近年來，河北省電力勘測設計研究院針對河北省水資源嚴重缺乏、制約電力擴建的嚴峻情況，積極開展火力發電廠節水技術研究，在除灰系統節水、城市污水作為循環水補充水、大型火電廠廢水“零排放” 等設計與研究方面取得了進展，節水效果明顯，具有顯著的環保效益、經濟效益和社會效益。 1 除灰系統節水技術研究與應用 　　1.1 研究立項背景 　　除灰系統節水技術研究于1995年應用于馬頭發電總廠，應用前該廠因缺水機組曾被迫停運，而除灰系統因耗水量大，#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，加重了灰場的負擔，有時灰場水位高達4 m，嚴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濟損失。灰場附近的農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。為了節約用水，保證安全、經濟生產，1992年在該廠#8爐擴建中，為使水利資源得到保障，對除灰系統進行了節水改造設計研究。 　　1.2 方案的擬定與優化 　　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，能直接再循環用于電廠除灰系統，在廣泛調查研究的基礎上，針對該廠除灰系統存在的主要問題，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，除灰系統采用水封式攪拌器——高架溜槽——離心式灰渣泵。這種方案系統比較簡單，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備較多，改造周期長，很難成為現實。 　　b. 采用灰渣分除——濃縮池——容積式灰漿泵方案。這種系統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的典型方案，濃縮池及其它設備、設施均為獨立建設，與原有設備及系統除了管道接口外，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，其管內漿體流速只有0.5 m/s，遠低于規定的1 m/s。灰漿流速過低會造成灰渣在管內的沉積，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。再加上容積式灰漿泵對入口進漿顆粒有嚴格的要求，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 除灰系統技術改造效果 　　馬頭發電總廠對各項技術指標進行了測試和記錄，結果令人滿意。這次改造的主要特點如下。 　　a. 節水效果明顯，經濟效益和社會效益顯著。年節水近2 000 萬t，年增收節支約1 000多萬元。另外，還節約#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，通過灰渣分除站內的設備和設施，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，達到了節約用水、減少爐渣對管道磨損的目的。管內漿體流速由原來的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，變為一運行兩備用。 　　d. 該設計采用了漂珠引流管，將分布于2個濃縮池內的漂珠自動收集在0 m地面上的漂珠撈取池中。與國內其它配有濃縮池的電廠相比，采用該設計減輕了工人的勞動強度、改善了工作條件、減輕了環境污染、提高了漂珠收集率，更主要的是人身安全及文明生產獲得足夠的保障。 　　e. 簡化系統節支增效。該設計將四點放水環行管改為一點放水直排系統。改造后的實踐證明：簡化了系統，節約630 mm×8 mm的焊接鋼管約230 m，節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. 選好設備保安全。 首先對振動篩進行了多方調查，在選用新型多級慣性振動篩的基礎上，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，提高了工作的穩定性、可靠性和使用壽命。 　　g. 系統布置緊湊合理，占地少。對于1 050 MW的馬頭發電總廠來說，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施（如變壓器、印刷廠、汽車庫等）安全使用。 　　1.4 其它應用 　　2001年又將除灰系統節水技術研究成果應用于興泰發電有限責任公司，水灰比由過去的1.13降低到1:3，每年可節約地下水1 384 萬t，節約水費1 660.8 萬元， 同時可提取5000 t漂珠及25 萬t渣，全年創造效益1 860多萬元，不僅達到了節水節電的目的，而且由于灰渣綜合利用保護了環境。  2 城市污水作為循環水補充水的研究與應用 　　2.1 研究立項背景 　　城市污水作為循環水補充水的研究應用于邯鄲熱電廠。隨著工業熱負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改造工程可行性研究工作，1994年經上級主管部門審查批準建設2臺200 MW抽凝機組，配2臺670 t/h超高壓自然循環燃煤汽包爐。 　　循環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水補充水的第二水源。 　　2．2 水質變化規律的調研及檢測試驗 　　利用城市污水作為電廠循環冷卻水的補充水，在我國電力系統中尚屬試驗研究階段，近幾年雖然很多電廠循環冷卻水的補充水水源按城市污水設計，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成分及水質變化規律還未徹底掌握，尤其是污染項目。另外，滏陽河水也受到上游工業和生活污水的污染，污染程度已相當嚴重,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，水質較穩定，污水回用和一水多用又是節約用水的唯一途徑，也是工業用水水源的發展方向。故邯鄲熱電廠循環水處理系統立足于使用受污染的水，要求采用兩種水質都可以運行。在技術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，根據以上兩種水源的水質特點和機組對循環冷卻水質的要求，首先對城市污水和河水進行了水質污染源及水質變化規律的收資、調查和1 a的原水水質檢測，通過對水源的分析研究，結合國內外污水處理的經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知名水處理專家對方案進行了3次專題論證。在此基礎上，初步擬定了循環水補充水處理方案,然后再通過動態模擬試驗優選水處理流程、設備、藥品和凝汽器管材等，尤其對殺菌滅藻劑和澄清過濾設備等進行了多種設備和多種運行工況的優選。因為污水中的有機類污染物、菌藻類、膠體物質，可以在系統中生長、繁殖、聚集后形成有機粘泥，對金屬直接產生腐蝕或分解后產生腐蝕物質，這些物質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定，所以，動態模擬試驗的優選對循環補充水處理方案的確定是致關重要的。為此進行了如下動態模擬試驗項目。 　　a. 兩種水源水質檢測1 a。 　　b. 循環水阻垢劑篩選試驗。 　　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. 循環水系統中粘泥試驗。 　　f. 循環補充水石灰處理工藝系統選擇試驗。 　　g. 循環水系統綜合效果評價試驗。 　　2．3 循環水處理系統的確定 　　通過調查研究和專題論證，參考國外污水回用處理經驗，以及水處理方案、設備優化和水處理系統動態模擬試驗數據優選，最后確定采用石灰處理系統。所以確定循環補充水處理方案為殺菌、石灰、凝聚、澄清、加酸、過濾系統，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 → 循環水補充水泵 → 循環水補水池 → 循環水系統 。 　　循環冷卻水處理采用加酸、加水質穩定劑和加殺菌劑處理，循環冷卻水濃縮倍率2～2.5。 　　2．4 循環水處理系統運行效果 　　自1998年9月開始調試并投運以來，至今已經運行3 a左右。運行結果表明，系統設計合理， 　　設備運行正常，出水水質穩定，基本上達到了設計要求。對澄清池的設計、泥渣層的設置、 　　藥劑加入位置的確定和濾池濾料粒徑、比重的優選正確、合理。實際運行出水達到的水質指 　　標為：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。 　　從上述數據可以看出，該設計的循環水處理系統實際出水水質指標基本上滿足了循環水處理的水質標準，濁度去除率達90%以上，COD去除率達到50%，總磷去除率≥ 95%，其結論如下。 　　a. 運行結果說明，城市污水經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水的補充水是可行的。系統運行穩定可靠，出水質量達到回用水使用標準。 　　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由動態模擬試驗確定。殺菌劑投加位置應大于2處。 　　c. 城市污水的回用為一水多用、減少環境污染開辟了新的途徑。 　　d． 城市污水深度處理系統采用石灰處理在技術上是可行的，運行費用比較低，不會帶來新的環境污染。因此，邯鄲熱電廠循環水補充水采用城市污水具有明顯的經濟效益、環境效益和社會效益。 3 大型火電廠廢水零排放技術研究與應用 　　3．1 研究立項背景 　　廢水零排放技術研究應用于西柏坡發電有限責任公司（4×300 MW機組），屬國家電力公司重大科技攻關項目之一。按原設計一期工程，工業廢水達到地面水三級標準后，排入黃壁莊水庫。隨著工業、農業和人口發展用水的需求，黃壁莊水庫由農灌水源改為城市生活飲用水源，河北省、石家莊市環保局發文要求，禁止電廠繼續向黃壁莊水庫排放工業廢水。因此，在二期工程設計中，必須對廠區廢水處理、一水多用，循環使用實現廢水不外排以達到廢水零排放的技術進行研究。 　　3.2 技術方案的擬定與優化 　　3.2.1 水量平衡的形成 　　準確的水量平衡是實現電廠零排放的關鍵，因此在確定廢水處理方案之前，應首先掌握全廠供、排水的水量、水質，以利于廢水通過治理達到重復利用。通過對電廠調查了解、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。 　　3.2.2 廢水處理方案的優化 　　根據水量平衡，在調查研究的基礎上優選了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個方案設計思路是：使#1～#4機組循環冷卻水均高濃縮倍率運行，其循環排污水經反滲透處理后供給鍋爐補給水，系統內的污水用于除灰。其優點是：循環水濃縮倍率高，節水方便；出水水質好；反滲透出水代替深井水；國內有石灰和弱酸類似系統的運行業績。其缺點是：占用場地大；循環水處理容量大，年運行費用高；基建投資大；反滲透處理需做試驗。 　　后2個方案設計思路是：為減少處理設備數量和基建投資費用，處理方案采用循環冷卻水兩種濃縮倍率運行，即#1、#2機組低濃縮倍率運行，其循環排污水經處理后供給#3、#4機組的循環補給水。#3、#4機組的循環冷卻水高濃縮倍率運行，其循環排污水用以除灰。其優點是：基建投資低，占用場地少；循環水處理容量小，運行費用低；循環水濃縮倍率高，節水明顯；低濃縮倍率的循環排放水可外排用于農灌，設計已考慮必要條件下的外排農灌措施。其缺點是：國內沒有類似系統的運行業績；處理效果需做動態模擬試驗。 　　經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研和更深一步的技術經濟比較。