火电企业水资源综合利用及污染防治技术路线探讨

中国电力ELECTRIC POWERVol. 51, No. 10Oct. 2018

火电企业水资源综合利用及污染防治技术路线探讨

尤良洲1，韩倩倩2，晋银佳1，朱跃1

(1. 华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州　310030；

2. 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京　210024)

摘　要：调研了91家火电企业，分析水务管理工作存在的问题，结合形势，探讨了水资源利用及污染防治的技术路线。技术路线分两步实施，第一步为全厂用水优化，实现水资源的梯级利用和分质处理、回用，实现高盐废水最少化；第二步为废水综合治理改造，无法回用、消耗及外排的高盐废水统一进入废水综合治理系统，通过预处理软化、浓缩减量、蒸发除盐及固废处置，实现废水回收利用。为火电企业探索水污染防治及综合利用提供参考。

关键词：水污染防治；综合治理；火电企业；技术路线；梯级利用

中图分类号：TM621；X773 文献标志码：A DOI：10.11930/j.issn.1004-99.201708135

0 引言

随着中国经济与社会的不断发展，资源性缺水、水质性缺水和水环境污染已成为制约经济与社会可持续发展的重要因素。同时，随着环保排放日趋严格，国家层面陆续出台相关文件要求。2015年4月，《水污染防治行动计划》[1]明确指出，抓好工业节水，完善高水耗行业取水额定标准，开展节水诊断、水平衡测试、用水效率评估，严格用水定额管理。2016年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》[2]和《关于印发＜排污许可证管理暂行规定＞的通知》[3]相继发布，要求落实最严格的水资源管理制度，开展节水综合改造示范，鼓励一水多用、分质利用，对直接或间接向水体排放工业废水的企事业单位实行排污许可管理，要求控制用供水总量、提高用水效率，实行“持证排污”。甚至部分地区有明确的“废水零排放”的要求形势和挑战。

本文针对国内91家火电企业进行调研评估，分析用水、排水等水务管理方面存在的问题，结合相关要求，探索火电企业废水综合利用技

收稿日期：2017−08−28； 修回日期：2017−11−03。基金项目：中国华电集团公司重点科技项目(CHDKJ17-01-34)。

[4]

术路线，为实现火电企业水资源综合利用及污染防治提供参考。

1 调研火电企业概况

调研91家火电企业中，79家为燃煤发电企业，12家为燃气发电企业，共282台发电机组（燃煤242台，燃气40台），涉及装机容量9 483.2万kW。调研样本情况如表1所示。调研企业主要分布在长江、黄河、淮河及辽河水系，装机容量占比分别为34.51%、14.93%、10.80%及12.03%。调研样本在各个水系分布情况如表2所示。

表 1 调研机组装机容量分布情况

Table 1 The distribution of installed capacity of generat-ing units in investigation

单机容量/万kW30(不含)30~60(不含)60~100(不含)100及以上机组数量

109

1093 5.0

563 515.5

8812.0

。

装机容量/万kW1 566.7

火力发电行业在节水和废水处理上面临着新的

根据《2016中国环境状况公报》[5]，针对调研发电企业较为集中水系，如长江水系、黄河水系、淮河水系及辽河海河水系，水质指标不容乐观，Ⅳ类、Ⅴ类及劣Ⅴ类水质比例相对较高，特别是海河水系，劣Ⅴ类水质比例超过40%。面对如此严峻的环境现状，各发电企业废水排放将进一步受到约束。

134

第 10 期尤良洲等：火电企业水资源综合利用及污染防治技术路线探讨

表 2 调研企业所在水系区域分布情况

Table 2 The regional distribution of the water system of

generating units in investigation

水系区域装机容量/万

电厂机组装机容量占比

kW数量数量/%

长江水系3 204.7278134.51黄河水系1 386.0123214.93东南沿海水系522.06175.62黑龙江水系614.78356.62淮河水系1 002.572710.80胶东沿海水系797.56228.59辽河、海河水系1 116.8133612.03西北内流区292.55173.15鸭绿江水系62.4240.67珠江水系

286.1

5

11

3.08

2 调研企业水务管理现状

2.1 缺乏完善的管理体系

由于水资源管理的复杂性和特殊性，各发电企业未制定针对本企业的水务管理体系，无明确的全厂水资源综合利用规划，节水奖励机制不健全，用水及节水管理工作随意性大，增加了水务工作的开展难度，尤其是水资源充足、取水价格较低区域的电厂。

2.2 水务管理基础数据缺失

水平衡测试周期超过5年[6-7]。由于近年来电厂改造工程较多，用水系统变化较大，水平衡测试报告与现场情况差别较大，数据不准确，不能为节水及水资源统筹优化提供可靠依据。2.3 水量计量配置不到位

根据火电厂实际调查来看，一级用水（全厂各种水源）和二级用水（各车间及厂区生产用水）计量表、配备率、合格率、检测率基本达到要求，缺项不多，但三级用水（各设备和设施用水、生活用水）系统表计不全。2.4 用水系统优化措施欠缺

相当一部分电厂长期没有开展水平衡测试及节水优化工作，水的重复利用率低，未能做到循环利用和梯级利用。2.5 废水处理设备故障率高

部分废水处理设备技术落后、自动化程度

低、运行效率低、运行维护工作欠缺，导致设备故障率较高，造成废水无法回用，导致用水及排水量增大。

3 水资源利用及污染防治技术路线

为积极响应国家水污染防治行动计划号召，主动推进火电企业水资源综合利用及污染防治工作开展，按照“废水分级，梯级利用，高盐废水最少化；立足现在，兼顾长远，一厂一策，选取最优工艺路线”的原则开展工作。

火电企业水资源利用及污染防治技术路线可分两步实施，第一步为全厂用水优化，实现水资源的梯级利用和分质处理、回用，尽可能减少高盐废水处理量。第二步为废水综合治理改造工程，产生的高盐废水无法回用、消耗或外排，需进入废水综合治理系统中统一处理。图1为火电企业水资源利用及污染防治技术路线框架图。

加强水务管理

全厂用水合理提高循环冷水浓缩倍率(若有)优化

全厂废水综合利用

废水预处理单元

软化+沉淀

软化+TMF

多效蒸发MED加热蒸发技术

降膜蒸发立式MVC

废水浓缩单元

卧式机械蒸发MVC电渗析ED膜浓缩技术

反渗透RO

正渗透FO

废水多效蒸发MED纳滤NF综合治理

蒸发除盐单元

机械蒸发MVR烟道雾化蒸发固体废弃物

污泥烟道旁路蒸发

结晶盐/飞灰

图 1 火电企业水资源利用及污染防治技术路线框架

Fig. 1 The technical route of the water resources

utilization and pollution control in thermal

power enterprises

3.1 废水分级，梯级利用，高盐废水最少化

针对不同废水水质特点，将废水分为4类。Ⅰ类废水（由Ⅰ类设备产生）：水质条件较好的，含盐量低，悬浮物低，如热力系统疏水、锅炉排污水等，可不作处理或简单降温后，直接回用Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类设备。

Ⅱ类废水（由Ⅱ类设备产生）：此类废水悬浮物较高但含盐量低或水质特殊，含煤废水、含

135

中国电力第 51 卷

油废水、生活废水及反洗水等，宜单独系统处理循环回用或回用于Ⅲ、Ⅳ类设备。

Ⅲ类废水（由Ⅲ类设备产生）：此类废水悬浮物较低但含盐量高，如化学车间浓水、酸碱再生废水及循环排污水等，可优先回用于Ⅳ类设备，亦可通过除盐处理后深度回用，浓水回用于Ⅳ类设备或按高盐废水处理。

Ⅳ类废水（由Ⅳ类设备产生）：此类废水悬浮物高、含盐量高，如脱硫废水，仅考虑作为高盐废水处理。

高盐废水按相关环保要求处理，达标排放或执行废水零排放改造。

原则上仅允许Ⅳ类废水产生，其余废水均回用，具体项目需根据实际情况详细论证。3.2 立足现在，兼顾长远，一厂一策，选取最优

工艺组合方案

3.2.1 以实现达标排放为目标

经过废水梯级利用、深度回用，产生的Ⅳ类废水采用化学反应沉淀处理后达标排放，或处理后用于灰场喷淋、干灰拌湿等[8-10]。同时保留实现全厂废水“零排放”的改造接口，便于将来的改造。3.2.2 以实现零排放为目标

无法回用、消耗或外排的废水统一进入废水综合治理系统中。高盐废水综合治理系统主要包括4个处理单元，即预处理单元、减量浓缩单元、蒸发脱盐单元及固体废物处理单元。工艺流程如图2所示。

污泥高盐预处理浓缩减浓水蒸发脱结晶盐固废处废水单元量单元盐单元理单元淡水回用淡水回用

图 2 高盐废水综合治理系统流程

Fig. 2 Process of comprehensive treatment system for

high salinity wastewater

（1）预处理单元。火电企业高盐废水含盐量通常在10 000~40 000 mg/L[11]，水体中含有大量的固体悬浮物，重金属、硅含量和硬度也较高[12]，在进入后续系统前需要进行预沉淀和软化预处理，以避免后续浓缩处理系统结垢。根据高盐废水水量、水质条件及场地情况，选用石灰/氢氧化

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钠-碳酸钠软化-澄清器-过滤器处理工艺、石灰/氢氧化钠-碳酸钠软化-管式微滤膜（TMF）[13]处理工艺。统筹考虑高盐废水软化-过滤预处理单元，不再单独运行脱硫废水“中和-絮凝-沉淀”工艺系统。

（2）减量浓缩单元。高盐废水经采用纳滤（NF）+海水反渗透（SWRO）工艺路线[10]减量后，可采用电渗析-反渗透（ED-RO）[14]、碟管式反渗透（DTRO）[15-16]、正渗透（FO）[17]及蒸发浓缩（MVC）[9]等工艺进一步浓缩。从浓缩效果上看，正渗透（FO）＞电渗析（ED）＞高压反渗透（DTRO/STRO）。从应用案例数量看高压反渗透（DTRO/STRO）＞电渗析（ED）＞正渗透（FO）。减量浓缩效果直接影响末端废水蒸发处理系统改造投资费用，通过结合末端废水处理方案，进行技术经济对比分析，选取适合减量浓缩的方案。热法蒸发浓缩工艺投资、运行费用过高，不建议采用。

（3）蒸发脱盐单元。蒸发脱盐单元采用烟道雾化蒸发[18]、蒸发结晶工艺路线。改造项目根据末端水量、烟气参数及烟道布置空间等情况，考虑各工艺技术的投资运行成本和运行稳定性，优先考虑除尘器前烟道雾化蒸发（末端废水水量较小，烟道和烟气情况满足要求），其次考虑空气预热器前旁路烟道蒸发（末端废水水量较小，烟道或烟气情况不能满足直接雾化蒸发的要求），再次考虑机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发结晶技术（末端废水水量较大）。

（4）固体废物处理单元。固体废物主要包括

预处理单元的污泥和蒸发脱盐单元的结晶盐。污泥经脱水、压缩后抛弃或填埋。结晶盐根据当地销售情况进行论证，并考虑适合的处置方案，避免二次污染。

4 结论

（1）面对国家及地方日趋严格的环保要求，火电企业水资源综合利用及污染防治方面的问题日益突出，各火电企业应优先开展废水现状排查工作，梳理存在问题，重视水务管理，优化用水流程配置，提高用水效率，实现深度节水。

（2）水污染防治及综合利用技术路线可分步

第 10 期尤良洲等：火电企业水资源综合利用及污染防治技术路线探讨

实施，第一步全厂用水优化，实现水资源的梯级利用和分质处理、回用，尽可能减少废水处理量，是进行废水综合治理的基础和前提；第二步为全厂废水综合治理，根据废水水质水量情况选取不同的技术方案，第二步可根据形势适时推进。

（3）废水综合治理的工艺路线基本为预处理软化+浓缩减量+蒸发脱盐+固废处理。

（4）废水浓缩减量阶段，根据废水水质水量情况，可选用的工艺方案或组合方案较多，兼顾改造投资经济性的同时，优选成熟可靠、应用业绩多的工艺方案，不建议采用热法浓缩工艺。

（5）对于蒸发除盐单元，无论是蒸发结晶还是烟道蒸发技术，均有技术特性及条件，需根据“一厂一策”的原则，充分论证，选取最优方案。

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作者简介：

尤良洲(1987—)，男，工学硕士，工程师，从事火电厂环保方面的研究，E-mail：you_lz009@163.com。

（责任编辑　李秀平）

Discussion on the Comprehensive Utilization of Water Resources and the

Technical Route of Pollution Prevention in Thermal Power Plants

YOU Liangzhou1, HAN Qianqian2, JIN Yinjia1, ZHU Yue1

(1. Huadian Electric Power Research Institute, Co. Ltd., Hangzhou 310030, China; 2. China Energy Engineering Group Jiangsu Power

Design Institute Co, Ltd., Nanjing 210024, China)

Abstract: This paper analyzes the existing problems in water affairs management in 91 thermal power enterprises, and discusses thetechnical route of the water resources utilization and pollution prevention based on the current policies. The technical route isimplemented in two steps. The first step is to optimize the water use of the whole plant by realizing the cascade utilization, the qualitytreatment and the reuse of water resources, and to minimize the wastewater of high salinity as well; the second step is thecomprehensive treatment and transformation of the high salt wastewater, which cannot be reused, consumed and discharged, into theintegrated wastewater treatment system. The waste water recycling can be realized through pretreatment softening, concentrationreduction, evaporation desalination and solid waste disposal. It provides reference for the thermal power enterprises to explore thepollution prevention and comprehensive utilization of water resources.

The work is supported by Science and Technology Program of China Huadian Corporation Ltd. (No.CHDKJ17-01-34).

Keywords: water pollution prevention; comprehensive control; thermal power plant; technical route; cascade utilization

(上接第133页)

Analysis of Performance for SCR Deactivated Catalyst before

and after Regeneration

DU Zhen1, WU Bo2, YAN Min1, ZHANG Yang1, ZHU Yue1

(1. Huadian Electric Power Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310030, China;2. Hongyanchi Power Plant of Huadian Xinjiang Power Co., Ltd., Urumqi 830047, China)

Abstract: In order to systematically study the performance of deactivated SCR catalyst for coal-fired power plant before and afterregeneration, the microscopic characteristics of deactivated catalyst for a 330MW coal-fired unit are analyzed. The testing resultsshow that after regeneration the active components of the catalyst after regeneration are effectively supplemented, and the catalystactivity is greatly improved. During the regeneration process, the sulfate salt deposition on the catalyst surface is eliminated and theweak acid and the strong acidity sites of the catalyst surface are enhanced, while the anatase phase of the catalyst is well maintained,and the microstructure of the catalyst is restored to a relaxed and even state. This proves that the catalyst regeneration method interms of adding active ingredients and eliminating deposited salt can prolong the service life of the catalyst, and reduce theproduction cost of the power plant.

This work is supported by Young Talents of China Society of Electrical Engineering (No.JLB-2017-283); National Key Research andDevelopment Program of China (No.2016YFC0203704-2).

Keywords: coal-fired power plant; SCR denitrification; deactivated catalyst; regeneration; micro-characteristics

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