电厂循环冷却水系统的节水设计探究

电厂循环冷却水系统的节水设计探究

高境新

阳城国际发电有限责任公司   山西省晋城市  048102

摘要：冷却水系统通常是火力发电的重要组成部分，与发电效率密切相关。但是冷却水的用水量巨大。为了节约用水，在以淡水为水源的内陆地区，换热后的冷却水经过冷却塔冷却后循环使用，形成循环冷却水系统。循环冷却水系统的节水设计可以从这些造成水损失的因素入手，通过不同的途径达到节水设计的目的。

关键词：电厂；循环冷却水系统；节水；

电力一直是人们生活中最基础的能源形式之一，热力发电又是电力最主要的来源，电厂循环冷却水系统是其中的重要内容，也是电厂生产耗水的主要环节。因此在保证电厂安全生产的前提下，对该系统的节水设计进行考量极其重要。分析了目前常用的一些节水设计工艺及措施，对其各自的使用条件和优缺点进行探究，

一、减少排污损失的技术措施

电厂循环冷却水系统中针对系统排污损失这一块的节水设计是真正实现水资源良性循环的有效途径。在循环水系统冷却过程中的水量蒸发导致水中杂质及离子含量的浓缩增长。为了防止循环水中杂质及离子含量浓缩增长到一定程度后，对电厂的生产安全产生影响，就需要将浓缩后的循环水排出，并补充生水使其中离子含量维持在一定范围内。循环水系统的排污是应对系统冷却过程中水量蒸发后导致水质恶化而采取的措施。排污损失率与系统蒸发损失率和系统允许的水质浓缩程度（以浓缩倍数表征）息息相关。一定环境和运行条件下，当蒸发损失率一定时，要减少系统的排污损失率，就要尽可能地提高系统浓缩倍数。采用非海水水源时，浓缩倍率设计值宜为3.0~5.0，当水质较好时，浓缩倍率可以进一步提高。由此可知，改善循环水水质条件可以在一定程度上提高浓缩倍率，进而减少系统排污损失。改善循环水水质可以从以下几个方面着手：改善处理循环冷却水系统补水水质、改善循环冷却水水质条件、循环冷却水旁滤处理。除此之外，还可以通过一些循环冷却水节水成套的技术的应用以及对排污水进一步处理提纯等技术来减少循环冷却水系统排污水的排放。例如，在某个大型电厂，其每年在生产过程中所需要的水资源为3 500 t，循环水资源是由厂边的2个大型水库所提供的。在对其用水来源进行分析时，发现生活用水主要来自于城市用水管道，每年的需求量大约为650 t。相关的技术人员仔细地分析后，此大型电厂的工作人员对其中的问题进行了总结，发现如果按照以前的的生产方式，对水资源进行利用，其每年的生产所需要的水资源就会增加到1 400 t，然而生产成本也会提高，要比原来多29.5％。这对于电力企业的发展来说，其情况是非常不乐观的。为了更有效地降低电力生产过程中的成本，该大型电厂中的技术人员需要从循环冷却水等多个方面入手，合理地采用化学处理法和交换处理法，对循环水进行了相关的处理。同时，他们还需要按照照循环冷却水中的实际情况，制定周期性的处理目标和方案，优化对循环水的处理流程。经过调查发现，在1年的时间内，这种大型电厂为了提高处理质量，对循环冷却水进行了8次处理。对生产水资源进行整体分析，在该年度中，用于生产的水资源已经达到了3 040 t，与之前相比，下降了37%，对循环冷却水的利用率提高了37.6%。如果从生产成本的角度对其进行分析，会发现在该年度内，因为循环冷却水利用率得到了提高，所以该大型电厂的生产成本与以前相比，在一定程度上下降了29.3%。因此，该大型电厂在对循环冷却水进行前，需要按照相关的要求，调整处理措施，通过对相关措施的合理应用，不断地提高节水效果，为该企业的发展提供更多的经济效益。

二、循环冷却水系统补充水处理

对进入循环冷却水系统的水源补水进行处理，即从源头上减少了进入循环冷却水系统的杂质及离子含量的浓度，从而可以提升设计浓缩倍数。进入电厂循环冷却水系统的补水悬浮物浓度不应大于50 mg/L，水源水悬浮物浓度不满足此要求时，可以采用澄清、过滤等方法进行处理。在系统补水悬浮物浓度满足要求的情况下，根据水质情况，可以采用以下的化学处理方式进一步改善补水水质。

1.稳定剂及加酸处理。在对电厂循环水进行处理的过程中，如果循环水补充水碳酸盐硬度及碱度不高时，可以只添加化学稳定剂对其进行处理。这种方式具有系统简单和基建投资少等特点，保证了运行操作的有效性。而如果原水碱度比较高，就可以通过向补充水中加硫酸，降低其中一部分的碱度，从而提高循环水浓缩倍率。但是在此过程中我们一定要控制加酸量，如果此量过大，会引起CaSO4等物质对混凝土建筑物的侵蚀，避免引起水中的中性盐含量增多对电厂循环冷却水系统运行的影响。此外，由于pH偏低以及水质波动会给金属材质的防腐性带来影响，需要合理地应用此方式，优化电厂循环冷却水系统节水设计的流程，循环冷却水合适的pH值控制在6.5~9.5为宜。

2.石灰处理。当补充水中碳酸盐硬度较高时，可以采用石灰处理。该方式是向原水处理的澄清池中加入一定的石灰乳，这种方式可以有效地除去水中游离的CO2、碳酸盐硬度和碱度还可以去除一部分有机物和微生物，在一定程度上大大减少了结垢对电厂循环冷却水系统的影响，提高了浓缩倍率，这种方式具有运行费用低的特点。但是需要配套建设石灰乳制备系统，需要耗费一定的一次建设费用，且后期运行时石灰粉储存投加设备维护起来也比较困难，容易出现管道堵塞和流通不畅等问题，影响了运行环境的安全性。

3.加强弱酸氢离子交换处理。去除水中硬度还可以采用离子交换的方式进行处理。在进行弱酸处理时，一般利用弱酸阳离子交换树脂的交换容量，将水中的碳酸盐硬度以及碱度进行置换清除。该处理法技术比较成熟，操作起来也比较方便，非常容易实现自动化和环境清洁，提高了循环水处理水平，保证浓缩倍率的有效性。同时，这种方式在实际中的应用能够保证水质稳定剂的有效性。

4.膜法处理。纳滤膜可以实现对二价离子的去除，因此可以用来去除水中的硬度。相较于前述的软化处理方法，该方法具有自动化程度高、去硬效果好等优点。但是该处理方法设备费用投资较大，相对于其能达到的节水效果来说并不经济，因此目前实际应用较少。

三、循环冷却水旁滤处理

经过研究可以发现循环冷却水的悬浮物含量对凝汽器管道及辅机冷却器管道的腐蚀和结垢有一定影响。较高的悬浮物含量可促使冲击腐蚀，并影响加药的效果。此外，悬浮物在管道内的沉积可以导致管道的沉积物下腐蚀，还有可能在冷却塔填料中沉积而影响冷却效率。因此，对循环冷却水进行旁滤处理，及时清除循环冷却水系统在运行过程中增加的悬浮物，对于提高系统运行浓缩倍数具有重要的意义。目前在实际应用中，循环冷却水系统的旁滤处理通常采用自带反洗功能的过滤装置，如重力式无阀过滤器、自清洗过滤器等。这些设备在日常运行中不需要人工反洗操作，具有生产运行步骤简单的优点。装设循环冷却水旁滤装置的系统浓缩倍数基本可以达到≥5。

四、高浓缩倍数循环冷却水节水成套的技术应用

相关技术人员对电厂循环冷却水系统的运行方式和特点进行了研究，设计了高浓缩倍数循环冷却水节水成套的技术。该技术安装了节水示范装置，装置对冷却水中阻垢的分散剂剂量和电导率等多种项内容进行自动监控，然后再根据监控信息进行稳定性运转考核，使碳钢腐蚀率<0.03 mm/a，并控制污垢黏附速率使其在低于10 mcm的基础上尽可能地减少提高浓缩倍数。有数据显示，该技术在各大电厂中的应用，每年可节省3.0×107 t的水资源损耗，极大地减少了污水排放量，保证了节水设计的有效性。

总之，在生产过程中，各种新兴技术的应用也为该系统的节水设计提供了更多的可能。在日常的实际工作中，需要对这些技术进行探索研究，仔细分析并予以总结，这样就可以在工程和生产实践中灵活地加以运用，更好地完成电厂循环冷却水系统的节水设计。

参考文献：

[1]陈戈.火力发电厂循环冷却水系统节能改造.2019.

[2]苏新明，浅谈电厂循环冷却水系统的节水设计探究.2021.