近年來，河北省電力勘測設(shè)計研究院針對河北省水資源嚴(yán)重缺乏、制約電力擴建的嚴(yán)峻情況，積極開展火力發(fā)電廠節(jié)水技術(shù)研究，在除灰系統(tǒng)節(jié)水、城市污水作為循環(huán)水補充水、大型火電廠廢水“零排放” 等設(shè)計與研究方面取得了進展，節(jié)水效果明顯，具有顯著的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益和社會效益。 1 除灰系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)研究與應(yīng)用 　　1.1 研究立項背景 　　除灰系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)研究于1995年應(yīng)用于馬頭發(fā)電總廠，應(yīng)用前該廠因缺水機組曾被迫停運，而除灰系統(tǒng)因耗水量大，#1～#7爐排向儲灰場的灰渣漿總量為3 339.2 m3/h，灰水比約為1.28～30，加重了灰場的負(fù)擔(dān)，有時灰場水位高達4 m，嚴(yán)重威脅著灰場大壩的安全。1993年因灰場漏水造成淹地約133 hm2，因賠償造成了巨大經(jīng)濟損失。灰場附近的農(nóng)民為了撈取爐渣和漂珠，擅自改排灰水流向，造成灰場多處塌方，增加了灰場的維護費用。為了節(jié)約用水，保證安全、經(jīng)濟生產(chǎn)，1992年在該廠#8爐擴建中，為使水利資源得到保障，對除灰系統(tǒng)進行了節(jié)水改造設(shè)計研究。 　　1.2 方案的擬定與優(yōu)化 　　由于振動篩能將灰渣進行分除，濃縮池能將低濃度灰漿制成較高濃度的灰漿,其溢流水回收后，能直接再循環(huán)用于電廠除灰系統(tǒng)，在廣泛調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，針對該廠除灰系統(tǒng)存在的主要問題，進行了多種方案比較。 　　a. 將#1～#7爐的除塵器全部由水膜除塵器改為電除塵器，除灰系統(tǒng)采用水封式攪拌器——高架溜槽——離心式灰渣泵。這種方案系統(tǒng)比較簡單，灰水比可以達到1:10左右，而且除塵器的除塵效率也可提高。但是，將7臺爐的除塵器都改為電除塵器，其費用和場地均受到限制；再則，這種改造影響正常運行的設(shè)備較多，改造周期長，很難成為現(xiàn)實。 　　b. 采用灰渣分除——濃縮池——容積式灰漿泵方案。這種系統(tǒng)可使灰水比達到很高的程度，一般可在1.2左右。該方案是高濃度水力除灰系統(tǒng)的典型方案，濃縮池及其它設(shè)備、設(shè)施均為獨立建設(shè)，與原有設(shè)備及系統(tǒng)除了管道接口外，其它牽扯很少。但是對于電廠來說，采用此方案必須更換輸灰管道。因為灰水濃度過高（若為1:2），灰漿流量將銳減，即使計入#8爐的灰渣量， 全廠總灰漿量由一根原有（DN500）的管道輸送，其管內(nèi)漿體流速只有0.5 m/s，遠(yuǎn)低于規(guī)定的1 m/s?；覞{流速過低會造成灰渣在管內(nèi)的沉積，無法正常運行。如果將原有管道廢除，更換為2根D-N350 的管道，將增加投資2 000萬元左右，很難實現(xiàn)。再加上容積式灰漿泵對入口進漿顆粒有嚴(yán)格的要求，維護費用比較高。故不作推薦方案。 　　c. 采用灰渣分除——濃縮池——離心式灰渣泵方案。這種方案可利用原有的3條輸灰管道（DN500），不僅改造工作量小，而且減少一次性投資。經(jīng)濃縮后的全廠#1#8爐灰漿流量約850　m3/h（其灰水比按1.6.6計算），采用一根原有的管道輸送，則管內(nèi)流速為1.2 m/s，對于輸送這樣的灰渣漿，采用離心式灰渣泵輸送，是完全可以滿足的，故將該方案作為推薦方案。 　　1.3 除灰系統(tǒng)技術(shù)改造效果 　　馬頭發(fā)電總廠對各項技術(shù)指標(biāo)進行了測試和記錄，結(jié)果令人滿意。這次改造的主要特點如下。 　　a. 節(jié)水效果明顯，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。年節(jié)水近2 000 萬t，年增收節(jié)支約1 000多萬元。另外，還節(jié)約#8機基建費1 400萬元。本項目計劃投資3 200萬元，實際投資1 800萬元，2 a內(nèi)即可收回全部投資。 　　b. 合理選用水灰比，利用原有的輸灰管道，減少了工程費用。 　　c. 將低濃度灰渣漿，通過灰渣分除站內(nèi)的設(shè)備和設(shè)施，使灰渣分除，提高了灰漿濃度，減少了排向儲灰場的灰渣漿流量，達到了節(jié)約用水、減少爐渣對管道磨損的目的。管內(nèi)漿體流速由原來的2.3 m/s（不含#8爐的灰渣漿流量）減小為1.2 m/s（含#8爐的灰渣漿流量）。輸灰管道由原來兩運行一備用，變?yōu)橐贿\行兩備用。 　　d. 該設(shè)計采用了漂珠引流管，將分布于2個濃縮池內(nèi)的漂珠自動收集在0 m地面上的漂珠撈取池中。與國內(nèi)其它配有濃縮池的電廠相比，采用該設(shè)計減輕了工人的勞動強度、改善了工作條件、減輕了環(huán)境污染、提高了漂珠收集率，更主要的是人身安全及文明生產(chǎn)獲得足夠的保障。 　　e. 簡化系統(tǒng)節(jié)支增效。該設(shè)計將四點放水環(huán)行管改為一點放水直排系統(tǒng)。改造后的實踐證明：簡化了系統(tǒng)，節(jié)約630 mm×8 mm的焊接鋼管約230 m，節(jié)省材料及安裝費共約27.3萬元，同時降低了施工難度、減少了施工量、加快了施工進度。 　　f. 選好設(shè)備保安全。 首先對振動篩進行了多方調(diào)查，在選用新型多級慣性振動篩的基礎(chǔ)上，又對振動篩入口前的分流段、第一級篩面等進行了局部改造。實踐證明改造后的振動篩與型號類似的振動篩相比，提高了工作的穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命。 　　g. 系統(tǒng)布置緊湊合理，占地少。對于1 050 MW的馬頭發(fā)電總廠來說，灰渣分除場地占地面積僅為1 hm2，與其它同類電廠相比，少占地0.267 hm2以上。 　　h. 濃縮池采用了先進的防滲漏措施，做到了濃縮池底部無滲漏，保證了布置在濃縮池底部的設(shè)施（如變壓器、印刷廠、汽車庫等）安全使用。 　　1.4 其它應(yīng)用 　　2001年又將除灰系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)研究成果應(yīng)用于興泰發(fā)電有限責(zé)任公司，水灰比由過去的1.13降低到1:3，每年可節(jié)約地下水1 384 萬t，節(jié)約水費1 660.8 萬元， 同時可提取5000 t漂珠及25 萬t渣，全年創(chuàng)造效益1 860多萬元，不僅達到了節(jié)水節(jié)電的目的，而且由于灰渣綜合利用保護了環(huán)境。  2 城市污水作為循環(huán)水補充水的研究與應(yīng)用 　　2.1 研究立項背景 　　城市污水作為循環(huán)水補充水的研究應(yīng)用于邯鄲熱電廠。隨著工業(yè)熱負(fù)荷的增加和部分小機組退役，邯鄲熱電廠于1993年開始進行以大代小技術(shù)改造工程可行性研究工作，1994年經(jīng)上級主管部門審查批準(zhǔn)建設(shè)2臺200 MW抽凝機組，配2臺670 t/h超高壓自然循環(huán)燃煤汽包爐。 　　循環(huán)水補充水采用滏陽河河水為第一水源，由于滏陽河流量不能滿足電廠以大帶小改造后用水量的97%，地下水又禁止開采，把邯鄲市東污水處理廠的二級處理出水作為電廠循環(huán)水補充水的第二水源。 　　2．2 水質(zhì)變化規(guī)律的調(diào)研及檢測試驗 　　利用城市污水作為電廠循環(huán)冷卻水的補充水，在我國電力系統(tǒng)中尚屬試驗研究階段，近幾年雖然很多電廠循環(huán)冷卻水的補充水水源按城市污水設(shè)計，但是還沒有一座電廠正常運行的先例。目前，我國對城市污水水質(zhì)成分及水質(zhì)變化規(guī)律還未徹底掌握，尤其是污染項目。另外，滏陽河水也受到上游工業(yè)和生活污水的污染，污染程度已相當(dāng)嚴(yán)重,其COD、游離NH3以及尚未明確的重金屬和磷含量都較高，含鹽量、有機物等含量都與污水廠出水類似，懸浮物和色度比污水廠出水還差。但污水廠出水水量較大，水質(zhì)較穩(wěn)定，污水回用和一水多用又是節(jié)約用水的唯一途徑，也是工業(yè)用水水源的發(fā)展方向。故邯鄲熱電廠循環(huán)水處理系統(tǒng)立足于使用受污染的水，要求采用兩種水質(zhì)都可以運行。在技術(shù)方案上立足于對城市污水的處理，才能使電廠有備無患，長期安全可靠使用。 　　為了確保機組安全運行，根據(jù)以上兩種水源的水質(zhì)特點和機組對循環(huán)冷卻水質(zhì)的要求，首先對城市污水和河水進行了水質(zhì)污染源及水質(zhì)變化規(guī)律的收資、調(diào)查和1 a的原水水質(zhì)檢測，通過對水源的分析研究，結(jié)合國內(nèi)外污水處理的經(jīng)驗確定了幾個污水深度處理方案，并于1996年由河北省電力公司邀請國內(nèi)知名水處理專家對方案進行了3次專題論證。在此基礎(chǔ)上，初步擬定了循環(huán)水補充水處理方案,然后再通過動態(tài)模擬試驗優(yōu)選水處理流程、設(shè)備、藥品和凝汽器管材等，尤其對殺菌滅藻劑和澄清過濾設(shè)備等進行了多種設(shè)備和多種運行工況的優(yōu)選。因為污水中的有機類污染物、菌藻類、膠體物質(zhì)，可以在系統(tǒng)中生長、繁殖、聚集后形成有機粘泥，對金屬直接產(chǎn)生腐蝕或分解后產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)，這些物質(zhì)以溶解的或不溶解的膠體、懸浮狀顆粒等存在于水中，此時水中的懸浮物已不是一般概念的懸浮物，去除這些有機類懸浮物的難度比較大，處理效果也不容易穩(wěn)定，所以，動態(tài)模擬試驗的優(yōu)選對循環(huán)補充水處理方案的確定是致關(guān)重要的。為此進行了如下動態(tài)模擬試驗項目。 　　a. 兩種水源水質(zhì)檢測1 a。 　　b. 循環(huán)水阻垢劑篩選試驗。 　　c. 殺菌劑的選擇試驗。 　　d. 凝汽器管材選擇和耐腐蝕性能試驗。 　　e. 循環(huán)水系統(tǒng)中粘泥試驗。 　　f. 循環(huán)補充水石灰處理工藝系統(tǒng)選擇試驗。 　　g. 循環(huán)水系統(tǒng)綜合效果評價試驗。 　　2．3 循環(huán)水處理系統(tǒng)的確定 　　通過調(diào)查研究和專題論證，參考國外污水回用處理經(jīng)驗，以及水處理方案、設(shè)備優(yōu)化和水處理系統(tǒng)動態(tài)模擬試驗數(shù)據(jù)優(yōu)選，最后確定采用石灰處理系統(tǒng)。所以確定循環(huán)補充水處理方案為殺菌、石灰、凝聚、澄清、加酸、過濾系統(tǒng)，其具體流程為： 　　城市污水 → 污水池（或滏陽河水） → 升壓泵 → 加次氯酸鈉殺菌 → 機械加速泥渣懸浮澄清池（池內(nèi)加高純度石灰乳、聚合鐵和助凝劑） → 加酸 → 變孔隙濾池 → 清水池 → 循環(huán)水補充水泵 → 循環(huán)水補水池 → 循環(huán)水系統(tǒng) 。 　　循環(huán)冷卻水處理采用加酸、加水質(zhì)穩(wěn)定劑和加殺菌劑處理，循環(huán)冷卻水濃縮倍率2～2.5。 　　2．4 循環(huán)水處理系統(tǒng)運行效果 　　自1998年9月開始調(diào)試并投運以來，至今已經(jīng)運行3 a左右。運行結(jié)果表明，系統(tǒng)設(shè)計合理， 　　設(shè)備運行正常，出水水質(zhì)穩(wěn)定，基本上達到了設(shè)計要求。對澄清池的設(shè)計、泥渣層的設(shè)置、 　　藥劑加入位置的確定和濾池濾料粒徑、比重的優(yōu)選正確、合理。實際運行出水達到的水質(zhì)指 　　標(biāo)為：pH值為8～9，懸浮物2～10 mg/L，Ca2+30～150 mg/L，Cl-≤150 mg/L，PO3-4＜0.5 mg/L，氨氮＜0.1 mg/L，SO3-4≤300 mg/L，COD＜1 mg/L。 　　從上述數(shù)據(jù)可以看出，該設(shè)計的循環(huán)水處理系統(tǒng)實際出水水質(zhì)指標(biāo)基本上滿足了循環(huán)水處理的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，濁度去除率達90%以上，COD去除率達到50%，總磷去除率≥ 95%，其結(jié)論如下。 　　a. 運行結(jié)果說明，城市污水經(jīng)二級污水處理和殺菌、凝聚、石灰澄清、過濾深層處理后作為電廠循環(huán)水的補充水是可行的。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，出水質(zhì)量達到回用水使用標(biāo)準(zhǔn)。 　　b． 機械加速澄清池、變孔隙濾池選型和凝聚劑、阻垢劑選用及加入方式應(yīng)由動態(tài)模擬試驗確定。殺菌劑投加位置應(yīng)大于2處。 　　c. 城市污水的回用為一水多用、減少環(huán)境污染開辟了新的途徑。 　　d． 城市污水深度處理系統(tǒng)采用石灰處理在技術(shù)上是可行的，運行費用比較低，不會帶來新的環(huán)境污染。因此，邯鄲熱電廠循環(huán)水補充水采用城市污水具有明顯的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。 3 大型火電廠廢水零排放技術(shù)研究與應(yīng)用 　　3．1 研究立項背景 　　廢水零排放技術(shù)研究應(yīng)用于西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司（4×300 MW機組），屬國家電力公司重大科技攻關(guān)項目之一。按原設(shè)計一期工程，工業(yè)廢水達到地面水三級標(biāo)準(zhǔn)后，排入黃壁莊水庫。隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人口發(fā)展用水的需求，黃壁莊水庫由農(nóng)灌水源改為城市生活飲用水源，河北省、石家莊市環(huán)保局發(fā)文要求，禁止電廠繼續(xù)向黃壁莊水庫排放工業(yè)廢水。因此，在二期工程設(shè)計中，必須對廠區(qū)廢水處理、一水多用，循環(huán)使用實現(xiàn)廢水不外排以達到廢水零排放的技術(shù)進行研究。 　　3.2 技術(shù)方案的擬定與優(yōu)化 　　3.2.1 水量平衡的形成 　　準(zhǔn)確的水量平衡是實現(xiàn)電廠零排放的關(guān)鍵，因此在確定廢水處理方案之前，應(yīng)首先掌握全廠供、排水的水量、水質(zhì)，以利于廢水通過治理達到重復(fù)利用。通過對電廠調(diào)查了解、實際測試做出了比較切合實際的水量平衡，為廢水處理方案的確定奠定了基礎(chǔ)。 　　3.2.2 廢水處理方案的優(yōu)化 　　根據(jù)水量平衡，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上優(yōu)選了4個方案：石灰+反滲透，濃縮倍率4高方案;弱酸+反滲透，濃縮倍率4高方案；石灰+反滲透，2低2高方案；弱酸+反滲透，2低2高方案。 　　前2個方案設(shè)計思路是：使#1～#4機組循環(huán)冷卻水均高濃縮倍率運行，其循環(huán)排污水經(jīng)反滲透處理后供給鍋爐補給水，系統(tǒng)內(nèi)的污水用于除灰。其優(yōu)點是：循環(huán)水濃縮倍率高，節(jié)水方便；出水水質(zhì)好；反滲透出水代替深井水；國內(nèi)有石灰和弱酸類似系統(tǒng)的運行業(yè)績。其缺點是：占用場地大；循環(huán)水處理容量大，年運行費用高；基建投資大；反滲透處理需做試驗。 　　后2個方案設(shè)計思路是：為減少處理設(shè)備數(shù)量和基建投資費用，處理方案采用循環(huán)冷卻水兩種濃縮倍率運行，即#1、#2機組低濃縮倍率運行，其循環(huán)排污水經(jīng)處理后供給#3、#4機組的循環(huán)補給水。#3、#4機組的循環(huán)冷卻水高濃縮倍率運行，其循環(huán)排污水用以除灰。其優(yōu)點是：基建投資低，占用場地少；循環(huán)水處理容量小，運行費用低；循環(huán)水濃縮倍率高，節(jié)水明顯；低濃縮倍率的循環(huán)排放水可外排用于農(nóng)灌，設(shè)計已考慮必要條件下的外排農(nóng)灌措施。其缺點是：國內(nèi)沒有類似系統(tǒng)的運行業(yè)績；處理效果需做動態(tài)模擬試驗。 　　經(jīng)過河北省電力公司評審，同意采用2低2高方案。隨后對弱酸、石灰和石灰泥渣的利用進行了充分的調(diào)研和更深一步的技術(shù)經(jīng)濟比較。