火电厂节水措施：循环使用水的重要性及应用

冷却水系统、水力除灰(渣)系统是火电厂用水量最大的两个系统，将这两个系统由贯流式改为循环式，可以极大的减少火电厂对新鲜水的取用量。

(一)冷却水循环系统的建立

直流系统中全部冷却水都取自新鲜水，所以采用直流冷却水系统的火电厂只能在丰水地区实施。在缺水地区，只能采用循环冷却系统或干冷系统(干冷系统详见本章第二节)。

1.循环冷却水系统的特点

和冷却水直流系统相比，循环系统中增加了冷却塔、冷却池或喷射泵等冷却设施。冷却设施的作用是把循环水从凝汽器中吸收的热量再释放出来，温度降低后再返回凝汽器，完成冷却蒸汽的功能，保证机组冷端参数在正常水平上。

敞开式冷却设施借助空气流动把水携带的热量发散到大气中去，同时由于水汽蒸发和飘滴被空气带走造成了水量的损失——称为蒸发损失和风吹损失。除了这两项自然原因造成的损失外，水量损失还有泄露损失和排污损失，泄露损失是生产过程中难以完全避免的。排污是人为控制的一项损失。

水量的损失将导致杂质的浓缩和硬度的增加。为保持水量和水质的平衡，必须引入一定量的新鲜水补充，新鲜水的补充量应等于上述各项水量损失之和。简言之，循环冷却系统是靠人工干预下的排污和补充水维持系统的正常运行的。

2.火电厂通过提高循环水浓缩倍率节水的原理

浓缩倍率φ是循环冷却水运行工况的一个重要指标，其值等于循环水含盐量(又称盐度)与补充水含盐量之比。φ=1表示循环水盐度与补充水盐度相等，这种情况只有当冷却水全部来自新鲜水，即直流系统时才能出现；φ＞1表示循环水的盐度高于补充水的盐度，这意味着冷却水中重复使用的水占的比例大，而新鲜水占的比例小。提高浓缩倍率节水的原理可以证明如下。

开式循环冷却系统中，水的平衡方程为：

式中 PB——补充水率，%；

PZ——蒸发损失率，%；

PF——吹散和泄漏损失率，%；

PP——排污损失率，%。

由于蒸发损失不带走水中盐分，而吹散、泄漏、排污损失带走水中盐分，假如补充水中的盐分在循环冷却系统中不析出，则盐类平衡方程为：

式中 ρB——补充水中的含盐量，mg/L；

ρx——循环水中的含盐量，mg/L。

将式(5-2)移项得：

式中 φ——开式循环冷却系统的浓缩倍率。

如果冷却水系统的运行条件一定，那么蒸发损失、吹散损失量就是定值，通过调整排污量可以控制循环冷却系统的浓缩倍率。

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由式(5-4)可以看出，随着浓缩倍率φ的提高，补充水率PP减少。

表5-1列出了采用自然通风冷却塔冷却循环水时某电厂浓缩倍率和补充水率之间的关系。

表5-1　某电厂浓缩倍率和补充水率的关系

从表中可以看出，当浓缩倍率φ=1.5时，补充的新鲜水量占循环水量的5.2%，当浓缩倍率φ=3时，补充的新鲜水量可降为循环水量的2.6%。这就是说，浓缩倍率从1.5提高到3，新鲜水的取用可以减少一倍。

从表中还可以看出，随着浓缩倍率的逐步增加，补充水量减少的幅度开始下降，即无限度地提高循环倍率显然会事倍功半，科学地进行技术和经济评估，根据本厂的具体条件，适度提高浓缩倍率才是明智之举。

这里需要说明的是，在火电行业发布的用水情况统计中，所列数据均显示直流冷却系统比循环冷却系统耗水率低。出现这种结果的原因是在统计中没有把直流冷却水计入耗损，这种计算方法是基于直流冷却水基本不受污染和基本没有水量损失的考虑。火电厂的冷却水基本符合这两个条件，所以这种统计方法一直延续着。但这并不意味着火电厂的直流冷却水的温升和添加的防腐和防生物的药剂对天然水体的干扰可以不重视。有关的防治问题在第二、第三章已经进行了讨论，这里不再重复。

(二)除灰 (渣)水循环系统的建立

传统的直输直排式水力除灰系统的耗水量可占到电厂水损失的将近40%。除灰水的大量排放既浪费了水资源，又对环境水体造成了污染。因此，减少除灰(渣)系统取用新鲜水量和外排水量一直是火电厂节水的重要环节。建立闭式循环水力除灰系统，是解决这个问题的有效措施之一。

采用闭式循环水力除灰(渣)的做法是将灰 (渣)水经澄清后继续做冲灰 (渣)用。澄清池可单独设立，也可由灰场兼做。

灰 (渣)水的闭路循环系统又分为灰、渣混排循环系统和灰、渣分排循环系统。还有的电厂采取半闭路循环的灰(渣)水的系统——部分排放、部分回收的循环系统。

图5-1是一个灰、渣混排循环系统流程图。锅炉炉膛排出的炉渣和除尘器排出的粉煤灰沿冲灰沟进入灰渣池，由灰渣泵经灰管输送到灰场，灰水在灰场澄清后靠位差流入设在附近的回水池，然后用回水泵经回水管打至清水池，再经水泵提取继续作冲灰和排渣用。系统中损失的水量可用循环水排污水或厂内其他合适的废排水补充。图示系统是用灰场兼做澄清池，但也可以单独建立澄清池 (或浓缩池)，澄清池一般是建在电厂内，让灰水先在池中澄清分离后，澄清水作冲灰(渣)使用，浓灰浆由灰浆泵送至灰场，这种系统较为简单，但要求厂内有足够的空间。

图5-1　灰、渣混排闭路循环系统

有的电厂考虑到灰和渣对水的污染不同，采用了灰、渣分开排放的设计，让两种排水分两个系统循环，这样做更有利于水的循环使用。在灰渣分排的循环系统中，冲灰水循环系统和上述灰渣混排的基本相同，而排渣水由于便于分离澄清，所以，其循环系统相对简单了许多。基本循环方式是炉渣从炉膛排出后经碎渣机破碎，用水冲至渣池，渣池中的炉渣由抓斗机或刮板捞渣机取出运走，渣池中的水经澄清即可重复使用，继续用做冲渣水(作适当的防垢处理)。因炉渣吸水和蒸发损失的水由工业水或循环水排污水补充。该系统中的渣池也可以用脱水斗代替。

灰渣水闭路循环的回收率受灰(渣)水比、灰 (渣)特性、灰场所在地的气象、水文和地质、灰水处理工艺等因素的影响，这些因素决定了蒸发损失量、渗漏损失量及灰水的排放量(如果需要排放的话)。

通过在灰水中加入凝聚剂，可以提高澄清效率和水的回收率，有时还再用重力浓稠化和真空过滤法进一步将固体废料和水分离，分离出的水再送回除灰系统。也有报道将浆状固体废料提供给脱硫装置使用的，可省去浓缩和真空过滤的工序。采用这些方法后灰水回收率一般可达50%以上。

采用灰水闭路循环有诸多好处：①灰水除蒸发损失和渗漏损失外，基本不向环境排放污水，因此对水环境基本无危害；②灰水实现循环利用，减少了电厂的用水量；③减少了需要处理的灰水量。显然，减少用水量和处理灰水量都大大有利于提高电厂的经济性。灰水闭路循环是公认的消除灰场排水对地表水体污染和节约用水的有效的途径。

由于系统中循环利用的水与新灰多次重复接触，灰中的可溶性物质不断地溶入，灰水中各种离子浓度将不断递增，所以这种系统易出现灰管结垢。

发达国家自20世纪70年代就着手建立灰水循环利用系统，美国、加拿大、前苏联等国的火电厂湿式除灰系统多数采用再循环系统，既节约了用水，又减少了灰水的外排，其经济效益和环境效益十分显著。我国从20世纪80年代开始这一技术的研究和应用，90年代后由于灰水防垢技术的解决，灰水循环系统的实施得到了迅速发展。

(三)工业冷却水循环系统的建立

为了减少冷却水的取水量，除对凝汽器冷却水循环使用外，工业冷却水的循环使用也是不容忽视的一个方面。

工业冷却水的闭式循环系统要有专用的冷却塔(或用凝汽器冷却水作为冷却水源的水—水换热器)冷却。另外，还要增加水处理设施 (主要是处理油污染)。由于比开式系统复杂，投资和运行费用都高，过去只在原水水质差的情况下才采用。但随着水资源的紧缺问题日益严重和水体环境保护的日益严格，闭式或开闭结合式的循环系统也逐渐增多。开闭结合式是一种混合设置的系统，即根据冷却器和机械轴承对水量、水质和水温的不同要求，分别采用开式和闭式系统。比如对汽轮机润滑油冷却器和发电机空气冷却器这些对水质要求较低，水温要求较严的大流量冷却器采用开式冷却水系统，而对于取样冷却器和空压机冷却器这些冷却水量较小，而对温度要求不严格的冷却器，采用闭式冷却水系统。