大型热电联产电站水处理技术研究

２０１０年Ｏ４月　第３８卷　第２期（总第２０７期）　吉　林　电　力　

Ｊｉｌｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｐｒ．２０１０　

Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．２（Ｓｅｒ．Ｎ０．２０７）　

大型热电联产电站水处理技术研究　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｃｏ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　

常爱国，王桂华　（东北电力设计院，长春１３００２１）　

摘　要：针对大型热电联产电站利用城市再生水作为电厂补给水水源，以及３００　ＭＷ及以上超临界供热机组水处　理容量大，水质要求高的现状，通过对国内运行的利用经二级处理并达到一级Ｂ排放标准的城市再生水经深度处　理后作为补给水的供热机组水处理技术工艺的分析对比，论述了水源及水处理工艺的选择原则及最佳方案的确　定，为类似工程设计提供借鉴。　关键词：水处理技术；热电联产；电站　中图分类号：ＴＫ２２３．５　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—５３０６（２０１０）０２－０００５—０４　

随着国民生活水平的提高以及节能减排要求，　我国北方城市热电联产电站逐年增加，以替代城市　内的小锅炉供热，为提高机组的经济及环境效益，　３００　Ｍｗ及以上机组成为了热电厂主力机型。高参　数热电联产机组水处理容量大，超临界机组没有汽　包，给水中的杂质无法通过锅炉排污去除等对化学　水处理从处理工艺、处理精度、监督维护都提出了更　高的要求。热电厂因靠近城市，水源复杂，对水资源　和水环境污染加重，对首选水源的城市再生水深度　水处理提出了更高的要求。华能长春热电厂、华能大　庆热电厂均采用３５０　Ｍｗ超临界供热机组，在化学　水处理工艺选择原则及最佳方案的确定等设计方面　进行了探索实践。　

１再生水深度处理　随着城市用水的日益紧张，利用城市再生水深　度处理后作为电厂水源目前已经成为一种发展趋　势，城市再生水的成分比较复杂，含盐量较高，氯离　子和氨直接腐蚀换热器管材，有机类污染物、菌藻　类、胶体物质等可以在系统中生长、繁殖、聚集后形　成有机粘泥，对金属直接产生腐蚀或分解后产生腐　蚀物质等，这些物质以悬浮状颗粒存在于水中，去　除难度较大，处理效果也不好，为确保机组的安全运　行，再生水深度处理方案的选择，应在取得污水处理　厂排水一年水质资料、掌握水质变化规律的基础上，　根据腐蚀试验和动态模拟试验，并借鉴已运行电厂　的实际经验来确定。在电力工程项目中已有许多成　功利用再生水的实例，如北京热电厂、邯郸热电厂、　衡水电厂等均采用了将二级处理后的城市再生水经　石灰深度处理后作为电厂冷却水系统的补充水。通　过近几年的运行，再生水深度处理具有了初步的运　行经验。　选择再生水深度处理工艺应根据再生水的水质　及水量、补充水水质指标、循环水浓缩倍数和换热设　备的材质以及结构型式等条件进行技术经济比较，　并借鉴类似工程的运行经验加以确定。有条件时应　进行再生水深度处理工艺试验，根据试验结果优化　和完善处理工艺方案。目前可供选择的处理工艺有：　过滤一消毒、混凝一沉淀一消毒一过滤、石灰混凝一　沉淀一消毒～过滤、生物滤池一石灰混凝一沉淀～　消毒一过滤、超滤或微滤、生物滤池或生物膜　（ＭＢＲ）处理、超（微）滤～反渗透／电渗析除盐。　城市污水二级处理后的深度处理目的是进一步　去除污水中的悬浮物（ｓｓ）、脱色、除臭、澄清、降低５　日生化耗氧量（ＢｏＤ　）、化学耗氧量（ＣＯＤ）、总有机　碳（ＴＯＣ）等指标，使水质进一步稳定。脱氮、除磷以　消除能够导致水体富营养化的因素，消毒、杀菌以　去除水中的有毒有害物质。按照ＧＢ　１８９１８－－２００２　

收稿日期：２０１０—０１—１２　作者简介：常爱国（１９６８一），男，高级工程师，从事发电厂水处理设计与管理工作。　

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《城镇污水处理厂污染物排放标准》，污水处理厂排　放应达到一级Ｂ。因此为简化厂内深度处理系统，减　少占地面积和投资，建议城市热电厂再生水深度处　理项目只需设置石灰处理系统即可满足要求。　理论上经石灰软化后水的硬度能降低到　ＣａＣＯ。和Ｍｇ（ｏＨ）。溶解度，但实际上钙、镁离子的　残留量常高于理论值，反应所生成的沉淀中会有少　量胶体悬浮于水中。为尽量降低残留的碳酸盐硬度，　可同时加入聚合硫酸铁作为絮凝剂，在去除碳酸盐　硬度的同时去除一部分悬浮物。　石灰及聚合硫酸铁处理后加入硫酸，以调节加　入石灰造成的ｐＨ值升高，将石灰没有去除的碳酸　盐转化为溶解度较大的非碳酸盐。　深度处理可以去除９０　以上的碱度、磷酸盐、　浊度、铜、铝、重金属和亚硝酸盐，去除硅酸盐、铁、　ＣｏＤ的能力在３Ｏ％以上，８Ｏ　以上的Ｂ０Ｄ　可以得　到去除，氨氮的去除能力较差。　在循环冷却系统中，由于循环冷却水循环过程　中不断蒸发与浓缩，污水中的结垢物质很容易生成　水垢。经过石灰混凝处理，可去除污水中碳酸盐硬　度，消除了凝汽器管结垢的隐患。同时还可去除悬浮　的有机物、无机物和溶解性磷酸盐。去除钙、镁、硅　石、氟化物，以及重金属，如隔、铬、镍、铅和银等，降　低污水中细菌、病毒与脱色，是一种效率高且稳定性　好的处理方式。　对于城市污水处理厂排放水作为电厂冷却水系　统补充水源，当排放水水质达到一级Ｂ时，建议采　用石灰处理工艺，当排放的中有机物含量较高时，可　采用曝气生物滤池加石灰处理工艺。　２锅炉补给水水源选择及处理系统　２．１水源的选择　城市热电厂可供选择的锅炉补给水水源有城市　自来水、再生水深度处理后的清水和循环水排污水。　城市自来水作为电厂锅炉补给水运行成本较高，不　利于节水。污水处理厂排水经深度处理后作为锅炉　补给水，节约新鲜水的用量，但深度处理无法去除水　中全部的有机物和离子，因此即使经深度处理后的　清水，也必须采用反渗透工艺方能满足高参数供热　机组对水质的要求。采用清水后，循环水排污水需排　放，无法实现全厂废水的零排放。目前对于带冷却塔　・６‘　的二次循环冷却水系统的电厂普遍采用了循环水排　污水回用技术，供热电厂锅炉补给水处理系统用水　量大，相应增加了循环水排污量，使得循环水浓缩倍　率降低（经计算，循环水浓缩倍率为２左右），采用反　渗透预处理经深度除盐后水中的含盐量能够满足锅　炉补给水要求，这样既解决了循环水排放的问题，也　大大改善了循环水的水质，减少了循环水阻垢剂的　加药量，降低了运行成本。在全厂水平衡允许的情况　下，供热电厂采用循环水排污水作为锅炉补给水是　可行的。　２．２锅炉补给水处理系统　选择一个合适的水处理系统必须根据原水的水　质情况；用水设备对水处理系统出水水质的要求；设　备和药品（包括酸碱、氧化剂、阻垢剂等）的供应情　况；当地的环保要求；场地布置条件；水处理系统的　定员等因素综合确定。循环水排污水水质较差，水　中的有机物、悬浮物、铁含量均较高，因此预处理系　统采用混凝澄清过滤系统，并设置了加氯、加混凝　剂、助凝剂及加碱系统。其优点是反应速度快、操作　控制方便、出力大，同时加碱可进一步降低排污水中　的残余硬度，稳定水质。　超滤可以截留所有大于０．０１　ｍ的颗粒，包括　胶体硅，其出水水质稳定，出水污染指数（ｓＤＩ）不大　于２，这对后级反渗透处理工艺是非常有利的，可以　提高后级反渗透的回收率和膜设计通量，能有效防　止后级反渗透膜的胶体、有机物、微生物的污染，延　长了膜的使用寿命，可降低反渗透的投资和运行费　用，并提高反渗透系统设计的安全可靠性。　２．３除盐系统的选择　城市热电厂采用循环水的排污水作为锅炉补给　水水源，浓缩后的水质非常复杂，水中的含盐量、硬　度、有机物、胶硅等较高，所以结合超临界机组的特　点及水源水质状况，必须采用反渗透预脱盐系统，反　渗透技术具有运行环境好、运行连续、工作强度低、　污染物排放少等优点。但对于超临界供热机组，不论　使用何种高脱盐率的反渗透膜元件，反渗透出水都　要进行深度除盐。　２．３．１一级除盐加混床技术　这是一种传统的离子交换除盐系统。一级除盐　

一般设计成串联系统，后继混床通常采用母管制，以　增加混床的灵活性。该技术成熟可靠，运行周期长，　但系统过于复杂，占地面积略大。典型流程见图１。　２０１０年０４月　第３８卷　第２期（总第２０７期）　吉　林　电　力　

Ｊｉｌｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｐｒ．２０１０　

Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．２（Ｓｅｒ．Ｎｏ．２０７）　

．　箱　过滤器｝＿＿］　ｌ排污水Ｈ澄清池Ｈ清水箱Ｈ过滤器　

纛　中间水箱Ｉ　Ｉ一——】Ｉ泵　一级反渗Ｉ　ｌ一级　透水箱Ｉ－１反渗透热网补水或回至循环水系统　图１　离子交换除盐系统工艺流程　２．３．２　电去离子（ＥＤＩ）技术　该技术又称电除盐、电去离子或电解式连续电　去除离子技术（ＣＥＤＩ、ＣＤＩ），是近年来出现的一项　利用离子交换选择性膜、离子交换树脂及直流电生　产高纯水的新技术。ＥＤＩ是传统的电渗析技术和离　子交换技术的有机结合，既克服了电渗析不能深度　脱盐的缺点，又弥补了常规混床离子交换不能连续　工作、需消耗酸碱再生的不足，其出水水质高且稳　定，自动化水平高，安装运行操作维护方便简单，劳　动强度低，符合环保要求。由于采用结构紧凑的模块　化设计，其占地面积和厂房高度都小于一级除盐加　混床技术。ＥＤＩ除盐系统典型工艺流程见图２。　目前ＥＤＩ设备价格较高，一定程度上限制了该　技术的推广。但采用ＥＤＩ新工艺可节约大量的配套　设施，减少土建投资。应通过经济比较以确定该方案　的可行性。　以上２种水处理技术均能满足供热机组补给水　水质的要求，但由于供热机组除盐补给水量较大，采　用两级反渗透＋电除盐方案会增加电厂投资。　２．４锅炉补给水处理容量的确定　热电联产电厂的特点是除厂内正常汽水损失　外，还包括对外工业用汽以及热网补水等除盐水用　户，因此相对于凝汽式发电厂，水处理容量较大。而　且冬季和夏季水量差别较大，因此在系统容量选择 一妇　热网补水或回至循环水系统　图２　ＥＤＩ除盐系统工艺流程　时应满足最大用水量，在设备套数选择时应尽可能　同时满足冬季夏季运行时的灵活性。以下是某２×　３００　Ｍｗ超临界供热机组在以下３种运行工况下　水量。　ａ．冬季供热工况除盐水量约为１７２　ｔ／ｈ，热网补　水量约为５０　ｔ／ｈ。　ｂ．夏季抽汽工况除盐水量约为１５４　ｔ／ｈ，无热网　补水。　ｆ　ｃ．夏季纯凝工况除盐水量约为５４　ｔ／ｈ，无对外　

供汽损失及热网补水。　为减少投资、节省水资源及减少占地，锅炉补给　水处理与热网水处理系统合并。非供热期时，热网补　水作为循环水补充水回到循环水系统。锅炉补给水　处理系统出力基本可分为２部分，一部分作为机组　除盐水补水，一部分作为热网补水或循环水补充水。