热电厂中水利用水源问题探析

王 俊

(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

我国70%左右的电能来自火力发电，同时大部分产煤区水资源都十分匮乏。近年来，国家一直在大力发展特高压输电，以期从产煤地区直接发电，通过特高压输送到每个用电地区。新疆利用丰富的矿产资源优势，大力开发火力发电，带动当地经济发展。但火力发电属于高耗水行业，世界各个国家都在加强研究，以最大限度地减少发电耗水量。可见，在缺水地区兴建火力发电厂，如何提高水资源的利用率变得十分重要。锅炉补水是火电厂主要的耗水部分，将中水用于电厂锅炉补水，能够实现很大的经济效益和社会效益，符合未来发展方向。为保障企业生产用水安全，维护企业效益，在使用中水作为水源时，稳定可靠的中水就显得非常重要了，因此，对电厂使用的中水水源进行研究具有重要的现实意义[1-4]。本文以阿克苏热电厂为例，对以中水作为电厂生产用水进行分析，希望能为开展水资源论证工作提供一定的参考依据。

1 电厂概述

阿克苏热电厂位于新疆阿克苏地区阿克苏纺织工业城的东北侧，距阿克苏市区约12km，为热电联产项目，占地面积为45.29hm2，建设规模为2×350MW(超临界燃煤直接空冷抽凝机组)，并留有扩建2×660MW机组场地。脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺；脱硝采用目前世界上最为成熟、可靠的烟气脱硝技术，即选择性催化还原法(SCR技术)；锅炉补给水处理系统采用超滤+反渗透+一级除盐+混床系统；凝结水精处理与热力系统采用单元制全流量的中压运行系统；采用超临界参数、一次中间再热、单炉膛、四角切圆或前后墙对冲燃烧方式、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、封闭布置燃煤锅炉；选用超临界、一次中间再热、双缸(高中压合缸)双排汽、空冷、双抽汽凝汽式汽轮机；主机排汽冷却采用直接空冷系统，辅机冷却采用带机械通风冷却塔的扩大单元制供水系统。

电厂供热范围为阿克苏纺织工业城，工业热负荷由热电厂汽轮机的工业抽汽直接提供给用户，采暖热负荷采用高温热水作为采暖供热介质。采暖和热水供热采用高温热水二级管网、间接换热供热方式。

阿克苏热电厂生产用水为阿克苏市污水处理厂处理后的再生水，生活用水为阿克苏市城市自来水，取水符合《国家发展改革委关于燃煤电站项目规划和建设有关要求的通知》中“在北方缺水地区，新建、扩建电厂禁止取用地下水，严格控制使用地表水，鼓励利用城市污水处理厂的中水或其他废水”的相关要求。

2 中水可利用水量分析

2.1 来水量分析

阿克苏市城市污水处理厂于2001年7月建成投入使用，主要收集阿克苏市城区的居民生活、公共设施污水及部分工业废水，采用“水解+UNITANK生化反应池工艺”，出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级B标准，处理规模为6万m3/d，污水处理率100%。本次工作收集到了污水处理厂近三年(2011年9月—2014年2月)每天每小时的实际出水量统计资料(见图1)，经分析，该污水处理厂近几年的平均日出水量为4.4万m3，最大日出水量为5.3万m3，最小日出水量为3.2万m3。2011年、2012年、2013年、2014年的日平均出水量分别为4.2万m3、4.3万m3、4.6万m3、4.9万m3，呈逐年增长趋势，见图2。2012年和2013年全年出水量分别达到1570万m3和1679万m3。

图1 污水处理厂日实际出水量

从污水处理厂出水量的年内变化情况来看，污水处理厂出水量的年内变化较小，出水量比较稳定、均匀，大致从4月以后，出水量开始呈增长趋势，2月、3月的出水量较少，见图3；从污水处理厂出水量的日内变化情况来看(见图4)，污水处理厂出水量的日内变化较稳定，一般在早晨9点、中午2点和傍晚8点左右出水量较大，其他时段出水量较小。污水处理厂日变化系数在1～1.6之间波动，其中日变化系数在1.25以内的占72%，日变化系数在1.3以内的占86%，日变化系数在1.4以内的占98%，超过1.4的仅占2%。

图3 污水处理厂出水量年内变化情况

图4 污水处理厂出水量日内变化情况

2.2 用水量分析

经调查，污水处理厂处理后的中水已有一家规划用水户[也是本电厂(2×220MW)]，年取用中水量为479.1万m3，日取用最大中水量为2.38万m3。根据本电厂取用水量合理性分析结果，本电厂夏季生产用水量为569m3/h，冬季为582m3/h，考虑5%的输水损失后，电厂年需取中水量为392.3万m3，日需取最大中水量为1.19万m3(见表1)。

表1 电厂月取用中水量过程

2.3 可利用水量分析

考虑到污水处理厂具有较全的实际污水出水量监测资料，因此，本次水资源论证工作依据污水处理厂近几年的平均实际出水量进行可供水量分析。考虑到污水处理厂日出水量存在波动，而污水处理厂主要收集城区居民生活、公共设施污水及部分工业废水，废污水排放量较稳定，日变化较小，本次考虑1.15的变化系数，经分析，污水处理厂的实际日出水量为3.8万m3，考虑3%的再生水深度处理损失后，则污水处理厂中水可利用量为3.69万m3/d。扣除已规划电厂取水量(年取水量为479.1万m3，日最大取水量为2.38万m3)后，可供本电厂利用的中水量为1.31万m3/d。

3 水资源质量评价

3.1 电厂锅炉给水水质评价

污水处理厂采用“水解+UNITANK生化反应池工艺”(即“水解+好氧”生物处理工艺)，出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级B标准，将其出水水质与《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(GB 12145—2008)中的锅炉给水、热网补充水和炉水水质标准进行对比分析可知(见表2)，污水处理厂出水设计水质指标均达不到电厂锅炉给水、热网补充水和炉水水质要求，不能直接用于电厂锅炉给水和热网补充水，必须采取措施对其进行处理。

表2 锅炉给水、热网补充水和直流炉炉水水质指标对比

3.2 电厂循环冷却系统补充水水质评价

根据《污水再生利用工程设计规范》(GB/T 50335—2002)中所规定的冷却塔循环冷却系统的补充水水质要求，污水处理厂出水中的BOD5、氨氮等指标超标，必须采取措施对其进行处理(见表3)。

表3 火电厂循环冷却水系统补充水水质指标对比

4 电厂水质处理措施及工艺

根据污水处理厂的出水水质，针对电厂不同用水工艺的用水水质要求，本电厂拟对该污水处理厂出水进行中水深度处理、锅炉和热网补给水反渗透处理、循环冷却水处理。

4.1 中水深度处理

净化站设综合泵房1座，内设加药间、加氯间、工业水泵、化学水泵等。中水深度处理按曝气生物滤池+石灰+过滤工艺系统设计，系统设计能力暂按300m3/h考虑，处理损失按3%考虑。处理工艺系统流程为：中水→调节水池→原水提升泵→曝气生物滤池→中间水池→中间提升水泵→石灰处理机械加速澄清池→澄清和过滤水沟→变孔隙滤池→滤池出水沟→清水池→循环水补水泵→循环冷却水系统。

4.2 锅炉补给水处理系统

锅炉补给水处理系统的工艺流程为：经混凝澄清过滤后的清水→超滤→超滤水箱→超滤水泵→保安过滤器→高压泵→反渗透→淡水箱→淡水泵→阳床→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴床→混床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。经处理后，出水水质可以达到：硬度约为0μmol/L、二氧化硅含量不大于20μg/L、电导率(25℃)不大于0.20μS/cm，能满足高压机组对补给水质量标准的要求。

4.3 汽轮机组的凝结水精处理

凝结水精处理系统拟采用单元制全流量的中压运行系统，处理流程为：主凝结水泵凝结水→前置过滤器→体外再生高速混床→热力系统。经处理后，出水水质可以达到：硬度约为0μmol/L、钠含量不大于1μg/L、氢电导率不大于0.10μS/cm，二氧化硅含量不大于5μg/L、铁含量不大于3μg/L、铜含量不大于1μg/L、氯离子含量不大于1μg/L，能满足超临界机组对后续给水质量标准的要求。

4.4 热力设备化学加药

为了减少热力系统腐蚀现象和提高给水pH值，给水拟采用添加氨及联氨处理。为了抑制闭式循环冷却水系统的腐蚀和结垢，拟采用合适的化学加药处理方式。

4.5 辅机冷却水处理系统

为了防止开式循环冷却水系统的结垢和腐蚀现象发生，本工程考虑对循环冷却水补水采取杀菌及阻垢处理措施。

4.6 水汽取样

为了有效地监控热力系统水汽品质，对每台机组设置1套水汽集中取样自动分析装置，中水经处理后可以满足本电厂相关用水系统的水质要求。

5 取水可靠性分析

由前述分析可知，污水处理厂的实际日出水量为3.8万m3，考虑3%的中水深度处理损失后，污水处理厂中水可利用量为3.69万m3/d。扣除已规划的电厂取水量(年取水量为479.1万m3，日最大取水量为2.38万m3)后，可供本电厂利用的中水量为1.31万m3/d。本电厂最大日取中水量为1.19万m3，小于中水可利用水量，同时考虑到污水处理厂日出水量存在波动，为确保电厂用水安全稳定，在电厂内设置日调节水池。从水量上来说，本电厂需取中水量可得到满足，且不会影响其他用水户取水。从水质上来说，本电厂拟在厂区内设再生水深度处理设施、锅炉补给水处理设备、循环冷却水处理系统等进行处理，中水经处理后，可以满足电厂各工艺的用水水质要求。同时，本电厂已与污水处理厂签订了的供水协议，获得了取水承诺。综上分析，本电厂取用污水处理厂的中水是可靠和可行的。

6 结 语

本文以阿克苏热电厂为例，通过对中水水源的来水量、用水量、可利用水量、水质以及取水可靠性等方面进行分析，认为电厂以中水作为水源是可靠可行的，能满足电厂用水需求，保障用水安全，不影响企业效益。一定程度上有效缓解了当地水资源紧缺的压力，同时也为其他电厂使用中水提供了参考和借鉴，具有一定的现实意义。

一般情况下，污水处理厂出水水质不能直接用于电厂生产用水，须进一步深度处理达标后方能使用，企业要做好水质监测和监管工作，确保水质安全。同时，污水处理厂出水量日变化系数在1～1.6之间波动，为确保电厂用水安全稳定，在电厂内必须设置日调节水池。