反洗水、超滤反洗水等组成，废水量与投运设备多少有关。本改造将循环水排污水处理站过滤器、超滤反洗废水收集至新建废水处理沉淀池，经过简单沉淀处理后补入生水池。超滤自用水量约 10%，砂滤自用水量约 5%，循环水排污水处理站设备正常消耗水量约为 600t/h，按减少外排 15%水量计算，每天可减少外排水量约 2200 吨，同时节约黄河水量 2200 吨/天。2.3 再生资源回水改造工程自 2011 年 1 月开始连续大量向再生资源公司提供高、低压蒸汽，每日总供汽量约25004000 吨，但由于凝结水回水水量不稳定且水质不合格，一直不能将回水回收到凝汽器循环利用，致使机组补水量非常大。2013 年根据回水的水质情况，进行适当的降级处理，通过降温、除铁、合理除盐处理后回用。系统投运后，供热回水全部处理后变成除盐水循环利用，回收率达到 95%，回收量约 50t/h。2.4 连排疏水回收利用连排疏水原设计回收至水塔，由于连排疏水水质接近于炉水水质，远好于黄河水水质，降级使用造成水量的浪费；同时由于连排疏水温度约 80，排至水塔造成热量浪费。本改造将连排输水输送至制水系统生水池，使得水量、热量都得到了有效利用。2.5 锅炉补给水处理站反渗透浓水回收锅炉补给水处理站超滤和砂滤原设计反洗用水为自身设备出水，超滤自用水量 10%，砂滤自用水量 5%，不仅浪费水，而且造成实际产水量达不到后续反渗透进水量需求。实际上，反渗透产水具有含盐量高，杂质低的特点，能够满足超滤、砂滤的反洗水水质要求。通过改造将反渗透产水回收至超滤产水箱和砂滤反洗水池，用于超滤和砂滤反洗用水。锅炉补给水处理站正常消耗水量为 200t/h，按节约 15%水量计算，每天可节约黄河水 720 吨，年节约黄河水约 26万吨。2.6 空冷岛喷淋水系统改造，空冷岛喷淋用水原设计为除盐水，经过实验对比，将#6 机组喷淋用水改造使用循环水排污水处理站反渗透产水，减少了除盐水的直接消耗；同时改造使用高效的雾化喷嘴，节约了喷淋水量。2.7 工业废水处理站出水综合利用工业废水处理站设备长期带病运行，出水受灰渣废水影响而存在不合格情况，无法综合利用。治理首先对悬浮物含量大的废水实行就地清浊分离，然后投运了絮凝系统，修复了澄清、过滤设备，使得工业废水处理站出水合格，最终作为了中压服务水水源，实现了综合利用的目的，可减排废水 100t/h。2.8 灰渣废水治理长期以来，灰渣废水外排量较大，影响外排废水指标。主要是补水自动化程度低，冷却水用量大，没有缓冲能力。通过提升缓冲容量，加装净水设备，实现渣水系统本身的内部循环，杜绝外排灰渣废水：一期机组设备对溢流的渣水进行沉淀、过滤，净化后的渣水做为密封水泵的水源；二三四期机组对捞渣机槽体实现自动补水，保证不溢流也不影响水封。灰渣废水自循环后，不再排至工业废水处理站，大大减轻了废水处理设备负担，彻底解决了工业废水处理站出水水质不合格的问题。2.9 生活水治理全厂生活水统一由地下水供给，一共有 11 台生活水泵，总出力为 380t/h。生活水主要供给各宿舍楼、办公楼用水和其他生活区用水，例如食堂、浴池、卫生间用水，另外一部分水供给厂外煤场及绿化用水。对生活水系统普查后，发现生活水用量很大，2010 年月均供水量达到 15万吨， ；另外，部分生活水供水、用水管线没有安装计量仪器或计量仪器数值失真。针对生活水系统存在的问题，首先对供水、用水管线进行查漏，检查水表投运情况，共更换、新装水表 21 块，更换阀门 25 个；然后对各用水单位进行计量，对人均用水较大的单位采用限供、停供的方式限期整改，同时将绿化用地下水的系统全部改用黄河水做水源；最后修订下发了用水管理办法，设立了监督体系，定期统计用水情况。由此地下水供水量减少到 8.8 万吨/月，厂内人均用水量由 1 月份的 1.01 吨/ 人天降为 0.37 吨/人天，减少消耗地下水约 6 万吨/月；停运 5 台取水泵，年节约电能 192720kwh。2.10 循环水排污水治理托电循环冷却水采用的是开式循环冷却水系统，为了节水，循环水浓缩倍率都控制在3.54.5 之间。按设计，#1、2 水塔循环水作为消防服务水蓄水池、循环水排污水处理站水源，供水量在 750t/h 左右；#3、4 水塔循环水作为二期消防蓄水池水源并可以排污至 #6 水塔，总排水量在 400t/h 左右；#5、6 水塔循环水作为全厂脱硫、三四期中压服务水、四期消防蓄水池水源，总排水量在 800t/h 左右；#11、12 水塔循环水作为输煤、除灰、脱硫系统用水水源，供给量约 50t/h。循环水系统存在的问题主要是，循环水浓缩倍率不均衡，总体偏低，部分冷却水塔还需要开排污调节浓缩倍率。主要是由于各水塔循环水取水量不均衡，#5、6 水塔取水量较大，除了凝汽器冷却用外，还要给脱硫系统 650t/h、中压服务水系统 150t/h，总供水量约为800t/h；#1、2 水塔供给循环水排污水处理站 650t/h、供一期中压服务水系统 100t/h，总供水量为 750t/h；而#3、4 水塔循环水只是通过 DN350 的管路排向#6 水塔，排放量不超过400t/h。#11、12 水塔循环水只供给辅助系统 60t/h。根据经验数据，在现在的浓缩倍率控制标准下，大水塔排污量在 300t/h 左右较合适，低于此数值的冷却塔循环水的浓缩倍率会超标，高于此数值的水塔浓缩倍率会偏低。另外，#5、6 水塔只是作为三、四期机组的小机凝汽器循环水冷却，蒸发量较小，而水塔本身设计容量又较大，因此本身浓缩水平较低。针对以上问题，对全厂循环水系统进行全面排查，将一期机组冷却塔只供循环水排污水处理站作为化学制水水源；将二三四期机组冷却塔循环水排污水供脱硫系统使用，二期机组冷却塔循环水至#6 水塔敷设排污管作为调节。自 6 月份完成此项工作后，实现了#16 冷却塔不排污的成果，与 2010 年相比，半年减排废水 67.66 万吨，今后每年可减排废水 135.32 万吨。表 1 冷却塔排污量变化情况 单位 万吨#1 水塔 #2 水塔 #3 水塔 #4 水塔 #5 水塔 #6 水塔 合计2010 年下半年排污 25.92 17.1 24.8 6.4 0 0 74.222011 年下半年排污 2.42 3.64 0.1 0.4 0 0 6.56减排 23.5 13.46 24.7 6 0 0 67.662.11 化学废水治理化学废水按系统分主要由精处理、锅炉补给水处理、循环水排污水处理三大系统产生的废水组成；按设备分主要由预处理、预脱盐、离子交换设备产生的废水组成。精处理、锅炉补给水处理系统产生的所有废水都输送至工业废水处理站处理后综合利用，循环水排污水处理系统产生的废水除机加池废水外都直接排放。综合估算，化学废水最大可达 945t/h，一般情况下在600t/h 左右，其中三分之二都是循环水排污水处理站废水。化学系统平均自用水率在 60%左右，有很大的改善的空间。为了降低一期锅炉补给水处理站自用水率，考虑到水源为水质较好的黄河水，将反渗透浓水回收作为超滤反洗水，增加废水利用梯次，月减排废水 3.6 万吨，减少黄河水用量 3.6 万吨/月。为了降低循环水排污水处理站自用水率，将超滤反洗水回收至生水池循环利用，提高废水梯级利用率，月减排废水 10 万吨，减少黄河水用量约 10 万吨/月。自 11 月份治理工作完成后，化学系统自用水率降为 52%，详见表 2。表 2 2011 年化学系统自用水率变化情况1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10月 11月 12月除盐水供水量（万吨）21.8 17.4 17.28 16.4 16.81 19.66 28.2 32.74 23.42 22.21 23.07 28.59化学系统取水量（万吨）53.9234.1542.6547.2544.0559.72 76.190.86 54.253.1155.4859.58自用水率（ %）59.5749.0559.4865.2961.8467.0862.9463.9756.7958.1858.42 522.12 脱硫废水综合利用脱硫废水是全厂水系统最末环节，水质最差，排放量约 60t/h。脱硫废水经过沉淀、絮凝处理后进行综合利用。改造代替工业水作为干灰加湿搅拌水源，分别给一二三四期灰库、灰场、场外输灰#7 转运站做抑尘、喷淋使用，目前运行良好。经过连续两年的节水减排治理工作，2013 年前 10 个月黄河水取水量为 3307 万吨，相比 11年减少 379 万吨；除盐水用量 224.44 万吨，与上年同期相比减少 42.6 万吨。2010年 2011年 2012年 2013年3200330034003500360037003800黄 河 水 用 量黄 河 水 用 量3 废水零排放在深度节水措施实施后，外排废水大幅减少，根据统计 2013 年前 10 个月外排废水量 390.8万吨，相比 11 年减排 356 万吨；11 月份陆续完成外排废水回用、制水预处理废水回用改造后，外排废水量平均约为 70t/h，具备零排放的可能性。在制定零排放措施时，主要遵循如下原则：尽力通过梳理系统、不依靠上先进设备等增加投资的手段来实现。在充分调研电厂现有系统及周边环境后，确定零排放可以在继续挖掘自身减排潜力的同时充分利用周边用户的用水需求。继续提高工业废水处理站出水利用率。目前，工业废水一部分排到脱硫系统重复利用，一部分外排至耿庆沟。可以将工业废水处理后的合格水直接排到脱硫系统使用，按照 11 月份外排水只有 70t/h 来看，项目实施后即可零排放。但由于这是在冬季进行的治理，循环水排污水量小，待气温回升，将有大量废水排出，因此这样的零排放不稳定。由于托克托电厂周边再生资源公司和中水处理