污水再生直接用于燃气热电厂生产的技术方案

崔萌陈北洋

（1天津华电福源热电有限公司 天津 300170 2华电水处理技术工程有限公司 天津 300170）

1 工程概况

京津地区是我国重要的政治经济中心，该区域作为环渤海经济圈的核心，在经济发展的同时，日趋恶化的环境问题引起了社会的广泛关注。天津华电武清燃气分布式能源站以天然气为燃料，通过能源的梯级利用，实现热电冷及生活热水多联供，综合能源利用效率可以达到70%，并收集开发区内污水，经过再生处理后回用于电厂，满足循环冷却用水、余热锅炉补给水及热网补给水用水需求。具有较好的经济、环境、社会效益，并为电力发展拓展空间[1]。

天津华电武清燃气分布式能源站位于天津武清开发区三期西区，规划建设4×200MW燃气-蒸汽联合循环供热机组，一期工程建设2×200MW机组，利用武清开发区三期西区污水处理厂的再生水作为生产水源，采用改良A/O工艺（二级处理），经高密度沉淀池及纤维转盘过滤、消毒（三级处理）后排放；污泥采用机械直接浓缩、脱水方式。循环冷却水系统采用经“石灰软化+变空隙滤池过滤技术”处理后的一级A中水。循环冷却水经过“活性炭过滤加超滤反渗透工艺”处理后用作补给水及热网循环水补充水。

2 污水处理工艺

2.1 污水处理厂水质标准

根据调查，武清开发区三期西区污水处理厂进水水质如表1所示，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中城镇污水处理厂一级A标准。

表1 武清开发区三期西区污水处理厂进出水水质

2.2 污水厂设计规模

根据武清开发区三期西区污水量核算及现有企业单位建设及运营进度，设计污水处理厂分两期建设。一期建设规模：10000 m3/d，近期总变化系数：k=1.58，近期最大设计流量：Q=0.183 m3/s，设计水温：12℃；二期建设规模：20000 m3/d，总计建设规模：30000 m3/d。

2.3 污水厂处理工艺

采用改良A/O工艺（二级处理），经高密度沉淀池及纤维转盘过滤、消毒（三级处理）后排放；污泥采用机械直接浓缩、脱水方式。

2.4 能源站临时再生水水源

天津华电福源热电能源站循环冷却水补水量15000 m3/d，预计2014年底武清开发区三期西区污水量为6000m3/d，为保证能源站循环冷却水补水，暂时考虑引进外调水源，引水规模为10000 m3/d。

实际引水从武清第一污水处理厂（设计水量30000 m3/d，实际水量26000-27000 m3/d，污水以工业污水为主，污水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。

在武清第一污水处理厂附近设临时输水泵站一座，输水量10000 m3/d，占地80m2，潜水泵 3台（2用1备），流量210m3/h，扬程30m。

输水管线一条总长2530米，选用DN315PE塑料管。

3 再生水回用作燃气热电厂循环水处理系统设计

3.1 燃气热电厂水系统基本流程

本工程新建2套（1+1+1）型式的燃气—蒸汽联合循环机组，即1台燃机、1台余热锅炉和1套汽轮发电供热机组，总装机容量为2×（120+60 MW）。主要工艺流程如图2所示。空气经由压气机压缩后，进入燃气轮机燃烧室中参与天然气燃烧，产生的高温烟气带动燃气轮机做功。燃气轮机排出的高温排气在余热锅炉中放热，使余热锅炉内的给水（主要是补给除盐水）变成蒸汽，再送入蒸汽轮机中做功。做功后的排汽由蒸汽轮机低压缸排至凝汽器，在凝汽器中的低压缸排气被铜管中流动的循环冷却水冷却后形成凝结水，凝结水经加热器加热后由给水泵输送至余热锅炉实现水循环。循环冷却水在循环水泵的作用下，进入凝汽器铜管冷却蒸汽轮机排汽，最终回到冷水塔[2]。

图2 燃气热电厂基本生产流程

燃气热电厂的水系统主要分为循环水系统、凝结水系统以及热网循环水系统。循环冷却水的主要作用是将凝汽器中低压缸排气冷却成凝结水。凝结水构成了燃气热电厂的基本水循环，在化学除盐水不断补给的情况下可以实现余热锅炉-蒸汽轮机的汽水循环。热网循环水在热网加热器被蒸汽汽轮机抽气加热，经热网循环泵输送到热用户，热网循环水在用户侧完成放热后，最终返回热网首站，这一循环可以实现对热用户的热供给。

3.2 再生水回用作循环冷却水处理

循环水源主要采用天津市武清区污水处理厂的再生水，备用水源为由龙凤河水，根据水质采样及全年统计数据龙风河水水质、水量符合循环水水源标准。

循环冷却水处理的任务是防止凝汽器管结垢、腐蚀以及微生物的繁殖，保证凝汽器安全经济运行。循环冷却系统为配有冷水塔的二次循环系统。

本工程循环水补水水源为经深度处理后的再生水，拟采用加阻垢剂、加杀菌剂处理和适当排污处理。进厂的中水采用：石灰软化处理+PCF过滤，加阻垢剂、杀菌剂、缓蚀剂。

3.2.1 石灰深度处理的主要作用

（1）对污水处理厂中水水质波动有缓冲作用[3]

中水在大容积澄清池中停留时间较长，反应物表面积大，吸附能力强，使溶解、非溶解有机物颗粒得到分离。

（2）降低中水碳酸盐硬度，有效防止结垢

（3）对水中残留有机物有净化作用

石灰处理形成碳酸钙微晶体、氢氧化镁絮状体及凝聚剂加入后形成的泥渣都参与颗粒相互碰撞，活性泥渣对于有机物能进行有效吸附。

3.2.2 石灰处理系统基本工艺流程

再生水经生物滤池处理后，进入机械加速澄清池，加入石灰乳、混凝剂处理后，在管道混合器中经过pH调节、投加杀菌剂后，进入变空隙滤池，经过滤后进入清水池，经送水泵送入循环水系统。变空隙滤池的反洗水回收到机械加速澄清池。机械加速澄清池的污泥经泥浆提升泵进入贮泥池，再经脱水机脱水处理后外运。

图3 石灰处理系统基本流程图

PCF过滤器主要工作分为过滤和反洗两个阶段[4]：（1）过滤

使用回转机具对纤维丝进行压榨，使其纵向孔隙变小，水中悬浮物被截留在纤维丝之外，得到清洁的处理水。

（2）反洗

当过滤器内截留的悬浮物杂质过多时，处理水量下降，压力达到设定值，自动进行反洗。

反洗时过滤机具放松，纤维丝孔隙增大，用压缩空气和处理水反洗纤维丝，污物通过排放管排出，合格后自动进入过滤程序。

4 锅炉补给水及热网循环水制备系统设计

为回收循环水排污水本工程锅炉补给水及热网补水处理系统采用循环水排污水。处理后的反渗透水回用至循环水系统，冬季工况反渗透水回用为21 t/h；夏季工况反渗透水回用42 t/h。

反渗透产水一部分作为锅炉补给水，其余部分作为热网补充水，这样节约了水资源又改善了热网及循环水的水质。经计算，本工程锅炉补给水水量为22 t/h，冬季热网补水量为16 t/h。

根据锅炉给水质量要求、水源水质、投资及制水成本等因素考虑，循环水排污水处理系统如图4所示。

图4 循环排污水处理系统流程图

处理后的出水质量为：

电导率（25℃） ≤0.2μS/cm

SiO2≤0.02mg/L

5 结语

污水再生直接用于燃气热电厂的循环冷却用水，并通过对循环水的进一步处理，满足锅炉补给水和热网补给水的需求，使得燃气热电厂生产全部使用再生水，既节约了水资源、又实现了热电生产污水零排放的目标，通过在今后生产过程中积累经验、不断优化，将成为电厂节水工程的典范。

[1]许立国,沈竞为,张怀军等.城市中水回用于电厂循环水的技术方案选择[J].山东电力技术,2005,4(1):10-14.

[2]张志良,龙云.天然气发电在中国的应用前景分析 [J].浙江电力,2003,5:8-10.

[3]张行赫.石灰深度处理在电厂中水回用中的应用[J].中国电力,2007,40(2):39-41.

[4]王萍,李会海.变孔隙滤池在电厂回用水处理中的应用[J].环境工程,2012(3):36-40.