某火电厂循环水系统使用城市再生水改造措施研究

王亚南

(大唐国际张家口发电厂,河北 张家口 075032)

0 引言

在我国,火电厂一直是工业用水大户,其耗水量占工业用水量20%左右,火电厂对地下水开采以及地表水使用很大程度影响了我国水资源配置[1]。近年来国家要求新建、扩建火电厂禁止取用地下水,严格限制取用地表水,鼓励利用城市污水处理厂的中水或其他废水。为适应国家环保政策调整,建厂多年的火电厂引入城市再生水替代地下水已是未来的发展趋势。

在火电厂耗水中,循环冷却水占比最大,约占总耗水量的八九成,因此目前城市再生水替代地下水大多是作为机组的循环冷却水[2]。但是由于城市再生水来自废水污水,其水质与地下水相差很大,虽然经过各种水处理工艺,水质有一定程度改善,但循环冷却水水源改变后会对相关设备造成很大影响。本文以某火电厂为例,探讨火电厂引进城市再生水后对相关设备产生的影响,并提出相应的改造措施。

1 城市再生水的水质特点

某火电厂使用某污水处理厂深度处理的城市再生水替代原洋河漫滩南、北两岸的深井地下水做为循环冷却水水源,出水指标执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,城市再生水处理工艺流程如图1所示。

图1 城市再生水处理工艺流程

该污水处理厂使用其他污水厂处理后的一级A排水经过缓冲调节水池、硝化曝气生物滤池、机械加速澄清池(投加石灰和硫酸亚铁)、酸化渠(投加浓硫酸)和活性砂滤池清水池的工序后,通过1根DN1000管道直接外送至火电厂[3]。

本文调取最近一次该城市再生水与地下水水质分析报告进行对比分析,2种水源的主要水指标参数如表1、表2所示。

表1 城市再生水主要水指标参数

表2 地下水主要水指标参数

2 城市再生水对循环冷却水系统的影响

a.凝汽式汽轮机的凝汽器使用铜冷却管,铜管厚度为0.8 mm,铜管与管板胀接后使胀口处的管板减薄并且增加了内应力,循环冷却水首先腐蚀铜管的胀接口处,导致凝汽器内漏,影响凝结水质[5]。城市再生水的Cl-过高,使腐蚀过程加快,严重影响汽轮机长期安全稳定运行。

b.辅机设备通过冷却器进行冷却降温,使用地下水的火电厂,为了提高冷却器的换热效率,冷却器换热管采用铜管,铜管厚度为0.5～1 mm,采用胀接方式与管板密封固定。城市再生水的Cl-过高,对铜管产生腐蚀,胀口处容易产生腐蚀内漏。

3 改造措施

3.1 辅机设备冷却器改造

为防止城市再生水对汽轮机侧、锅炉侧、空压机、化学取样等辅机设备冷却器的腐蚀,采用如下2种改造方案。

a.更换所有冷却器管

汽轮机侧的辅机设备冷却器,在夏季循环水温度太高时要掺入温度较低的地下水,缓解设备温度升高,采用城市再生水作为循环冷却水补充水后,需要对全部冷却器的冷却管由铜管改造为316L不锈钢管,管板改造为304不锈钢材质。锅炉侧的辅机设备冷却器、除灰空压机、仪用空压机、化学汽水取样等冷却器本身使用城市再生水作为冷却水后,因水质变差、Cl-增高、水温与地下生水相比升高约20 ℃左右,因此对所有冷却器的冷却管由铜管改造为316L不锈钢管,管板改造为304不锈钢材质,吸风机和空压机的冷却器由于冷却水温升高还需增容改造[8]。采用该方案,优点是不需要新增加冷却水系统,只对原冷却器的冷却管和管板进行改造,系统简单。但缺点也很明显,所有汽轮机侧辅机、锅炉侧辅机、空压机的冷却器均需要更换;同时由于冷却水为城市再生水,容易在冷却器的换热管内集聚絮状污泥,每年都必须在夏季高峰用电前对所有冷却器进行一次水冲洗,特别是发电机氢气冷却器需要每年在夏季高峰用电前,申请停机进行氢气冷却器换热管冲洗。

b.增设闭式循环冷却水系统

该方案为达到使冷却器与城市再生水隔离的目的,需在汽轮机厂房内建设一套闭式循环冷却水系统,闭式循环冷却水的补水采用凝结水或除盐水,冷却水使用城市再生水(从凝汽器冷却水的入口管道取水)。这套系统的主要设备有开式循环水泵、闭式循环水泵、板式换热器及配套系统等,通过与城市再生水换热向汽轮机厂房(主机冷油器除外)、锅炉厂房、空压机、化学汽水取样装置的设备冷却器提供冷却水源。采用闭式循环冷却水后水温相对增高,闭式循环冷却水流量要进一步增加,为了保证有足够的闭式冷却水循环流动,需相应增加100%容量的闭式循环水泵2台(1台运行、1台备用)和75%容量的换热器2台,由于板式换热器具有换热效率高、占地面积小的特点,所以闭式循环冷却水系统换热器采用板式换热器,保证闭式循环冷却水温相对开式循环水温升高的温度尽量低,换热器温差设计5 ℃。由于夏季开式循环水温偏高,会使闭式循环冷却水温升高,以及城市再生水容易在板式换热器集聚絮状污泥,因此增设100%容量的开式循环水泵2台(1台运行,1台备用),提高开式水流速。采用该方案,优点是不容易在冷却器的换热管结垢和集聚絮状污泥,保证冷却器换热高效率,冷却管清洗频率大幅降低。但由于增加了闭式循环冷却水系统,汽轮机侧冷却水系统较复杂,需要增加电气设备和热工控制设备。

2种方案对于城市再生水消纳影响不大且投资相近。增设闭式循环冷却水系统,冷却水为凝结水或除盐水,基本在冷却管无淤泥附着,冷却管为传热高的铜管,传热效率高,设备使用寿命长;改造所有辅机冷却器需每年清洗所有冷却器,每年夏季前需申请停机1次清洗发动机氢气冷却器,日常维护工作量大。因此综合对比选择增设闭式循环冷却水系统方案进行改造。

3.2 凝汽器和主机润滑油冷油器的改造

由于凝汽器和主机润滑油冷油器所需冷却水量大,所以凝汽器和主机润滑油冷油器继续采用开式循环水冷却,为了提高防腐蚀性能,凝汽器和主机润滑油冷油器的换热管由铜管换为TP317L不锈钢管。胶球清洗系统设备整体更换或更换通流部分。

3.3 冷却水塔改造

冷却水塔包括塔筒内壁、外壁,淋水槽、水池、人字柱等需要进行防腐处理。混凝土表面保护涂料体系需要综合考虑附着力、耐化学腐蚀、耐冲刷、抗渗透性、耐老化、耐候性、耐久性、保光保色、施工方便等多方面要求后设计选用[9]。同时需要对与城市再生水接触的原混凝土结构进行检查和性能检测,选择适宜原混凝土结构的防腐工艺。

4 结论