火力发电企业循环水回用改造技术分析

文_王飞 于洋 吴江

1 华电电力科学研究院有限公司 2 华能长春热电厂 3 内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司煤矸石电厂

循环水系统是火力发电企业取水和排水最多的系统，循环水冷却机组取水量平均占总用水量的80%以上，废水排放量平均占全厂总排放量的70%以上。循环水系统节水在整个火力发电企业中具有重要的意义。循环水排污水回收再利用可以有效降低新鲜水取水量，可大幅降低火力发电企业废水排放量。

1 废水回用案例

北方某发电企业为2×300MW机组。采用地表水作为补水水源。地表水水质分析报告见表1。

表1 地表水水质全分析报告表

17 CODMn 2.21 —18 全硅 7.22 —19 活性硅 6.87 —20 非活性硅 0.35 —21 全固体 246.8 —22 溶解固形物 193.3 —23 悬浮物 53.5 —24 电导率（25℃） 278 μS/cm 25 pH 7.83其他项目

从表1的数据可以看出，地表水水质相对较好，含盐量、碱度、氯离子、钙镁离子、悬浮物等含量均较低。通过循环水动态模拟试验确定循环水浓缩倍率可以控制在4.2倍以下运行。浓缩后的循环水水质见表2。

表2 循环水排污水主要水质数据表

从表2的数据可以看出，循环水排污水浊度高，氯离子和硫酸根离子均大幅增加。根据水质分析数据设计的循环水排污水回用处理系统见图1。

图1 循环水排污水回用处理系统流程简图

循环水排污水经过混凝、澄清、过滤、除盐等工艺处理后，产生的反渗透淡水重新补入循环水系统中重复使用。反渗透产生的高含盐量浓水供脱硫系统补水。机械加速澄清池排泥水、砂滤池反洗水和超滤反洗水进入污泥处理系统，污泥系统产生的清水进入机械加速澄清池入口重新进行处理。整个系统采用的是技术相对成熟的水处理工艺。

2 存在的问题分析

2.1 澄清池加药

机械加速澄清池入口设置石灰和纯碱两个加药点，用来去除水中的硬度。石灰的作用是循环水排污水中碱度较高时加入石灰去除水中的碳酸盐硬度。经过石灰处理后的水中含有的硬度主要有石灰处理残留硬度和水中原有的非碳酸盐硬度。纯碱的作用是将水中加入CO32-去除水中剩余的硬度。经过石灰和纯碱处理后的水pH值能达到9.0以上，碱性水通过机械加速澄清池出水加硫酸调节pH值中和供后续设备使用。在设计和施工过程中，机械加速澄清池石灰和纯碱两个加药点设置在同一位置。在现场生产运行过程中，石灰溶解产生的Ca2+和纯碱中的CO32-反应生成CaCO3沉淀。虽然加入了大量药剂，但是机械加速澄清池出水的硬度不降反升，不能起到有效去除水中硬度的作用。大量高硬度的水进入反渗透装置，极易在反渗透膜表面形成钙垢，造成反渗透膜污堵。利用药剂对反渗透膜进行化学清洗，测量清洗废液中含有较高浓度的钙镁离子，这充分验证了进水中的硬度对反渗透膜运行产生了很大的影响。通过循环水排污水水质分析报告中含有大量的Ca2+、Mg2+离子和一定量的CO32-和HCO3-，加入石灰又进一步增加了Ca2+的浓度，无形中增加了杂质离子的处理量。通过加入NaOH代替石灰，可以使OH-和水中HCO3-反应生成CO32-和H2O，再用Na2CO3将水中的硬度去除，可以消除石灰和纯碱同时加入相互反应的问题，降低了无效药品消耗量。采用NaOH和Na2CO3处理后机械加速澄清池出水硬度由调整前23.6mmol/L降至12.0mmol/L，硬度去除效果明显改善。

2.2 澄清池混凝剂选择

机械加速澄清池加入的混凝剂为聚合氯化铝，最佳的pH值适用范围为6～8之间，而循环水排污水的pH值控制范围是8.3～8.6之间，经过石灰和纯碱处理后的水pH值可达到9.0以上。采用石灰和纯碱控制pH值在9.0以上，维持聚合氯化铝的浓度分别为10ml、20ml、30ml和40ml进行混凝效果试验，静置20min时上清液依然浑浊，上清液浊度达到9.3NTU以上，所以聚合氯化铝和水质运行期间的pH值不匹配，采用聚合氯化铝运行期间机械加速澄清池表现为出水区矾花较多不易沉降。在pH值9.0以上的原水条件下，混凝剂可选择聚合氯化铁。聚合氯化铁在pH值为9.0～11.0之间混凝效果较好，对高浊度水质混凝处理效果较好。聚合氯化铁使用时应控制加药浓度，避免残留的聚合氯化铁小分子颗粒进入反渗透膜，造成反渗透污堵。

2.3 杀菌剂的影响

在夏季运行期间，循环水为了防止微生物滋生会定期加入一定量的杀菌灭藻剂。一般每个月需要投加一次氧化性杀菌剂，严重时每月需要投加两次。目前常用的杀菌剂主要是氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂两种。非氧化性杀菌剂在实际应用中杀菌效果较差，长期使用水中的微生物易产生抗药性，因此火力发电企业大多采用氧化性杀菌剂进行杀菌灭藻处理。通常情况下，氧化性杀菌剂的加药浓度控制在20mg/L左右。按照反渗透膜技术协议的要求，膜进水余氯含量要求低于0.1mg/L。这显然超出了反渗透膜进水使用条件。循环水排污水中残留的氧化性杀菌剂可以对反渗透膜氧化，且这种氧化对反渗透膜不可逆，能降低反渗透膜透水性，严重时必须更换反渗透膜处理。当循环水中加入杀菌剂后，循环水排污水回收系统必须退出运行保护设备。氧化性杀菌剂在循环水中的作用时间一般可以达到4～5天，按照每月两次加入杀菌剂计算，夏季会有1/3的时间不能使用循环水排污水回收系统，回收量总量受到严重的影响。去除水中残留的余氯最好的方法就是增加活性炭过滤器。水处理活性炭孔隙结构发达，比表面积大，吸附能力强，库层阻力小，化学性能稳定，易再生，对水中的有机物和余氯均有较好的去除效果。为了保证系统在夏季可以连续运行，超滤进水前增加活性炭过滤器十分必要。

2.4 水温的影响

水温对机械加速澄清池混凝效果影响大。循环水排污水取水点设置在循环水水泵出口。循环水的温度随季节变化较大，当水温降低时，混凝剂的水解速度缓慢，颗粒的“布朗运动”强度减弱，形成絮凝物所需要的时间加长。另外低温下形成的絮凝物细而松散，澄清效果变差，絮凝时间加长，按照现有的机械加速澄清池设计的絮凝停留时间严重不足，造成机械加速澄清池经常翻池无法控制，出力只有最大出力的1/4左右。通常情况，聚合氯化铁混凝剂水温条件宜在20～30℃之间。由于循环水排污水回用处理系统设计流量大，如果采用蒸汽加热必然带来不必要的能量消耗，且加热后水温不均极易造成水的扰动。当冬季水温低时，在循环水回水设置一个取水点，利用循环水经过凝汽器换热后的回水取水进行处理是一个行之有效的方法，换热后的回水进入压力适宜、流量大，水温适宜，这样既不额外消耗热量，又提高水温的同时避免水的扰动。改造的过程中只需要铺设少量供水管道，不增加新的动力设备，不产生能源消耗。按照季节水温变化水源切换运行，当夏季水温高时采用循环水泵出口取水运行；当冬季水温低时采用循环水回水运行。

2.5 混凝效果的影响

采用循环水排污水，NaOH和Na2CO3按照1：1.5的比例调节水质pH值至9.0以上，控制不同浓度下的聚合氯化铁加入量进行混凝效果试验。试验数据见表3。

表3 混凝效果试验

从表3的数据可以看出，循环水排污水加入混凝剂5.0～40.0ml/L之间，静置时间为20min，水样均有一定量的絮状物，上清液浊度达到8.8NTU以上，无法满足机械加速澄清池出水浊度小于5NTU的要求。

在火力发电厂循环水系统运行过程中，循环水加入少量的阻垢剂可以防止水中的Ca2+和Mg2+结垢。碳酸钙垢是结晶体，由Ca2+和CO32-相互碰撞才能结合成CaCO3沉淀，通过机械加速澄清池定期排泥排出。在水中加入阻垢剂时，药剂会吸附到CaCO3晶体的活性增长点，抑制晶格生长。阻垢剂能与Ca2+、Mg2+等形成稳定络合物，提高了CaCO3析出的过饱和度，降低凝汽器管结垢。循环水系统阻垢是期望减少钙镁水垢的形成达到阻垢效果，而循环水排污水处理是期望加入药剂降低水中的钙镁离子使其沉降。通过小型试验可以验证加入阻垢剂对混凝效果的影响。

通过循环水动态模拟装置将地表水在不加阻垢剂的前提下进行4倍浓缩获取试验用循环水水样。用此水样进行混凝效果试验，试验结果见表4。

表4 不加阻垢剂混凝效果试验

从表4的数据可以看出，循环水中加入混凝剂20.0ml/L以上，静置时间为15min，水样澄清无絮状物，上清液浊度达到0.9NTU以下，混凝效果可以满足要求。这也充分验证了阻垢剂对混凝效果的影响较大。

在不改变循环水处理方式的情况下，水中加入助凝剂可以提高混凝效果。但是当助凝剂加入过量时，少量的助凝剂会沉积到超滤和反渗透膜表面，造成膜污堵现象，对膜进行化学清洗无法将其去除，直接影响膜处理设备的使用寿命。通过混凝试验准确控制助凝剂的加药量，减少膜元件污堵的可能性，助凝剂混凝试验结果见表5。

表5 加助凝剂剂混凝效果试验

从表5的数据可以看出，NaOH和Na2CO3按照1：1.5的比例调节水质pH值至9.0以上，循环水排污水中加入混凝剂20.0ml/L，静置时间为15min。维持助凝剂浓度在0.5mg/L时，静置后的水样依然有少量絮状物，混凝效果不好；维持助凝剂浓度在1.0mg/L以上，水样澄清无絮状物，上清液浊度可达到0.9NTU以下，混凝效果可以满足要求。

通过混凝试验可以得到循环水排污水处理加药方案：聚合氯化铁加药量以25 ml/L为宜，辅助加入1.0～1.5ml/L的助凝剂，NaOH和Na2CO3按照1：1.5的比例调节pH值在9.0～9.7之间，可以得到较好的澄清效果。按照此加药方案处理，机械加速澄清池运行状况良好，超滤和反渗透膜连续运行未出现污堵现象。

循环水排污水处理后回收至循环水系统，水质运行方式发生了改变。地表水补入循环水系统，经过蒸发损失、风吹损失等浓缩；高浊度、高硬度、高盐分的排污水进入循环水排污水回收处理系统进行混凝、澄清、过滤、脱盐等处理后产生的淡水重新补入循环水系统中。排污水中的悬浮物、胶体和溶解盐类大部分被去除。按照此系统长期运行，循环水中的杂质含量达到了一个相对的平衡。通过动态模拟试验确定循环水控制指标，水质控制指标见表6。

表6 循环水水质控制指标

因循环水系统补水采用两种水源作为补水，水质存在差异，补水比例变化较大，故不再采用浓缩倍率作为循环水处理控制指标。

3 结语

对循环水排污水的调整主要有以下几个方面：①用NaoH更换石灰处理，配合Na2CO3可以有效去除循环水中的硬度，也解决了原有的石灰和Na2CO3加药点重叠的矛盾。②将混凝剂由聚合氯化铝更换为聚合氯化铁解决了混凝剂与水质pH值不匹配的问题。③在超滤前增加活性炭过滤器可以降低夏季加氧化性杀菌剂对反渗透膜氧化的风险。④在循环水凝汽器回水处设置取水点提高冬季排污水的水温，夏季和冬季取水点切换运行，保证机械加速澄清池混凝效果。⑤通过混凝试验确定最佳加药量。⑥循环水通过动态模拟试验确定控制指标，防止凝汽器腐蚀结垢。经过上述调整，循环水排污水回用系统能够连续稳定运行。