某大型燃煤发电厂渣水净化系统方案选择

胡四明 付小平

(中国能源建设集团 广东省电力设计研究院，广东 广州510663)

0 引言

除渣系统在燃煤发电厂占有重要位置，而渣水净化系统是重要的组成部分，合理选择设计方案，将直接影响到今后电厂是否能安全、可靠、经济运行。 较早设计的电厂渣处理系统，是采用水力输送方式，及渣水由渣浆泵输送至灰场堆放，但该方案因受场地限制、环境影响，近年来电厂已基本不采用此方案[1]。之后，渣水较多采用老式沉淀池处理方式，即配置桥式抓斗起重机等装渣设备清渣；该方式清渣工作强度大，对设备破坏性强，此外，因无辅助手段，渣池面积也特别大，所有渣水均在池内进行澄清及处理，系统负荷重，经自然沉淀的回水达不到环保排放要求，尚需不断补充工业水进行稀释。基于以上情况，随着国家环保政策愈来愈严格，业主的要求也越来越高，急需研究一种技术安全可靠、又能满足环保要求的方案。我院进行了调研，提出了具体的解决办法，重点是要控制进入系统的渣水混合物量，减少悬浮物排放量，达到回水可重复使用的目的，以满足国家节能减排环保政策要求[2]。

1 工程概况

本工程建设规模为2×600MW 亚临界燃煤机组，一期为5×600MW亚临界燃煤机组，最终规划为（5×600MW 亚临界+4×1000MW 超超临界）燃煤机组。

2 设计原始资料

2.1 渣、石子煤量

（1）每小时渣、石子煤量 7.03～12.38 t/h；

（2）每日小时渣、石子煤量 168～297.12 t/d。

2.2 除渣方式

（1）渣采用水浸式大倾角刮板捞渣机直接上渣仓方式；

（2）石子煤系统采用水力喷射器输送至刮板捞渣机方式；

（3）废水来源：除渣系统、石子煤系统、地面冲洗排污三个系统。

3 设计思路

根据业主对工程要求“创精品设计，废水集中处理重复利用，达标排放率接近零”以及国家环保政策为设计指导思想，结合项目具体情况，寻找解决关键问题的技术方案[3]。 以往设计的项目，大多采用常规的沉淀池或浓缩池配渣仓方案，这些方案，污水排放浓度〉500ppm，达不到环保排放要求，系统运行需大量的补充水，且设备磨损严重，维护工作量大[4]。 创新设计方案主要从两方面考虑，一是解决外部灰渣问题，作为辅助手段，尽可能在外部除渣系统处理完大部分的灰渣颗粒，这一环节可减少后续净化系统的处理负荷；其次是后续污水净化系统的设计，保证污水浓度达到排放标准和重复使用的要求，是设计方案选择的重点[5]。

4 系统方案选择

4.1 外部系统

本系统有渣、石子煤、地面冲洗等灰、渣混合物需进行处理和排弃，根据设计原则，污水需重复使用并满足环保排放要求。根据这些条件，外部系统的选择对后处理系统产生的效果将起着重要作用，为尽可能减少对后处理系统的压力，控制进入后处理系统的渣水混合物量非常重要。外部系统方案选择见2.2。渣与石子煤在捞渣机混合后输送至渣仓，约95%的渣、石子煤通过渣仓装车外运，仅剩余少量颗粒排入渣水处理系统，极大地降低了后续渣水净化系统的处理负荷。 排入后续渣水净化系统污水主要是：刮板捞渣机溢流水（渣水、石子煤水）、地面冲洗水（除尘器地面、灰库地面）。地面冲洗水混合物流量较小，主要是捞渣机溢流污水流量， 该污水由渣浆泵集中后输送至渣水净化系统，考虑到污水尚有少量灰渣颗粒；此外，特殊情况下，清理捞渣机底部、石子煤设备等检修有部分较大颗粒物体。 系统阻力计算要考虑一定的裕量，除计算管道清水阻力外，尚要考虑附加阻力，即管道阻力按(1+ξ)λV2/2g·L/Dn+γhu·△h 计算，混合物最大流量（石子煤系统投入运行时）Qh1=214m3/h、流速V1=3.3m/s、管道阻力损失Hz1=52.22m；混合物最小流量Qh2=116m3/h、流速V2=1.6m/s、管道阻力损失Hz2=15.47m。 根据以上的技术参数， 为保证进入净化系统混合物流量不致于过大，渣浆泵采用转速调节手段，以保证流量及流速在最佳工况下运行，避免流量波动过大造成对后续处理系统的冲击[6]。

4.2 净化系统

4.2.1 方案选择

以往设计的工程，外部未设置辅助手段，使大量灰、渣直接输送至沉淀池进行处理，另沉淀池内又无完善的澄清处理设施，仅有自然沉淀这个环节，造成了沉淀池处理负荷过大而难以承受，经处理后的污水浓度非常高〉500ppm，达不到排放标准和重复使用的要求[7]。

根据以上情况， 关键问题就是要在混合物进入净化系统之前，排弃大部分灰、渣颗粒。本系统外部已采取了有效措施，已将大部分及较大颗粒的灰、渣进行了处理并装车外运，仅剩少量小颗粒悬浮物随污水由泵输送至污水净化系统进行处理。根据我们分析，这部分灰、渣颗粒分布情况见表1。

根据表1 所示，进入净化系统的混合物仅有少量﹥0.5 的颗粒，占大多数颗粒的在0.1～0.01 之间。 我们对这些灰、渣物理特性进行了研究，这些颗粒在沉淀池中流态属于异重流，灰、渣大部分粒径在≤0.07mm[8]。 混合物进入池中形成一定浓度的悬浮物层，它们靠相互之间碰撞消耗能量而下沉，且灰水比大、稠度低，颗粒较大的物体水力沉速快，见图1 曲线2，固体比大稠度高时，水力沉速慢，见图1 曲线1。 沉降过程可分为澄清区、沉降区、过渡区、压缩区，在临界点A 出现以前，灰水澄清速度主要取决于沉降区灰粒水力沉降沉速，临界点出现以后，则主要取决于压缩区的灰粒水力沉速，当澄清区与压缩区分界面恒定时，沉降过程结束[6]。 沉降特性曲线见图1。

表1 灰、渣颗粒分布表

图1 沉降特性曲线

根据以上情况，尚要注意混合物流速之间的关系，沉淀池异重流上升率速度Vshmm/s 与沉降速度V0mm/s 要满足V0〉Vsh，要保证Vsh=Q/BL﹤V0，即混合物上升率应小于灰、渣悬浮物水力沉降速度，以保证悬浮物能较好的沉降。 考虑净化系统的选择第一级采用自然沉淀，稍大一些的颗粒悬浮物在第一级已基本沉淀；根据小颗粒悬浮物其物理及化学成分特性，二级过滤考虑斜管、加药絮凝处理方式，絮凝成较大块状的颗粒，使物体易在斜管内快速沉淀，采用这些措施后，经一级自然沉淀和二级斜管絮凝处理后， 回水已基本无杂质， 排放浓度控制在≤50ppm～80ppm 以下，满足环保排放及系统重复使用要求[9]。

4.2.2 系统工艺流程

净化系统工艺流程图见图2。

图2 净化系统工艺流程

为减少混合物对沉淀池后处理系统的冲击， 入口设有缓冲槽，使排入沉淀池混合物流量相对平缓，不至于流速过快，确保进入到蜂窝斜管小颗粒的物体有较长絮凝时间，使散状物体能有效的结晶和及时沉淀，确保回水达标；系统设置的加药设施，可保证系统在最恶劣情况投入使用。 根据现场实际运行情况，正常情况下，可不投加药系统，回水排放浓度在≤50ppm～80ppm 之间，特殊情况下，才投入加药设备[10]。外部排入净化系统的混合物流量是波动的，处理量在Q=100～200m3/h左右，一般情况下为Q=100m3/h，只有在石子煤系统投入运行或特殊情况下短时间混合物量为Q=200m3/h，根据这些情况，外部及净化系统均考虑有调节手段，保证系统在最佳平衡水量状态下运行，一是能节省运行成本，二是控制水量及污水浓度，以减少净化系统的负荷。采用以上防备手段后，现场运行情况较好，达到了设计效果。

此外，本系统采用了行之有效的污泥处理方式，所有澄清池、处理池底部均设有排泥管接至污水坑，系统设置简单，不需要大规模的装泥设备。当需要排泥时，开启排泥管阀门将污泥排至污水坑，由污泥泵装车直接外运。 系统安全可靠，解决了以往采用大型装车设备工作强度大的问题，取得了较好效果。

项目自投入运行以来，无发生过较大事故，技术、经济运行指标良好、维护工作量小，污水排放满足环保要求，经处理后的回水供系统重复使用，完全满足国家节能减排环保的政策要求，已取得了明显的经济及社会效益。

5 结论

（1）该渣水净化系统自电厂投入运行以来，经济技术指标较好，见表2。

表2 经济技术指标

（2）结论

(a)自电厂投入运行以来，情况良好，经处理后的污水排放浓度在≤50ppm～80ppm 之间，能满足系统重复使用及环保排放要求，根据一期运行的情况，电厂比较满意，二期仍采用此方案。

(b)从目前我省已投入运行的电厂情况信息，渣水采用该净化处理系统方案，设计上是成功的，系统运行安全、可靠，已取得了较好的技术及经济效益，可推荐作为今后类似工程渣水处理系统方案。

(c)本系统成功经验已运用在广东多个电厂工程当中，产生了良好的经济及社会效应。

［1］DL/T 5142-2002.火力发电厂除灰设计规程[S].北京.中国电力出版社，2002.

［2］DL5000-2000.火力发电厂设计技术规程[S].北京.中国电力出版社，2000.

［3］粉煤灰综合利用与生产加工新技术、新工艺及标准规范[S].中国知识出版社，2004.

［4］沈保中.600MW 超临界机组锅炉冲渣水回用的深度处理[J].中国电力，2006，39(7):31-34.

［5］李洪，李清.珠海发电厂除灰渣系统的设备与应用[J].电力建设，2001，22(2):46-48.

［6］火力发电厂除灰计算手册[M].成都：电力工业部西南电力设计院，1982.

［7］高玮.华能玉环电厂1000MW 超超临界机组除灰渣系统[J].电力建设，2008，28(7):43-45.

［8］张忠孝.用模糊数学方法对电厂锅炉结渣特定的研究[J].中国电机工程学会，2000，20(10):64-66.

［9］施燮钧，王蒙聚，肖作善.热力发电厂水处理[M].北京:中国电力出版社，1976.

［10］张志耘.一种新型锅炉灰渣水处理方法[J].硫磷设计与粉体工程，2000，1:20-23.