近年来，河北省电力勘测设计研究院针对河北省水资源严重缺乏、制约电力扩建的严峻情况，积极开展火力发电厂节水技术研究，在除灰系统节水、城市污水作为循环水补充水、大型火电厂废水“零排放” 等设计与研究方面取得了进展，节水效果明显，具有显著的环保效益、经济效益和社会效益。?
1 除灰系统节水技术研究与应用?
1.1 研究立项背景?
除灰系统节水技术研究于1995年应用于马头发电总厂，应用前该厂因缺水机组曾被迫停运，而除灰系统因耗水量大，#1～#7炉排向储灰场的灰渣浆总量为3 339.2 m3/h，灰水比约为1.28～30，加重了灰场的负担，有时灰场水位高达4 m，严重威胁着灰场大坝的安全。1993年因灰场漏水造成淹地约133 hm2，因赔偿造成了巨大经济损失。灰场附近的农民为了捞取炉渣和漂珠，擅自改排灰水流向，造成灰场多处塌方，增加了灰场的维护费用。为了节约用水，保证安全、经济生产，1992年在该厂?#8炉扩建中，为使水利资源得到保障，对除灰系统进行了节水改造设计研究。?
1.2 方案的拟定与优化?
由于振动筛能将灰渣进行分除，浓缩池能将低浓度灰浆制成较高浓度的灰浆,其溢流水回收后，能直接再循环用于电厂除灰系统，在广泛调查研究的基础上，针对该厂除灰系统存在的主要问题，进行了多种方案比较。?
a. 将#1～#7炉的除尘器全部由水膜除尘器改为电除尘器，除灰系统采用水封式搅拌器——高架溜槽——离心式灰渣泵。这种方案系统比较简单，灰水比可以达到1:10左右，而且除尘器的除尘效率也可提高。但是，将7台炉的除尘器都改为电除尘器，其费用和场地均受到限制；再则，这种改造影响正常运行的设备较多，改造周期长，很难成为现实。?
b. 采用灰渣分除——浓缩池——容积式灰浆泵方案。这种系统可使灰水比达到很高的程度，一般可在1.2左右。该方案是高浓度水力除灰系统的典型方案，浓缩池及其它设备、设施均为独立建设，与原有设备及系统除了管道接口外，其它牵扯很少。但是对于电厂来说，采用此方案必须更换输灰管道。因为灰水浓度过高（若为1:2），灰浆流量将锐减，即使计入?#8炉的灰渣量， 全厂总灰浆量由一根原有（DN500）的管道输送，其管内浆体流速只有0.5 m/s，远低于规定的1 m/s。灰浆流速过低会造成灰渣在管内的沉积，无法正常运行。如果将原有管道废除，更换为2根D-N350 的管道，将增加投资2 000万元左右，很难实现。再加上容积式灰浆泵对入口进浆颗粒有严格的要求，维护费用比较高。故不作推荐方案。
?c. 采用灰渣分除——浓缩池——离心式灰渣泵方案。这种方案可利用原有的3条输灰管道（DN500），不仅改造工作量小，而且减少一次性投资。经浓缩后的全厂#1#8炉灰浆流量约850 m3/h（其灰水比按1.6.6计算），采用一根原有的管道输送，则管内流速为1.2 m/s，对于输送这样的灰渣浆，采用离心式灰渣泵输送，是完全可以满足的，故将该方案作为推荐方案。?
1.3 除灰系统技术改造效果?
马头发电总厂对各项技术指标进行了测试和记录，结果令人满意。这次改造的主要特点如下。
a. 节水效果明显，经济效益和社会效益显著。年节水近2 000 万t，年增收节支约1 000多万元。另外，还节约?#8机基建费1 400万元。本项目计划投资3 200万元，实际投资1 800万元，2 a内即可收回全部投资。?
b. 合理选用水灰比，利用原有的输灰管道，减少了工程费用。?
c. 将低浓度灰渣浆，通过灰渣分除站内的设备和设施，使灰渣分除，提高了灰浆浓度，减少了排向储灰场的灰渣浆流量，达到了节约用水、减少炉渣对管道磨损的目的。管内浆体流速由原来的2.3 m/s（不含#8炉的灰渣浆流量）减小为1.2 m/s（含#8炉的灰渣浆流量）。输灰管道由原来两运行一备用，变为一运行两备用。?
d. 该设计采用了漂珠引流管，将分布于2个浓缩池内的漂珠自动收集在0 m地面上的漂珠捞取池中。与国内其它配有浓缩池的电厂相比，采用该设计减轻了工人的劳动强度、改善了工作条件、减轻了环境污染、提高了漂珠收集率，更主要的是人身安全及文明生产获得足够的保障。?
e. 简化系统节支增效。该设计将四点放水环行管改为一点放水直排系统。改造后的实践证明：简化了系统，节约630 mm×8 mm的焊接钢管约230 m，节省材料及安装费共约27.3万元，同时降低了施工难度、减少了施工量、加快了施工进度。?
f. 选好设备保安全。 首先对振动筛进行了多方调查，在选用新型多级惯性振动筛的基础上，又对振动筛入口前的分流段、第一级筛面等进行了局部改造。实践证明改造后的振动筛与型号类似的振动筛相比，提高了工作的稳定性、可靠性和使用寿命。?
g. 系统布置紧凑合理，占地少。对于1 050 MW的马头发电总厂来说，灰渣分除场地占地面积仅为1 hm2，与其它同类电厂相比，少占地0.267 hm2以上。?
h. 浓缩池采用了先进的防渗漏措施，做到了浓缩池底部无渗漏，保证了布置在浓缩池底部的设施（如变压器、印刷厂、汽车库等）安全使用。?
1.4 其它应用?
2001年又将除灰系统节水技术研究成果应用于兴泰发电有限责任公司，水灰比由过去的1.13降低到1:3，每年可节约地下水1 384 万t，节约水费1 660.8 万元， 同时可提取5000 t漂珠及25 万t渣，全年创造效益1 860多万元，不仅达到了节水节电的目的，而且由于灰渣综合利用保护了环境。 ?
2 城市污水作为循环水补充水的研究与应用?
2.1 研究立项背景?
城市污水作为循环水补充水的研究应用于邯郸热电厂。随着工业热负荷的增加和部分小机组退役，邯郸热电厂于1993年开始进行以大代小技术改造工程可行性研究工作，1994年经上级主管部门审查批准建设2台200 MW抽凝机组，配2台670 t/h超高压自然循环燃煤汽包炉。
循环水补充水采用滏阳河河水为第一水源，由于滏阳河流量不能满足电厂以大带小改造后用水量的97%，地下水又禁止开采，把邯郸市东污水处理厂的二级处理出水作为电厂循环水补充水的第二水源。?
2．2 水质变化规律的调研及检测试验?
利用城市污水作为电厂循环冷却水的补充水，在我国电力系统中尚属试验研究阶段，近几年虽然很多电厂循环冷却水的补充水水源按城市污水设计，但是还没有一座电厂正常运行的先例。目前，我国对城市污水水质成分及水质变化规律还未彻底掌握，尤其是污染项目。另外，滏阳河水也受到上游工业和生活污水的污染，污染程度已相当严重,其COD、游离NH3以及尚未明确的重金属和磷含量都较高，含盐量、有机物等含量都与污水厂出水类似，悬浮物和色度比污水厂出水还差。但污水厂出水水量较大，水质较稳定，污水回用和一水多用又是节约用水的唯一途径，也是工业用水水源的发展方向。故邯郸热电厂循环水处理系统立足于使用受污染的水，要求采用两种水质都可以运行。在技术方案上立足于对城市污水的处理，才能使电厂有备无患，长期安全可靠使用。
为了确保机组安全运行，根据以上两种水源的水质特点和机组对循环冷却水质的要求，首先对城市污水和河水进行了水质污染源及水质变化规律的收资、调查和1 a的原水水质检测，通过对水源的分析研究，结合国内外污水处理的经验确定了几个污水深度处理方案，并于1996年由河北省电力公司邀请国内知名水处理专家对方案进行了3次专题论证。在此基础上，初步拟定了循环水补充水处理方案,然后再通过动态模拟试验优选水处理流程、设备、药品和凝汽器管材等，尤其对杀菌灭藻剂和澄清过滤设备等进行了多种设备和多种运行工况的优选。因为污水中的有机类污染物、菌藻类、胶体物质，可以在系统中生长、繁殖、聚集后形成有机粘泥，对金属直接产生腐蚀或分解后产生腐蚀物质，这些物质以溶解的或不溶解的胶体、悬浮状颗粒等存在于水中，此时水中的悬浮物已不是一般概念的悬浮物，去除这些有机类悬浮物的难度比较大，处理效果也不容易稳定，所以，动态模拟试验的优选对循环补充水处理方案的确定是致关重要的。为此进行了如下动态模拟试验项目。?
a. 两种水源水质检测1 a。?
b. 循环水阻垢剂筛选试验。?
c. 杀菌剂的选择试验。?
d. 凝汽器管材选择和耐腐蚀性能试验。?
e. 循环水系统中粘泥试验。?
f. 循环补充水石灰处理工艺系统选择试验。?
g. 循环水系统综合效果评价试验。?
2．3 循环水处理系统的确定?
通过调查研究和专题论证，参考国外污水回用处理经验，以及水处理方案、设备优化和水处理系统动态模拟试验数据优选，最后确定采用石灰处理系统。所以确定循环补充水处理方案为杀菌、石灰、凝聚、澄清、加酸、过滤系统，其具体流程为：
城市污水 → 污水池（或滏阳河水） → 升压泵 → 加次氯酸钠杀菌 → 机械加速泥渣悬浮澄清池（池内加高纯度石灰乳、聚合铁和助凝剂） → 加酸 → 变孔隙滤池 → 清水池 → 循环水补充水泵 → 循环水补水池 → 循环水系统 。?
循环冷却水处理采用加酸、加水质稳定剂和加杀菌剂处理，循环冷却水浓缩倍率2～2.5。?
2．4 循环水处理系统运行效果?
自1998年9月开始调试并投运以来，至今已经运行3 a左右。运行结果表明，系统设计合理，
设备运行正常，出水水质稳定，基本上达到了设计要求。对澄清池的设计、泥渣层的设置、
药剂加入位置的确定和滤池滤料粒径、比重的优选正确、合理。实际运行出水达到的水质指
标为：pH值为8～9，悬浮物2～10 mg/L，Ca??2+?30～150 mg/L，Cl?-≤150 mg/L，PO??3-??4＜0.5 mg/L，氨氮＜0.1 mg/L，SO??3-??4≤300 mg/L，COD＜1 mg/L。?
从上述数据可以看出，该设计的循环水处理系统实际出水水质指标基本上满足了循环水处理的水质标准，浊度去除率达90%以上，COD去除率达到50%，总磷去除率≥ 95%，其结论如下。
a. 运行结果说明，城市污水经二级污水处理和杀菌、凝聚、石灰澄清、过滤深层处理后作为电厂循环水的补充水是可行的。系统运行稳定可靠，出水质量达到回用水使用标准。
?b． 机械加速澄清池、变孔隙滤池选型和凝聚剂、阻垢剂选用及加入方式应由动态模拟试验确定。杀菌剂投加位置应大于2处。?
c. 城市污水的回用为一水多用、减少环境污染开辟了新的途径。?
d． 城市污水深度处理系统采用石灰处理在技术上是可行的，运行费用比较低，不会带来新的环境污染。因此，邯郸热电厂循环水补充水采用城市污水具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。?
3 大型火电厂废水零排放技术研究与应用?
3．1 研究立项背景?
废水零排放技术研究应用于西柏坡发电有限责任公司（4×300 MW机组），属国家电力公司重大科技攻关项目之一。按原设计一期工程，工业废水达到地面水三级标准后，排入黄壁庄水库。随着工业、农业和人口发展用水的需求，黄壁庄水库由农灌水源改为城市生活饮用水源，河北省、石家庄市环保局发文要求，禁止电厂继续向黄壁庄水库排放工业废水。因此，在二期工程设计中，必须对厂区废水处理、一水多用，循环使用实现废水不外排以达到废水零排放的技术进行研究。?
3.2 技术方案的拟定与优化?
3.2.1 水量平衡的形成?
准确的水量平衡是实现电厂零排放的关键，因此在确定废水处理方案之前，应首先掌握全厂供、排水的水量、水质，以利于废水通过治理达到重复利用。通过对电厂调查了解、实际测试做出了比较切合实际的水量平衡，为废水处理方案的确定奠定了基础。?
3.2.2 废水处理方案的优化?
根据水量平衡，在调查研究的基础上优选了4个方案：石灰+反渗透，浓缩倍率4高方案;弱酸+反渗透，浓缩倍率4高方案；石灰+反渗透，2低2高方案；弱酸+反渗透，2低2高方案。?
前2个方案设计思路是：使#1～#4机组循环冷却水均高浓缩倍率运行，其循环排污水经反渗透处理后供给锅炉补给水，系统内的污水用于除灰。其优点是：循环水浓缩倍率高，节水方便；出水水质好；反渗透出水代替深井水；国内有石灰和弱酸类似系统的运行业绩。其缺点是：占用场地大；循环水处理容量大，年运行费用高；基建投资大；反渗透处理需做试验。?
后2个方案设计思路是：为减少处理设备数量和基建投资费用，处理方案采用循环冷却水两种浓缩倍率运行，即#1、#2机组低浓缩倍率运行，其循环排污水经处理后供给#3、#4机组的循环补给水。#3、#4机组的循环冷却水高浓缩倍率运行，其循环排污水用以除灰。其优点是：基建投资低，占用场地少；循环水处理容量小，运行费用低；循环水浓缩倍率高，节水明显；低浓缩倍率的循环排放水可外排用于农灌，设计已考虑必要条件下的外排农灌措施。其缺点是：国内没有类似系统的运行业绩；处理效果需做动态模拟试验。?
经过河北省电力公司评审，同意采用2低2高方案。随后对弱酸、石灰和石灰泥渣的利用进行了充分的调研和更深一步的技术经济比较。
