火力发电厂如何能使用市政中水.docx

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火力发电厂如何能使用市政中水

火力发电厂如何使用市政中水（回用水）

在众多的高耗水行业中，火力发电的耗水量名列前茅，世界各个国家都在加强研究，以最大程度的减少发电耗水量（吨/Kwh），根据相关数据，对于热电厂，每生产1000度电，需水200～500m3，而对于原子能电站，需要500-1000m3。

据估计，在保持现有工业发展速度的情况下，冷却水用量将占全球需水总量的30％左右，而在工业较发达的国家则可能达到60％。

我国70%左右的电能是来自火力发电，同时，我国的水资源也存在不足现象，而且地区分布十分不均（大部分产煤地区，水资源都十分缺乏）。

而且国家近些年一直在大力发展特高压输电，以期从产煤地区当地直接发电，通过特高压输送到用每个用电地区因此。

因此，如何在缺水地区兴建大型发电厂，同时对于如何提高水资源的利用率变得十分重要。

对于火力发电厂，消耗最大的两部分水是冷却循环水的补充水，锅炉补充水。

下面就这两部分分别加以阐述。

一、冷却循环水是火力发电厂里耗水量最大的一部分，占到全厂耗水量的60%以上。

下面以一台300MW火电机组为实例具体分析一下其变化的内在规律，以期获得对火电厂节水工作有益的结论。

1.计算所需数据：

（机组在300MW工况下）

冷却塔循环水量36000t/h          循环水温升9.5℃

凝汽器循环水进水温度20℃        空气湿度61%

循环冷却塔的端差5℃（端差为冷却塔循环水出水温度与大气湿球温度之差）

 循环水浓缩倍率3.0

2.影响冷却塔耗水量因素分析：

  火力发电厂循环水冷却系统运行中，维持系统正常稳定运行的关键是两个平衡，即：

水量平衡和盐量平衡。

二者相互联系，如果其中一个平衡变化，那么另一个平衡也会随之发生相应变化。

2.1循环水的水量平衡：

水量平衡的数学表达式为：

  M=E+W+B（公式1）

MU：

补充水量，t/h;  

E：

蒸发损失量，t/h;　

W：

风吹损失量，t/h;

B：

排污损失量，t/h

其中：

自然通风冷却塔的蒸发损失计算公式为：

E=k×△t×Q   （公式2）

k：

与环境大气温度有关的系数，%；

△t：

循环冷却水温升，℃；

Q：

循环水量，t/h。

若其它条件不变，仅冷却水量发生变化时，同一机组△t成反比变化，因而蒸发损失水量则保持不变的。

2.2循环水的盐量平衡：

循环水系统的盐量平衡过程是：

机组在运行过程中，由于循环冷却系统中水的蒸发作用，循环水中的溶解盐类不断浓缩，因此就需要通过排污等方式降低溶解盐类。

由以上两个平衡过程的分析可以得出，影响循环水冷却塔耗水量的主要因素为：

环境温度，空气湿度，机组出力，浓缩倍率。

3.影响耗水量因素的定量分析：

3.1环境温度变化对冷却塔耗水量的影响：

（取空气湿度61%，机组出力300MW，浓缩倍率K=3.0）

3.1.1蒸发损失量的计算：

当循环水进口温度为20℃时，环境（大气）的湿球温度为20-5=15℃，查得大气的干球温度为21℃。

查得k=0.142%。

E=k×△t×Q=0.142%×9.51×36000=486t/h

3.1.2风吹损失量的计算：

W=Q×0.1%=36000×0.1%=36t/h

3.1.3排污损失量的计算：

B=（E/K-1）-W=（486/2）-36=207t/h

3.1.4耗水量情况：

  M=E+W+B=486+36+207=729t/h

运用以上方法，我们可以很方便地计算出当环境温度为6℃、11℃、16℃、26℃、31℃、36℃时循环水冷却塔耗水量的变化情况：

环境温度变化对循环冷却塔耗水量的影响

环境温度（℃）

6   11   16   21   26  31   36

耗水量（t/h）

575  626   678  729  781  832  883

3.2环境湿度变化对冷却塔耗水量也有一定的的影响：

（取循环水进水温度20℃，机组出力300MW，浓缩倍率K=3.0）

我们可以很方便地计算出当环境湿度为71%、76%、56%、51%、46%时循环水冷却塔耗水量的变化情况

环境湿度（%）

46   51    56   61   66   71    76

循环水耗水量（t/h）

 761   750  739   729   720   709   698

3.3机组出力变化对循环冷却塔耗水量的影响：

（取循环水进水温度为20℃，大气湿度为61%，浓缩倍率K=3.0）

由3.1的计算结果可知，当机组出力为100%时，循环冷却塔的耗水量为729t/h。

下面我们来计算一下，当机组出力为75%时，循环冷却塔的耗水量情况。

3.3.1蒸发损失的计算：

 当机组出力变化时，△t将会随之而改变。

我们知道，汽轮机的排汽量变化与机组出力变化基本是成正比的，因此，当机组出力由100%降至75%时，△t1=75%△t=0.75×9.51=7.13℃：

E=k×△t×Q=0.142%×7.13×36000=364t/h

3.3.2风吹损失量的计算：

W=Q×0.1%=36000×0.1%=36t/h

3.3.3排污损失量的计算：

 B=（E/K-1）-W==146t/h

3.3.4耗水量情况：

由公式2可得：

M=E+B+D=364+36+146=546t/h我们可以很方便地计算出当机组出力在60%、50%时循环冷却塔的耗水量变化情况（机组出力变化对循环冷却塔耗水量的影响

机组负荷系数（%）

50    60    75    100

循环水耗水量（t/h）

365    438    546    729

3.4浓缩倍率变化对循环冷却塔耗水量的影响：

（取机组出力300MW，循环水进口温度为20℃，大气湿度为61%）

由3.1的计算结果可知，当循环水浓缩倍率为K=3.0时，循环冷却塔的耗水量为729t/h。

下面我们来计算一下，当浓缩倍率K=3.5时，循环冷却塔耗水量的大小。

3.4.1取循环水进口温度为20℃，则大气的湿球温度为20-5=15℃，查表可得，大气的干球温度为21℃。

查表可得，k=0.142%，

代入公式可得：

E=k×△t×Q=0.142%×9.51×36000=486t/h

3.4.2风吹损失量的计算：

W=Q×0.1%=36000×0.1%=36t/h

3.4.3排污损失量的计算：

B=（E/K-1）-W=158t/h

3.4.4耗水量情况：

M=E+W+B=486+36+158=680t/h

运用以上方法，我们可以计算出当环境温度为4.0、4.5、5.0、2.5、2.0时循环水冷却塔耗水量的变化情况

浓缩倍率    

2.0 2.5    3.0    3.5    4.0   4.5    5.0

循环水耗水量（t/h）

972   810   729   680   648    625   608

4.结论与建议：

4.1环境温度变化对循环冷却水系统的耗水量影响近似为线性正比关系。

环境温度每变化1℃，循环水耗水量则变化约10t/h。

约相当于循环水量的0.028个百分点。

4.2环境湿度变化对循环冷却水系统的耗水量影响近近似为线性反比关系。

环境湿度每变化1个百分点，循环水耗水量则变化约2t/h。

约相当于循环水量的0.0056个百分点。

4.3机组出力变化对循环冷却水系统的耗水量影响近似为线性正比关系。

机组出力每变化1个百分点，循环水耗水量则变化7.3t/h。

约相当于循环水量的0.02个百分点。

该结论是依据发电机组推导得出的，对热电联产机组不完全适用。

4.4浓缩倍率变化对循环冷却水系统的耗水量影响是一个反比关系，但不是直线关系。

当机组循环水浓缩倍率升至4.0以后时，浓缩倍率的变化对循环水耗水量的影响基本上就已经比较小（循环水浓缩倍率每升高0.1，循环水耗水量则下降1.5t/h）。

即：

当浓缩倍率达到4.0以后，再提高浓缩倍率其节水效果已不十分明显。

4.5同类机组若安装的地理位置不同（主要是指年平均温度和湿度的影响）的话，其循环冷却塔的耗水情况也是不同的。

因此同类型机组在进行发电耗水率指标的比较时应考虑这方面客观因素。

根据上述大量数据，得出的结论浓缩倍数对于实际水耗影响最大，浓缩倍数的的提高可以直接降低水耗。

但是由于浓缩倍数的提高，会使得的水体中的盐分的浓度也会越来越高，这样会导致部分溶解度小的盐分析出在凝汽器换热管表面。

由于市政中水（回用水）的盐分相对于市政水更加高，以上的盐分析出趋势更加明显。

因此如果要使用市政中水，则必须使用更好的水质稳定剂，以防止盐分的析出，同时，由于部分侵蚀性离子的浓度上升，还会对换热设备产生腐蚀作用，还必须使用水质稳定剂防止设备的腐蚀。

以下的表格是内蒙古部分地区的市政中水水质以及实际运行的参数

各季节水质略有不同

指标

单位

数值

PH

@25℃

7.8-8.2

总硬度（以CaCO3计）

ppm

250-400

M-碱度（以CaCO3计）

ppm

250-400

氯离子（以Cl-计）

ppm

170

总磷（以PO43-计）

ppm

0.1-2.0

电导率

us/cm

750-1200

氨氮

ppm

--

COD

ppm

--

电导率:

1500uS/cm

工作温度:

104F

钙硬度:

500ppm（asCaCO3）

总碱度:

500ppm（asCaCO3）

pH:

9.1

PHs:

6.4

朗格里指数:

1.6

雷诺指数:

4.81

水质情况:

严重结垢

通过实际运行，以及对于优质的水质稳定剂的筛选，取得了很好的实际效果，现场实际运行浓缩倍数基本稳定在4.0-4.5。

取得了很好的经济效益和社会效益。

同时证明，市政中水（回用水）作为火力发电厂冷却循环水补充水的应用可行性

二、锅炉补充水是火电厂主要的耗水部分，由于各种锅炉的型号、规格、工况等各不相同，但是均需要使用补充水，绝大多数补充水为除盐水，当前主流的脱盐方法为反渗透，并且配合阴阳床，EDI，已获得各种锅炉所需的除盐水。

北方地区的地表水属于高盐分，高碱度的水质，对于反渗透膜元件的脱盐率要求很高。

如果使用市政中水（回用水），由于该水源中的盐分较之地表水更高，同时由于该水体中的COD、BOD，如何使用设备将该水制成符合锅炉补水标准的合格补水十分重要。

1.工艺选择

1.1通过以中水来作为原水，控制系统回收率，降低用水成本。

1.2通过将中水制成除盐水后作为锅炉补充水，来提高设备运行的稳定性和效率，降低能耗，提高设备运行的安全性。

1.3通过二级反渗透，提高产水水质稳定性，确保系统运行稳定性，延长离子交换树脂再生周期及树脂的使用寿命，并减少酸碱废水排放。

1.4通过优化系统，提高系统自动化程度。

2.工艺流程

2.1生水加热器：

加热器的作用是将原水维持在一定的温度范围之内，以利于保证反渗透系统产水量的稳定。

反渗透系统的产水量受进水水温的变化影响较大，在进水压力稳定的条件下，水温每变化1℃，其产水量大致增减3%。

为了避免因水温较低而造成反渗透系统产水水量的下降的情况出现，就必须对进水进行加热使其维持在一定温度。

2.2盘式过滤器：

盘滤的作用就是对原水进一步的过滤，截留原水中细小的砂砾，保护超滤装置的安全运行，避免超滤膜元件被大颗粒物质堵塞或者被划伤损坏，从而延长超滤膜的清洗周期，提高超滤膜的使用寿命。

2.3错流式超滤膜装置:

超滤主要能够去除水中的悬浮物、胶体、微生物以及大分子有机物物质等，出水水质达到浊度＜0.5NTU、SDI≤3，从而满足反渗透的进水要求。

使用超滤系统作为反渗透系统的预处理最大的优势在于它的产水水质较好,能确保反渗透装置的稳定运行,延长反渗透膜的化学清洗周期及膜元件的使用寿命。

2.4一级反渗透装置

反渗透系统主要用于去除水中溶解固形物、极小的病菌、病毒及热源等。

反渗透装置是本流程中最主要的脱盐装置，它必须具有极高脱盐能力。

在反渗透系统中采用多段循环的运行方式，使系统的回收率得到相应地提高，同时膜元件的抗污染性得到了提高。

2.5二级反渗透装置

由于市政中水含盐量较高，一级反渗透产水尚不能满足锅炉补水要求，因此增加二级反渗透，二级反渗透装置是以一级反渗透装置的产水作为进水，对其进行近一步的处理，使进入离子交换装置的水满足设备的要求，同时更好的进水水质能够延长离子交换装置中树脂的再生周期和使用寿命，减少酸碱的用量。

2.6离子交换装置

离子交换装置是用于除去水中离子态物质的，用来保证除盐水能够达到锅炉补给水的水质要求。

由于中水中的悬浮物含量较高，超滤膜在高回收率情况下运行，通量衰减得较快。

中水中微生物含量比较高，在系统中有长菌现象。

中水中的微生物和细菌含量较高，系微生物及细菌在管路内容易滋生。

对上述出现问题的分析及解决方案

针对悬浮物较多的现象，将超滤系统的运行方式改为循环错流式运行，既可节约水的用量，保证回收率，通过试验，充分证明该运行方式进膜压力小、流速快、进出水压差低。

系统压力流量均比较稳定，无衰减现象。

试验过程未进行化学清洗，实际运行中系统清洗频率也会较低。

在超滤系统中加入清洗系统，自动定期对超滤系统进行化学杀菌清洗，减少细菌对超滤膜的污堵，同时延长膜的使用寿命。

在系统中增加杀菌剂加药系统，控制微生物和细菌滋长，减少微生物对抗污染反渗透膜元件的污染。

电气和自控系统使整套系统实现自动化操作。

电气、自控系统包括PLC、组态系统、电缆、电气元件、自动仪表等，根据系统设备的整体设计情况进行配套设计，使整套系统设备实现远程控制和现场控制相结合。

通过上述工艺，可将市政中水处理成符合补水标准的锅炉补充水，能够实现很大的经济效益和社会效益。

并且在一些缺水地区得以扩大推广。