再生水回用于燃机电厂循环水及锅炉补给水的优化设计.pdf

2 0 1 3年 4月 第 4 1卷 第 2 期 ( 总第 2 2 5期) Ap1 ．2 0 1 3 Vo1 ．4 1 No． 2 ( S e r ． No． 22 5) 再生水 回用于燃机电厂循环水及 锅炉补给水 的优化设计 Op t i mi z a t i o n De s i g n o f Re c y c l i ng W a t e r Ap p l i e d o n Ga s Tu r b i n e Pl a n t Ci r c u l a t i ng W a t e r a nd Boi l e r Fe e d i ng W a t e r 张栋顺 ， 陶逢春 ， 范旭 日 ( 国核 电力规 划设 计研 究院 ， 北京 1 0 0 0 9 5 ) 摘 要 ： 针对再生水 的水质特点和燃机 电厂循环水及 锅炉补给 水系统 的用水要求 ， 提 出了石 灰澄清处理 系统作 为 燃机 电厂再 生水深处理 、 循环水旁流处理 和锅炉补 给水处理 的一体式处 理工艺 ， 对石灰 干法计量系统进 行详 细论 述 。 通过整体优化设计 ， 减少 了设备数量 ， 降低了设备投资 ， 减 少了电厂用水量及废水排放量 ， 每年可节 约生产 费用 近 4 O万 元 。 关键词 ： 燃 机电厂 ； 循环水 ； 再生水 ； 石灰 ； 干法计量 中图分类号 ： X7 0 3 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 — 5 3 0 6 ( 2 0 1 3 ) 0 2 — 0 0 2 4 — 0 3 火力 发 电厂 是 工 业用 水 大 户 ， 其耗 水 量 占工业 用水总量 的 2 0 左右口 ] 。随着全球淡水资源不断减 少 ， 城市 再 生水作 为 电厂生 产用 水水 源 ， 既可 以减 少 淡 水 资源 的 消耗 ， 也 可 以减少 因废 水 排放 对 天 然水 体的污染。天津某燃机电厂采用城市再生水作为生 产用水水源 ， 根据再生水水质特点 ， 结合电厂用水水 质要求 ， 再生水深度处理采用石灰澄清系统 ， 通过澄 清池 出 口加酸调节 出水 p H值 ， 设 计 出水 p H值 为 8 ． 0 ～ 8 ． 3 ， 碱 度 为 0 ． 6 ～ 0 ． 8 mmo l ／ L， 浊 度 小 于 2 F T U。为了提高循环水系统运行 的稳定性及安全 性 ， 设置了循环水旁流处理系统， 并将循环排污水全 部 回用 于锅 炉 补 给水 处 理 系统 ， 减 少 了再 生 水 需 求 及废水 排放 。 1 基本概况 天津某燃机电厂规划装机容量为 4 2 0 0 Mw 级燃气一 蒸汽联合循环供热机组 ， 分两期建设 ， 一期 建设 2套 9 E燃气一 蒸汽联合循环供热机组 。电厂生 产用水水源采用城市污水处理厂再生水 ， 其水质达 到了 G B 8 9 7 8 —1 9 9 6 《 污水综合排放标准 》 中的一级 A 标 准 。 2 再生水深度处理及循 环水旁流处理系统 根 据 水 源水 质 及循 环 水 运行 工况 ， 结 合 锅 炉补 给 水处 理 系 统对 进 水 水质 的要求 ， 采用 再 生 水 石灰 软化处理 系统+旁流石灰软化处理系统以降低循环 水中碳酸盐硬度 ， 同时配合向循环水中投加阻垢剂、 缓蚀剂、 杀菌剂进行防垢杀菌灭藻处理 ， 以达到机组 安全运行的要求 。 电厂循环水量为 1 8 0 0 0 t ／ h ， 循环 水系统蒸发损失为 2 1 3 t ／ h ， 风吹损失为 1 8 t ／ h 。为 了减 少 电厂 对外 排 放 的废 水 量 ， 以降低 对 环 境 的 污 染 ， 循环水系统设置旁流过滤处理系统 ， 处理水量为 2 0 0 t ／ h 。 旁流过滤处理系统出水 中 6 O 直接回流至 循环水系统 ， 4 O 作为循环水排污水采用反渗透系 统进行脱盐处理 ， 反渗透出水 中 2 0 用于锅炉补给 水 系统 ， 2 0 ％用 于热 网补充 水 ， 4 O ％ 回用 至循 环水 系 统 ， 产生的 2 0 浓盐水排放 。循环水中氯离子浓缩 倍率为 2 ． 8 7 ， 降低了对循环水系统设备尤其是凝汽 器的腐蚀 ， 提高了循环水系统运行的安全性。 再生水 深度处理及循环水旁流处理系统流程见图 1 。 再 生水 深度处理及旁流处理 系统 出力 分别为 3 3 0 、 2 0 0 t ／ h ， 在确保系统安全稳定运行的前 提下， 优化系统设计 ， 进行系统简化 ， 本期建设 2台处理能 力 3 3 0 t ／ h机械加速澄清池， 其 中一 台用于城市再 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 1 1 6 作者简介 ： 张栋 顺( 1 9 8 1 一 ) ， 男， 工程师 ， 从事 电厂化 学专业设计工作 。 2 4 2 0 1 3年 4月 第 4 1 卷 第 2 期( 总第 2 2 5期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Ap1 ．2 0 1 3 Vo 1 ． 4 1 No ． 2 ( S e r ． No ． 2 2 5 ) 浓盐水排放 图 1 再生水深度处理及循环 水旁流处理系统流程图 生水深度处理 ， 另一台用于循环水旁流处理 ， 澄清池 进 、 出口管均联通 ， 并设置隔离 阀， 实现再生水深度 处理系统设备备用。旁流过滤系统澄清池正常工况 下采用低负荷运行的方式 。当其中 1台澄清器检修 时， 锅炉补给水水源改用再生水 ， 将循环水排污水量 降至 3 5 t ／ h ， 即循环水浓缩倍率提高到 5 ， 此时通过 调整水质稳定剂投加量来保持循环水水质稳定 ， 避 免 结垢 。 3 石灰计量 系统 3 ． 1 石灰计 量 方式 的选 择 石灰计量系统是石灰处理系统中关键 的辅助系 统 ， 其系统 的选择及运行效果直接影响系统 出水水 质。 目前用于再生水深度处理澄清系统的石灰计量 方式主要有干法计量和湿法计量 2种。干法石灰计 量 系统 也 称 为定 流 量变 浓 度 石 灰计 量 系 统 ， 通 过 计 量消石灰粉量来满足系统进水流量及进水水质的变 化 ， 运行 中石灰乳浓度变化 ， 但石灰乳投加泵出 口流 量恒定 。湿法石灰计量系统也称为定浓度变流量石 灰计量 系统 ， 通过计量石灰乳量来满足系统进水流 量及进水水质的变化 ， 运行中石灰乳浓度恒定 ， 但石 灰乳投加泵出口流量变化 ] 。 干法计量和湿法计量均可满足本工程再生水深 度处理及循环水排污水处理系统的要求 ， 但本工程 2台机 械加 速 澄清 池 既要 满足 单 独处 理再 生 水 及循 环水排污水 ， 又要实现备用 ， 因而对石灰计量系统的 适应性及灵活性要求较高。石灰干法计量的调节是 靠给料机及螺旋输粉机通过变频控制实现的 ， 其理 论上能够实现 O ～1 O 0 可调 ， 系统简单 ， 运行灵 活， 可以更好地适应澄清池运行工况变化较大的情况 ， 因此本工程采用石灰干法计量系统。 3 ． 2 石灰加药量 石灰处理去除水中游离二氧化碳及暂时硬度反 应 式 为 ： CO2 + Ca ( OH) ， 一Ca CO + H2 O C a ( HC O 3 ) 2 +C a ( ( ) H) 2 ——2 C a C O3 ++2 H2 O M g( HCO3 ) 2 + 2 Ca( OH ) 2—2 Ca CO3 + M g( OH ) + 2 H 2 O M g +Ca ( oH) 2 — — Mg( 0H) 2 +Ca 去除水中部分铁和硅的化合物反应式为： 2 Fe 抖 + 3 C a ( OH) ， 一2 Fe ( OH ) 。 + 3 Ca H2 Si O 3 + Ca( ( ) H ) 2— — Ca Si O 3 + 2 H2 O 根 据 以上反 应式 理论 计算 ， 再 生水 深度处 理量 、 石灰质量浓度及用量见表 1 ， 考虑澄清池需互为再 生水深度处理及循环水旁流处理备用 ， 且再生水深 度处理系统 的水量及碱度均大于排污水 ， 其石灰加 药量大于理论值 的实际情况 ， 石灰贮存及计量系统 按 再生 水深 度处 理 系统选 择 。 表 1 再生水深度处理量 、 石灰质量浓度及用量 注 ： 以上计算结果按石灰粉纯度 8 5 ， 堆积密 度 5 0 0 k g ／ m。 ， 石灰过剩量 0 ． 4 mmo l ／ L计算 。 3 ． 3 系统 流程 、 主 要装置 参数 、 系统特点 a ． 系统工艺流程为 ： 消石灰粉 由罐车运至厂内， 并采用气力输送 系统将消石灰粉送至 2个 1 0 0 m。 石 灰筒 仓 中 ， 消 石 灰粉 在 机 械振 动 器 的作 用 下 进入 料 斗 中 ， 并经 星 形 给料 机 和 螺旋 输 粉 机送 入 石 灰乳 搅拌箱 ， 消石灰粉在石灰乳搅拌箱 中被制成质量分 数 为 2 ％～ 5 ％的石灰 乳悬 浊 液 ， 石灰 乳 由石 灰输 送 泵送入机械加速澄清池第 1 反应室 。 b ． 系统设 2套石灰储存及计量装置 ， 单套装置 参数见表 2 。 表中石灰乳输送泵 2台， 其他装置数量 均 为 1 。 C ． 石灰计量 系统采用全 自动运行控 制方式 ， 系 统根据澄清池进水流量信号或第 2反应室的 p H值 信号， 调节星形给料机及螺旋输粉机转速 ， 从而调节 石灰加药量 ； 为减少设备磨损 ， 定期切换石灰乳输送 泵运行状态 ； 石灰制备及计量装置在系统停运及设 2 5 2 0 1 3 年 4月 吉 林 电 力 Ap 1 ． 2 0 1 3 第 4 1卷第 2期( 总第 2 2 5期) J i l i n E l e c t r i c P o we r Vo 1 ． 4 1 No ． 2( S e r ． N o ． 2 2 5 ) 备切换时进行 自动 冲洗 ， 以防止石灰在设备管道 中 沉积而造成堵塞， 降低了系统维护的工作量 。 4 效益分析 通过对再生水深度处理与循环水旁流处理系统 进行了整体优化设计 ， 实现了两者的机械加速澄清 池及其附属系统设备的互为备用， 减少了设备数量 ， 降低设备投资。 按纯石灰用量 4 5 t ／ h， 运行 4 5 0 0 h ， 再生水价格 1元／ t ， 每 年可节 约再生水用量约 2 1 0 t ， 节省 水 费 2 O1 0 元 ； 减 少 废 水 排 放 量 约 1 ． 6 1 0 。 t ( 按循环水浓缩倍率为 5 ， 即排水 3 5 t ／ h ， 运行 4 5 0 0 h计算 ) ， 污水排污费按 0 ． 8元／ t 计算 ， 节省排污费用 1 2 ． 8 1 0 元 ； 仅按处理 2 1 0 t 循 环水排污水消石灰 1 0 0 0元／ t 计算 ， 每年可减少石 灰用 量约 7 5 t ， 节 省石 灰药 品费 7 ． 5 1 0 元 。 、 s 、 s ( 上接 第 1 8页) 由表 3可知 ， D G 以不同功率因数并 网时 ， 对配电网 电压支 撑 和 网损 减少 的效 果 依次 排 列 ， 滞 后 功 率 因 数向配电网注入无功效果最好。单位功率因数运行 时效果较好 。当分布式 电源 以超前功率因数运行时 要从配电网吸收无功 ， 效果不明显。 DG向配电网发 出无功功率有助于补偿 负荷的无功功率 ， 减少输电 线路的无功电流 ， 从而能有效地减少输 电线路的有 功功率损耗 。所 以实际中应在分布式电源并网处增 加 无 功 补 偿 装 置 ， 有 利 于 配 电 网 电 压 支 撑 和 网 损 减 少 。 4 结论 随着 分 布 式 发 电技 术 的发 展 ， 分 布 式 电源 并 网 将是未来 电网发展的趋势。不同的分布式技术有着 不同的并网方式 ， 而分布式 电源接人 配电网将对 配 电系统产生巨大的影响。本文分析了分布式电源不 同容量、 不同位置、 不同功率因数并网时对配电网产 生的影响。 分布式电源 以合理的容量 、 合适 的位置和 功率因数并网有利于配电网的电压支撑 ， 减少配电 网的有功损耗。当分布式电源不合理并网时可能引 2 6 采用再生水作为电厂水源每年可节约淡水资源 约 1 ． 4 8 1 0 t， 较大程度地缓解了当地淡水资源紧 张的局面 。 循环水排污进行旁流处理， 经过反渗透预 脱盐处理后部分回流至循环水系统 ， 部分作为锅炉 补给水处理系统原水 ， 在提高循环水系统运行安全 性的同时 ， 减少 了废水对外排放 ， 减轻了污水处理厂 的运行 负 担 和环 境压 力 ， 具 有 较好 的环 境效 益 及 社 会 效益 。 参考文献 [ 1 ] 罗奖合 ， 李 营根 ， 郭怀保． 我 国火 电厂循环 冷却水处 理 技术 的发 展[ J ] ． 热 力发电 ， 2 0 0 3 ， 3 2 ( 8 ) ： 9 - 1 1 。 [ 2 ] 霍 书浩 ， 郑学 晶， 陶逢春 ， 等． 全 自动石灰计量 系统 在火 电厂城市 中水 处理 中的应用 [ J ] ． 中国给水排水 ， 2 0 1 0 ， ( 1 2 ) ： 5 5 — 5 8 ． ( 编 辑韩桂春 ) 、 起局部电压过高， 有功损耗增加等负面作用 ， 这对配 电网的经济可靠运行是非常不利的Ⅲ。并且随着分 布式电源的大量接人会对配电网可靠性、 继电保护 等方面产生影响， 因此分布式 电源能否并 网运行应 根据相关规定进行具体的分析。 参考文献 ： [ 1 ] 崔金兰 ， 刘 天琪 ． 分布式发 电技术及并 网问题研究综述 口] ． 现代 电力 ， 2 0 0 7 ， 6 ( 3 ) ： 5 3 — 5 7 ． [ 2 ] A c k e p ma n n T，Kn y a z k n V． I n t e r a c t i o n B e t we e n Di s t r i b u t e d Ge n e r a t i o n a n d t h e Di s t r i b u t i o n N e t w o r k ： Op e r a t i o n As p e c t s[ C] ／ ／ I E E E ／ P E S Tr a n s m i s s i o n a n d Di s t r i b u t i o n Co n f e r e n c e a n d Ex h i b i t i o n 2 0 0 2 ．As i a P a c i f i c ，Yo k o h a ma( J a p a n) ， 2 0 0 2 ： 1 3 5 7 — 1 3 6 3 ． [ 3 ] 涂有 庆． 含分布式 发 电的配电 网网损研 究 [ D] ． 湖南 ： 湖南大学 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] Mi c h e l a n g e l o C e l o z z i ， 何斯征．分布式发 电及其 电网的 关 系[ J ] ． 能源工程 ， 2 0 0 3 ， ( 5 ) ： 2 0 — 2 1 ． ( 编 辑 刘 文千)