【純水設(shè)備www.weyiwe.cn】隨著國家環(huán)境保護(hù)政策的實施，火電廠廢水的零排放勢在必行。熱電廠廢水的零排放分為兩大階段:深層水的節(jié)約和固化處理和末端排出物的處置。在此基礎(chǔ)上，分析了不同類型電廠的典型深節(jié)水技術(shù)路線，并指出了存在的問題。同時，對目前的末端廢水固化處理方法進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較?？紤]到超低排放改造、脫硫工藝水水質(zhì)、水水質(zhì)、廢水脫硫、循環(huán)水系統(tǒng)的除垢等因素，提出了燃煤電廠廢水零排放技術(shù)路線，并提出了相關(guān)建議。
隨著我國水污染防治計劃的出臺，對燃煤電廠的水、排水提出了更高的要求，燃煤電廠廢水零排放系統(tǒng)建設(shè)也逐漸成為火電廠污水處理的發(fā)展趨勢。所謂嚴(yán)格的廢水零排放，主要采取措施不對環(huán)境產(chǎn)生任何不利影響，從水到電廠的水，以蒸汽的形式進(jìn)入大氣，最終或以封閉的形式，如污泥填埋處置。本文對不同類型火電廠廢水零排放的技術(shù)路線進(jìn)行了比較分析，并對技術(shù)路線的制定和實施的影響因素進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的建議。
作為大型水用戶，火電廠廢水零排放的不同階段的火電廠應(yīng)經(jīng)過四個階段:
(1)優(yōu)化水流分配;
(2)減少各水系統(tǒng)內(nèi)的水的外部排水量。對于濕冷機(jī)組，其主要目的是減少循環(huán)水的外部排水量。
(3)廢水處理和再利用;
(4)終端廢水處理。
前三個階段可稱為深度節(jié)水階段，熱電廠零排放廢水不同階段的投資和運(yùn)營成本見表1。
從表1可以看出，熱電廠廢水的零排放不是通過單一的技術(shù)或過程實現(xiàn)的，而是由各種技術(shù)和過程的組合實現(xiàn)的，實現(xiàn)應(yīng)該基于每一種植物。
具體的案例是在步驟中實現(xiàn)的。隨著廢水零排放的逐步發(fā)展，其投資和運(yùn)營成本越來越高，但節(jié)水效果越來越小。由于實行嚴(yán)格的零排放廢水是困難和昂貴的，我國只有少數(shù)幾家電廠建立了嚴(yán)格的廢水排放零排放系統(tǒng)。
風(fēng)冷電廠深節(jié)水技術(shù)路線。
2.1技術(shù)路線介紹
由于沒有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，與相同的濕冷機(jī)組容量相比，不同等級的空氣冷卻機(jī)組的節(jié)水率在65% - 90%之間。對于空冷電廠，整體節(jié)水空間較小，主要工作是在最終處置集中垃圾后，對廢水回收和工廠的分類進(jìn)行廢水零排放系統(tǒng)的建設(shè)。
一種北方風(fēng)冷發(fā)電廠(以下簡稱電廠A)采用循環(huán)流化床鍋爐。工廠產(chǎn)生的廢水主要包括輔機(jī)循環(huán)排水污水、化學(xué)車間(超濾反洗水鹽度水,再生離子交換、反滲透、廢水),過濾器反洗水預(yù)處理系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和其他的機(jī)器批混合下水道,等。由于少量的水在各種廢水,工廠將收集上述廢水統(tǒng)一處理,及其工藝流程如圖1所示。
電廠深度節(jié)水項目投入運(yùn)營后2010年,反滲透系統(tǒng)水質(zhì)達(dá)到設(shè)計要求,但由于不當(dāng)石灰軟化系統(tǒng)設(shè)計和澄清池選擇、石灰治療效果差,影響后續(xù)再生離子交換設(shè)備的周期,使系統(tǒng)作為一個整體自用水比例高于設(shè)計值,大量的浪費(fèi)。此外，為了保證系統(tǒng)的脫鹽率，反滲透水的pH控制值較低，反滲透有機(jī)質(zhì)和硅垢的污染風(fēng)險較高，清洗周期較短。
2.2存在的問題
考慮到電廠A的深層節(jié)水路線，主要有以下幾個問題。
(1)電廠輔助循環(huán)產(chǎn)生的廢水排污水和反滲透水屬于高鹽廢水,其余的超濾反洗水,如過濾器反洗水、排水系統(tǒng)和其他的機(jī)器批混合廢水排水都屬于低鹽。離子交換系統(tǒng)產(chǎn)生根據(jù)廢水的再生過程可以分為可再生替代階段的高鹽廢水和反洗是洗階段低鹽廢水,其中低鹽廢水量占廢水的總量的70%以上。上述低鹽廢水的主要污染物是懸浮物，其他水質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于或等于原水水質(zhì)。這部分廢水可以直接采集，并直接返回到預(yù)處理系統(tǒng)的入口。如果將高鹽廢水與低鹽廢水混合，再脫鹽，則會增加后續(xù)脫鹽處理系統(tǒng)的施工能力和運(yùn)行壓力。
(2)電廠節(jié)水的深度技術(shù)建立一個床和一個弱酸鈉離子交換裝置,開關(guān)將由可再生液體再生過程中引入新的離子和離子的一部分將進(jìn)入最后的工廠的廢水。目前，電廠A的終端廢水是作為灰倉和灰場的濕混和除塵用水。然而，這種利用方式受到干灰外部銷售的影響，也不符合嚴(yán)格的零排放廢水的要求。如果最終排出物要被治愈，則末端污水處理的費(fèi)用將大大增加。 濕冷電廠深度節(jié)水技術(shù)路線
3.1工藝介紹
某濕冷火電廠(以下簡稱電廠B)裝機(jī)容量2x1000MW，其鍋爐補(bǔ)給水水源由循環(huán)水排污水供給，脫硫工藝水由循環(huán)水排污水和處理后的工業(yè)廢水供給，化學(xué)再生酸堿廢水供撈渣和輸煤系統(tǒng)使用。在電廠B的深度節(jié)水工作中，其主要重點(diǎn)在于循環(huán)水除供脫硫、化學(xué)等使用后仍有約220m3/h無法消化，需要進(jìn)行處理后將淡水回用至循環(huán)水系統(tǒng)，通過提高循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)來提高濃縮倍率，從而降低循環(huán)水排污量和補(bǔ)水量。電廠B循環(huán)排污水處理工藝流程如圖2所示。
循環(huán)水排污水通過預(yù)處理系統(tǒng)去除大部分暫硬、部分有機(jī)物和硅后進(jìn)入超濾、低壓反滲透雙膜處理系統(tǒng)。低壓反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，濃水進(jìn)入高壓反滲透系統(tǒng)進(jìn)一步脫鹽，最終濃水送至脫硫廢水處理系統(tǒng)的濃縮單元。
3.2存在問題
電廠B深度節(jié)水方案采用了低壓與高壓反滲透相結(jié)合的工藝，提高了系統(tǒng)的整體回收率，降低了后續(xù)高鹽廢水處置成本，但仍存在以下問題。
(1)由于循環(huán)水中含有大量的阻垢分散劑，混凝過程中需要投加大量的凝聚劑，整體運(yùn)行費(fèi)用較高，環(huán)保性較差。
(2)循環(huán)水經(jīng)濃縮所增加的硬度值中，永硬比例一般在80%以上，而石灰處理主要去除暫硬，對總硬的去除效果較差.從而造成后續(xù)低壓反滲
透系統(tǒng)回收率較低，高壓反滲透系統(tǒng)總體建設(shè)規(guī)模較大。
(3)在沒有設(shè)置永硬去除工藝的情況下，低壓反滲透系統(tǒng)的濃水直接進(jìn)入高壓反滲透系統(tǒng)后，高壓反滲透濃水側(cè)硫酸鈣的飽和度達(dá)到400%以上，雖然運(yùn)行過程中投加阻垢劑，但系統(tǒng)仍存在較大的結(jié)垢風(fēng)險。
末端廢水固化處置技術(shù)路線
經(jīng)過用水和排水規(guī)劃及梯級回用實現(xiàn)深度節(jié)水后，火電廠最終產(chǎn)生的無法消耗的末端廢水主要包括離子交換再生系統(tǒng)所排高鹽廢水和經(jīng)過處理后滿足達(dá)標(biāo)排放要求的脫硫廢水。由于全廠所有用水中的鹽分全部通過各種形式進(jìn)入該部分廢水，其主要水質(zhì)特點(diǎn)為含鹽量高且屬于硫酸鈣的飽和溶液，結(jié)垢傾向大，腐蝕性強(qiáng)。目前對該部分廢水主要有5種處置方式:
(1)直接蒸發(fā)結(jié)晶固化處理;
(2)濃縮后再進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶固化;
(3)噴入除塵器前的煙道進(jìn)行蒸發(fā);
(4)廢水經(jīng)調(diào)質(zhì)后在煙道外利用煙氣余熱進(jìn)行蒸發(fā);
(5)機(jī)械霧化蒸發(fā)。
這5種廢水處置方式均可實現(xiàn)火電廠末端廢水嚴(yán)格意義的廢水零排放，各種工藝的比較如表2所示。
由表2可見，前4種廢水處置方式均需要對廢水進(jìn)行深度軟化預(yù)處理，減少廢水中結(jié)垢性離子含量，以降低后續(xù)處置設(shè)備結(jié)垢風(fēng)險。深度軟化一般可采用NaOH+Na2C03聯(lián)合軟化工藝。第2種和第4種方式在深度軟化的基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行濃縮。研究表明，針對典型的脫硫廢水，微濾加反滲透的濃縮工藝可在回收率大于60%的工況下穩(wěn)定運(yùn)行。
第1種和第2種方式采用蒸發(fā)結(jié)晶作為廢水固化工藝，投資和長期運(yùn)行費(fèi)用較大，但可以回收部分冷凝水。第2種方式廢水經(jīng)過濃縮可大大降低蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的投資費(fèi)用。
第3種和第4種方式充分利用了煙氣余熱，第3種廢水直接噴入煙道的固化方式有少量實際工程應(yīng)用，但仍存在煙溫、煙道長度等多種影響蒸發(fā)過程的因素需要進(jìn)一步研究核實，同時還會存在除塵器效率降低、電除塵系統(tǒng)腐蝕和鹽分在煙道沉降聚集等風(fēng)險。第4種廢水調(diào)質(zhì)后體外煙氣蒸發(fā)工藝既利用了部分煙氣余熱，同時又不會對主煙氣系統(tǒng)造成影響，但該方式產(chǎn)生的結(jié)晶鹽全部進(jìn)入飛灰，是否會對飛灰的性能和對外銷售造成影響需要進(jìn)一步研究。
第5種機(jī)械霧化方式投資小，便于建設(shè)與操作，但該工藝受氣象和環(huán)境因素影響較大，且占地面積大，不可控程度較高，霧化廢水噴入空氣中易造成二次污染。
廢水零排放改造需考慮的因素
火電廠的用水排水系統(tǒng)貫穿全廠生產(chǎn)的大部分環(huán)節(jié)，因此在制定廢水零排放改造技術(shù)路線時還應(yīng)該考慮以下相關(guān)因素。
5.1超低排放改造
根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，燃煤機(jī)組要在2020年以前全面完成超低排放改造。具體措施包括:
(1)低氮燃燒器改造或煙氣脫硝增加催化劑層;
(2)脫硫單塔雙循環(huán)或雙塔雙循環(huán)改造;
(3)低溫電除塵或濕式電除塵改造。其中脫硫增容改造和濕式電除塵器的安裝會增加廢水量，脫硝增容和低氮燃燒器改造不會增加廢水量。當(dāng)進(jìn)入脫硫塔入口煙溫降低后，機(jī)組濕法脫硫用水量將減少35%~40%，因此原本通過脫硫系統(tǒng)蒸發(fā)攜帶的部分廢水無法直接消耗，打破了全廠原有的廢水零排放體系。對于空冷和直流冷卻機(jī)組，可通過減少工業(yè)水補(bǔ)水量來實現(xiàn)新的水量平衡;對于濕冷機(jī)組，則需要對多余的廢水進(jìn)行脫鹽或者通過提高循環(huán)水濃縮倍率的方式來實現(xiàn)新的平衡。
5.2脫硫工藝水水質(zhì)及脫硫廢水水量
在火電廠廢水零排放改造方案實施過程中，通常要改變濕法脫硫工藝水用水水源，而脫硫工藝水主要作為除霧器沖洗水使用。一般認(rèn)為沖洗水的硫酸鈣飽和度低于50%時可防止除霧器表面的結(jié)垢。如果廢水零排放設(shè)計方案中的脫硫工藝水的硫酸鈣飽和度不能滿足這一要求，則需要在工藝水的前處理工藝中增加降低鈣離子和硫酸根含量的相關(guān)措施。
在保持脫硫廢水水量不變的工況下，脫硫工藝水源改變后脫硫廢水氯離子濃度可由下式進(jìn)行估算。
式中:。為水源更換后吸收塔漿液氯離子質(zhì)量濃度，mg/L;cf為水源更換前吸收塔漿液氯離子質(zhì)量濃度，mg/L;Qb為吸收塔補(bǔ)水量，m3/h;c1為水源更換后工藝水氯離子質(zhì)量濃度，mg/L;c0為水源更換前工藝水氯離子質(zhì)量濃度，mg/L;Qf為脫硫廢水量，m3/h
根據(jù)計算結(jié)果，如水源更換后廢水氯離子濃度超出設(shè)計導(dǎo)則要求，則需要通過增加廢水的排放量來降低吸收塔漿液的氯離子濃度。因此，若脫硫工藝水源水質(zhì)變化(主要考慮氯離子)，脫硫廢水水質(zhì)或水量也會發(fā)生變化。
5.3循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢
對于通過提高循環(huán)水濃縮倍率或者極限含鹽量來減少循環(huán)水排放量的廢水零排放系統(tǒng)，改造后循環(huán)水系統(tǒng)的鈣離子、硫酸根、氯離子等離子的濃度均相應(yīng)增加，此時應(yīng)通過經(jīng)驗或試驗數(shù)據(jù)判斷循環(huán)水是否存在腐蝕或結(jié)垢風(fēng)險，并將其作為制定廢水零排放方案的相關(guān)依據(jù)。需要注意的是，此處的腐蝕不僅需考慮換熱設(shè)備的腐蝕狀況，同時要考慮氯離子和硫酸根對鋼筋混凝土構(gòu)筑物的腐蝕，以便采取必要的措施。
技術(shù)路線制定相關(guān)建議
綜上，火電廠制定廢水零排放技術(shù)路線時應(yīng)關(guān)注以下幾個方面。
(1)綜合考慮全廠各相關(guān)專業(yè)的情況，總體規(guī)劃，分步實施，尤其應(yīng)重視深度節(jié)水階段的改造工作。深度節(jié)水階段的節(jié)水改造投資低，效益大，可為后續(xù)廢水零排放系統(tǒng)建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。
(2)對于濕冷型火電廠，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計中濃縮倍率控制在3~5較為經(jīng)濟(jì)，濃縮倍率再提高對節(jié)水能力貢獻(xiàn)有限。但隨著廢水零排放要求的逐步實施，由于后續(xù)末端廢水處置成本高昂，如果可以通過進(jìn)一步提高濃縮倍率以使循環(huán)水系統(tǒng)排污量與下游廢水消耗量直接匹配，則循環(huán)水系統(tǒng)不向外排放廢水，即可以大大降低廢水零排放建設(shè)成本，這一點(diǎn)對于原水水質(zhì)較好的電廠尤為重要。如廣東某電廠原水鹽分質(zhì)量濃度僅為75.9mg/L，通過合理藥劑選擇，該廠將循環(huán)水濃縮倍率直接提升至10.5，實現(xiàn)了排污水量與下游脫硫用水水量相匹配。
(3)火電廠進(jìn)行節(jié)能改造后進(jìn)入脫硫塔的煙溫降低，造成煙氣蒸發(fā)水量減少，但部分電廠由于要保證除霧器沖洗水量，脫硫塔仍大量補(bǔ)水，從而造成脫硫廢水量增加，最終增加末端廢水處置的成本。因此，火電廠在進(jìn)行節(jié)能改造方案制定時的經(jīng)濟(jì)性分析也應(yīng)充分考慮由于末端廢水增加而增加的建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用，從而對節(jié)能改造方案的經(jīng)濟(jì)性做出準(zhǔn)確評估。
(4)隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，火電廠的水平衡是動態(tài)的而不是靜止的，因此廢水零排放方案也應(yīng)充分考慮機(jī)組在不同負(fù)荷條件下的工況，同時在廢水零排放水平衡體系設(shè)計中需考慮充分的余量，以確保廢水零排放目標(biāo)的實現(xiàn)。
結(jié)語
水系統(tǒng)貫穿火電廠生產(chǎn)過程始終，因此火電廠廢水零排放是一項系統(tǒng)工程。本文研究結(jié)果表明.對于火電廠零排放技術(shù)路線.應(yīng)充分考慮電廠自身機(jī)組類型、水源水質(zhì)、冷卻型式等特點(diǎn)及其影響，并結(jié)合全廠各專業(yè)實際用排水狀況予以制定。同時，由于深度節(jié)水的結(jié)果對末端廢水固化的工藝選擇及投資和運(yùn)行成本影響極大，火電廠零排放宜根據(jù)具體情況分段實施，以保證各階段治理效果，避免重復(fù)投資。更多環(huán)保及純水處理設(shè)備資訊請關(guān)注佳潔純水設(shè)備網(wǎng)。
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