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工业循环冷却水全生化处理技术对火电厂当前零排放的应用研究
作者:管理员    发布于:2015-07-28 14:00:23    文字:【】【】【

工业循环冷却水全生化处理技术
对火电厂当前零排放的应用研究

张  伟1  隋铁弓1  

1.铁岭远能化工有限公司, 2.辽宁华电铁岭发电有限公司, 辽宁 铁岭 112000

    


摘要:本文介绍一种新型的火力发电厂工业循环冷却水水质稳定全程生化法处理技术,该技术可大幅度提高火电厂的工业循环冷却水的钙离子容忍度(450~500mg/L),且可显著的提高其浓缩倍率(6.0~8.0倍),从而实现节约火电厂大量工业循环水补充水(同比节约20~30%),同时减少火电厂废水的排放总量(约25%)的效益。该技术对于适用的火电企业具有重要推广应用价值,尤其是在当前我国环保压力较大的情况下,并可为我国进一步建设资源节约型和环境友好型社会做出杰出贡献。

 

关键词:火电厂;循环水;生化处理;节水减排

应用

1  现有火电厂工业循环水处理现状

目前国内大多火电厂工业循环冷却水主要采用加阻垢剂缓蚀剂、加酸(硫酸)、加杀菌灭藻剂及粘泥剥离剂等化学品来处理,但这些传统处理方法,不能从根本上解决循环水浓缩引起的各种问题,并且投加各种水处理剂的操作系统复杂、药剂费用高,容易产生二次污染,使循环水的总体浓缩倍数不高(2.5~4.0倍之间),导致节水程度较低、且消耗石化资源(药剂)、运行管理成本很高等不足,为了更好实现节水、降耗的水处理目标,更好地落实科学发展和可持续发展的发展方针,急待研发火电厂工业循环冷却水处理新方法,火电厂工业循环冷却水生化处理法就是在这一大背景下应运而生的。

2  火电厂工业循环水生化法水处理技术介绍

基于传统的火电厂工业循环冷却水处理弊端,铁岭远能化工有限公司从2008年开始逐步研究探索新型火电厂工业循环冷却水处理方法,通过大量的循环水动态模拟试验,终于在2011年有重大技术突破,于2012年具备工业性试验技术条件,并于2013年在辽宁华电铁岭发电有限公司2×600MW超超临界机组的工业循环水处理中正式试用,运行至今实际使用效果非常理想,达到了GB50050标准规定的水质稳定的各项指标,运行参数稳定。节水率达到2030%,经济、环境效益显著。项目首次提出了采用全微生物技术水质稳定处理新方法,开创了国内外火电行业工业循环却水处理采用全生化法处理的技术先河,具有推广应用价值。

2.1  火电厂工业循环水生化法处理概念

即利用经过筛选、培养、驯化的有益微生物菌群和相适应的营养调节剂对火电厂循环冷却水进行微生物化学处理,从而实现换热设备(凝汽器)及工业循环水系统的阻垢、缓蚀、藻类滋生粘泥等火电厂工业循环水处理目标。

2.2  火电厂工业循环水生化法处理主要技术过程

主要是依据敞开式循环冷却水及其补充水的水质进行动态模拟试验分析,初步筛选合适的循环水生化处理方案,确认相对应的复合微生物制剂和微生物营养剂及投加频次与方式。微生物制剂是采用经发酵工艺制成的复合微生物菌群(主要包括包括硝化细菌、枯草芽孢杆菌、反硝化细菌、光合菌、活性酶等对水环境净化有益微生物及助剂),微生物营养调节剂主要是由主要是由多种糖类、蛋白质、维生素和多种微量元素等复合生物营养物质,让循环冷却水自行构建一个微生物动态循环生态系统(通过营养竞争、互生、寄生、共生、拮抗、捕食等生态影响),并代谢出具有一定量天然阻垢和缓蚀的生物化学物质(腐植酸、葡萄糖酸、单宁酸、乳酸、含氮杂环化合物、有机磷酸、氨基酸、二氧化碳、氮氧化物等),并以此稳定和控制循环冷却水的水质(主要为pH值、碱度、钙离子等指标), 投加频次与方式就是具体依据生化处理的水质变化、天气变化、热负荷变化等各种变化因素,调整生物制剂和相应营养剂的投加种类和数量及频次,从而避免及减缓换热器内金属管内部的水侧结垢与腐蚀及有害生物粘泥滋生,保障热交换过程安全、稳定、经济、高效运行。

2.3  火电厂工业循环水生化法处理主要技术特点

2.3.1  生态性

    对于循环水系统来说,就是一个人为构建的生态循环系统,生化处理就是利用有益菌群和循环水中有害的微生物菌群(细菌类:产粘泥细菌、铁沉积细菌、产硫化物细菌;真菌类:霉菌、酵母;藻类:蓝藻、绿藻、硅藻)进行生态关系影响(互生、共生 、寄生、拮抗 、捕食),实现物质和能量的转移和转化,并影响或改变周围循环水系统生态平衡环境,从而实现有利于工业循环水稳定平衡控制的良好状态。

2.3.2  复杂性和针对性

    通过多次探索试验,发现对于不同水质在微生物菌群和营养调节剂的筛选和投加方式有很大区别,不是一法多能的状态,并且在调整过程中,不像传统物理化学方法迅速变化,而是缓慢渐近式变化,不断变换。因此,针对不同的补水源和工艺情况要专门进行若干模拟试验方可现场实施。

2.3.3  高效性

    采用此法可大幅度提高循环水钙离子及硬度的容忍上限(钙离子最高可容忍500mg/L),一般情况可将循环水浓缩倍率由2.5~4.0提高至6.0~8.0倍,可大比例节约循环水的补充水(同比节约补充水20~30%),可节约大量水费成本和补充水资源。

2.3.4  安全性

    由于本法不像传统方法采用危险化学品(强酸、阻垢剂、杀菌剂等)对操作人员、作业环境、系统设备造成直接或间接危害,所以具有良好的安全性特征。

2.3.5  环保性和可持续性

    由于本法采用自然界本身具有的生物资源,对环境不造成二次污染,且属于自然生态系统一部分,不像传统药剂消耗大量石化资源(属不可再生资源),符合可持续科学发展的方针。

2.4  火电厂工业循环水生化法处理重要意义 

火电厂工业循环冷却水生化处理法正是通过上述主要技术要素来实现火电厂工业循环水处理,并通过其综合优势取代了传统的火电厂循环水化学处理的劣势,在保障热交换系统安全、稳定、高效运行的同时,实现节水、减排、环保并降低应用企业的运行成本的目标,也是可持续发展、绿色发展、科学发展的重要体现。

3  火电厂工业循环水生化法水处理技术应用效果

3.1 应用设备两台600MW机组循环水系统

辽宁华电铁岭发电有限公司二期两台600MW机组于2008年先后建成,自2010年起正式全面投入商业运行。铁岭远能化工有限公司从2006年起作为辽宁华电铁岭发电有限公司的工业循环水化学药品及技术服务的主要提供方,维护机组循环水系统的稳定运行。二期机组满负荷运行后,工业循环水的用量大增,循环水补充水量达到约为1500万吨/年,其中需应用铁岭市污水处理厂的再生水,(城市中水)约1000万吨/年,柴河水库补水500万吨/年,在火电行业经营压力较大的情况下,水费支出大幅增长,所以,为了更好地节约用水量及用水费用和降低药剂费用,特与铁岭远能化工公司共同研发新型循环水全生化法水处理技术来实现这一目标。

由于该技术属于辽宁华电铁岭发电有限公司重大科技研究项目,按中国华电集团公司科技开发项目来履行实施程序,2012年9月向集团公司提出科技项目申请,经华电集团公司审批,2013年下发中国华电科[2013]76号,为华电集团公司第一批实施的科技开发项目。项目名称:火电厂工业循环冷却水生化处理工艺研究;项目编号:CHDKJ13-02-25,工业试验机组为二期600MW机组,由于两台机组实施烟气脱硝改造而停机两个月,项目于2013年6月15日六号机改造起机后开始正式实施本工业性试验,工业试验二个月后,六号试验机组节水效果明显,且监测运行稳定,辽宁华电铁岭发电公司决定扩大应用范围,在五号机也同时开始循环水生化处理试验,两台机组循环水系统联立运行。两台机组的联立运行,总体控制比较稳定,同单台独立运行机组情况进行比较,运行控制更加稳定,通过近十个月的工业循环冷却水生化处理试应用运行,确认在火力发电厂工业循环水系统中采用生化法处理是较为妥当的循环水处理运行方式,从而实现在火力发电厂工业循环冷却水系统采用生化法处理工艺是可行的目标。同时,本项目也于2013年12月通过中国华电集团组织的科技项目验收。并获得2014年度华电集团科技进步三等奖。

3.2 应用技术依据

    主要技术依据为铁岭远能化工有限公司近三年的实验室动态模拟试验情况,采用生化法处理火力发电厂敞开式循环冷却水,使其水处理指标符合国家及行业标准(《HG/T2160-2008冷却水动态模拟试验方法》和《GB50050-2007工业循环冷却水处理设计规范》)中要求,同时进行混凝土侵蚀性能试验,从而达到新型工业循环水处理技术的工业应用推广必要条件,即经济和技术的可行性。

3.3 应用生化法处理与传统法处理的情况及经济技术指标对比

辽宁华电铁岭发电有限公司两台600MW机组采用

生化法与传统化学处理工艺主要经济技术指标对比

主要指标

生化法处理

传统化学法处理

浓缩倍率

5.0~7.0倍

2.5~3.0倍

钙离子

400~500mg/L

150~200 mg/L

pH

7.5~8.0

>8.5

碱度

0.5~1.0mmol/L

>5mmol/L

污垢热阻

0.5×10-4 (m2•K/ W)

1.5×10-4 (m2•K/ W)

异养菌总数

0.5×105个/ml

1.0×105个/ml

年用水量 

720万吨

990万吨

年补充水水费

1238万元

1703万元

药品材料费用

190万元

210万元

同比节水率

27.3%

——

同比减少成本

485万元

——

通过辽宁华电铁岭发电有限公司的循环水生化处理工业试验,多角度考测循环水生化处理对现场各种工况(两机同时联立运行、单台停机联立运行、单机停机短时间一周以内、单机停机一个月以上、两机同时停运一周以内、机组负荷最大600MW、机组负荷较低至200MW、单台循环水泵、两台循环水泵、两机三台循环水泵、四台循环水泵运转等)、天气情况(炎热、低温、雨雪天气、黑白天、阴晴天、风沙天气、雾霾天气等)、补充水变化情况(低pH6.0中水、高pH8.5中水、柴河水库补充水掺水比例为5%~30%等)的适应程度,事实表明生化处理完全适用辽宁华电铁岭发电有限公司二期两台机组工业循环水处理的经济技术要求。

辽宁华电铁岭发电有限公司二期两台600MW机组工业循环水通过采用生化处理的方式运行,在各项技术指标全部符合《GB50050-2007工业循环冷却水处理设计规范》中要求的前提下,实现了年节约铁岭市城市中水(再生水)270万吨,减少排水270万吨,全面实现了发电企业的节水、减排、降本增效的企业经营目标,同时也为国家倡导的可持续发展、科学发展方针做出应有的贡献。

4  火电厂工业循环水生化法水处理技术应用基本经济技术要求

    根据目前国内各火电厂用水的水源、水价以及环境压力等多方面因素,来确定火电厂工业循环冷却水采用生化法处理的经济技术可行性,一般情况,对于丰水地区,地表水的碱度小于1.5mmol/L情况下和城市生活污水处理三级处理后的再生水(中水)较为适宜应用生化法处理,而大于该指标值则要综合试验分析确认经济可行性,国内火电厂机组现大部分凝汽器已改造为不锈钢材质换热管,从而可实现对于高盐度的循环水水质适应要求(由于生化法大幅度提高溶解盐含量,其中包括Cl-等强腐蚀离子),否则,根据《DL/T710-2010发电厂凝汽器及辅机冷却器管选材导则》要求,会增大金属管材腐蚀风险。

    火电厂工业循环水生化处理项目为新型工业循环水处理项目,由于其特有的技术复杂性(微生物制剂和相应营养调节剂的筛选、配制、投加频次及数量、相关在线实时监控数据采集及变化处理应对系统等)、保密性等特点不同于传统的物理化学处理方式(只是售出相关水处理化学产品及相对固定的使用方式),因此对于该技术的推广主要采用特定成套服务形式来进行拓展应用,并形成特有的新型市场化模式,更持续、完善地的应用该技术。

5  结语

    随着经济的发展,我国淡水资源和不可再生资源不断的被消耗,火电行业是主要消耗化石能源和水资源的国民经济重要行业,为此对于火电行业的节能、节水、减排工作压力尤为紧迫,尤其在我国环保政策、法规越来越严格的情况下,通过在大型火电厂采用工业循环水生化处理方法来提高补入水的利用效率和种类,同时减少不可再生资源(石油、矿物)等物质的消耗,提高火电厂循环水应用的安全可靠性,实现火电厂循环水处理的经济技术可行性,以实现我国和全社会的经济发展可持续和人与自然和谐发展的美好梦想。

 

作者简介:

姓名:张伟(1971-  ),男,辽宁省铁岭县,大学学历,1990年毕业于辽宁工学院,工程师,电厂化学水处理研究方向。联系地址:辽宁华电铁岭发电有限公司远能化工公司,邮政编码:112000,

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