燃煤电厂水处理系统集约化设计研究应用

燃煤电厂水处理系统集约化设计研究应用

付冬苗

（国能神皖合肥发电有限责任公司 安徽 合肥 231555）

摘要:某电厂新建工程中，探索研究水处理各系统功能模块，统一规划、集中布置，建立水岛，通过集约化设计，实现各水处理系统的优化设计，实现节水、节地、降低造价、提高水处理系统自动化管控程度。为新建电厂水处理系统集约化设计应用推广，提供一定的参考价值。

关键词：水岛、集约化设计、优化设计、节水、节地

Research and Application of Intensive Design of Water Treatment Systemsfor Coal-fired Power Plant

Fu Dongmiao

(GuonengShenwan Hefei Power Corporation Limited. Anhui Hefei 231555)

Abstact:  In the new construction of  Power Plant,Explore the functional modules of water treatment systems,Unified planning, centralized arrangement, and construction of a water island,Through intensive design,Realize the optimal design of each water treatment system, realize water saving, reduce project land occupation and project cost, and improve the degree of automation control of water treatment system. Provide a certain reference value for the intensive design and application of new power plant water treatment system.

Key words: water island 、 intensive design、optimization of design 、Water saving process、land saving

1 燃煤电厂水处理系统概况

燃煤电厂一直是我国工业界的需水和耗水大户，水作为重要的工质，电厂热力系统中很多安全问题直接与水、汽系统的沉积物和腐蚀产物有关，为确保热力系统有良好的水质，必须对电厂用水进行合理的净化处理。随着节水和环保要求的日益严格，水资源已成为电力工业可持续发展的主要制约因素之一，如何做好燃煤电厂的水务管理需要贯穿于燃煤电厂规划、设计、生产、管理的每一个环节。

1.1常规水处理系统设计理念

根据电厂内各类水质的特点，在项目规划初期需设置不同的水处理系统以满足处理需求，各系统主要有原水预处理系统、锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、含煤废水处理系统、生活污水处理系统、脱硫废水处理系统、凝结水精处理系统、循环水处理系统。根据设计院的常规设计，这些系统都是相对独立分散布置，缺乏全厂统筹规划，不能适应现代火电大集控的理念，各系统的调配和废水综合利用容易造成浪费，各水处理车间分散在厂内不同区域，总占地面积大、投资高、运行管理不便。

1.2水岛的设计理念

“水岛”就是将燃煤电厂从取水预处理净化、过程水处理到废水处理及回用整个全过程作为一个整体进行统筹规划、独立成“四水合一岛”。

以技术作支撑，通过水系统网络结构优化、水平衡核算控制、水处理工艺优选等措施，将电厂的取/制水、用水、排水处理回用等环节综合统筹规划，实现少取、节能、废水“零排放”的目标;将全厂各水处理系统有机结合、分别适度集中布置，通过设计、选型、施工、调试、试运行全过程精细化管理，实现节水、节能、节地，降低工程造价和运行成本。

2 水处理系统集约化设计研究

2.1 工程建设现状调查    

目前，燃煤电厂各水处理系统在设计院隶属水工、化水、环保专业工作范围，按各专业习惯分别进行单独设计，分段招标，由多家公司进行核心单元设计、设备供货、指导安装和调试等。这种方式存在很多不足：

(1)由于水处理系统隶属专业不同，总体规划性较弱，导致对全厂整个水系统平衡考虑不够充分;各系统工艺路线关联性较差，缺乏统筹考虑。

(2)各单元系统布置分散，存在公用设施的重复建设现象较普遍，既增加了投资，又不便于运行管理，同时化学药品多区域分布增加环境风险点。

(3)系统设计、设备选型供货、安装调试分由不同主体完成，无统一责任主体;为规避风险和降低成本，各环节裕度、标准、要求不统一，无法实现项目的最佳性价比。

2.2系统集约化策略及特点

(1)对水处理系统进行了总体统筹规划，优化水系统路径，强化各水处理系统阶梯性、工艺流程的相关性，统一了相关技术标准、要求和配置水平，方便了检修维护管理。

(2)相关单元系统尽量集中布置，有效地减少了公用设施的重复建设，降低了各系统间运行能耗，有利于水资源的综合、重复利用，为水系统节水减排奠定了坚实基础。

(3)通过中央控制系统进行集中管理，为企业实现减员增效、标准化管理创造了有利条件。

(4)从源头优化设计，各环节沟通、衔接更顺畅，通过加强专业化管理，可以进一步提高资源配置和使用效率，实现项目综合效益最大化，降低投资和运行成本。

2.3系统集约化设计目标及实施方案

依据现状调查，初步认为各加药间/药品贮存间等工艺系统附属车间的的占地面积有较大压缩空间。设计落脚点应以公用的药品存储设施的占地面积为切入点，若将加药等公用系统优化整合，资源共享，可以优化水处理系统的布置方案。

(1)水系统路径优化。在不大量增加投资的前提下，优化水系统路径，节水减排，实现废水“零排放”，增加效益，减轻环保压力。

(2)水处理技术优选。目前，大多数水处理技术成熟，处理工艺多样，但从经济、环保角度可选择更优的水处理技术，使其高效、废水后续利用更轻松。

(3)稳定提高循环水浓缩倍率。目前，设计单位提出的循环水浓缩倍率均按传统的极限碳酸盐硬度法考虑，这种方法是一种粗略的近似判断法，没有考虑腐蚀与结垢的协同作用，误差较大。故一般循环水浓缩倍率都选得比较保守。可以采用饱和指数和稳定指数计算其浓缩倍率，并采用循环水动态追踪技术，稳定提高循环水浓缩倍率，大量减少补水量和排水量。

(4)通过“水岛”管控网进行水系统集中控制。常规电厂的水网是将几个主要水系统的设备集中起来控制，水单元之间通过控制软件实现了简单的数据传递。“水岛”集中控制系统将生产控制系统和信息管理系统结合，既能完成常规的过程控制，又能进行岛内信息处理，通过水平衡管理技术对整个水系统的水量平衡进行分析、指导控制，从而实现水系统安全稳定运行。

(5)“多水合一”布置。将原分散布置的原水预处理、综合泵房、锅炉补给水处理、非经常性废水处理、生活污水处理及复用水系统进行集中布置，可减少同类设备、构筑物的重置率，减少占地，降低投资。

（6）各水处理系统设置了功能相近的加药及药品贮存系统，导致每个系统重复设置相应的设备，增加了水处理系统车间的占地面积。主要水处理系统使用的药剂种类，见下表：

由上表可看出，上述系统采用了部分相同的化学药品，如盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠、混凝剂、助凝剂等。这些系统分别配置了相同的药品存储及卸药设施，增大了车间的占地面积，同时增加了危险化学品泄漏的风险点。

在分析中还发现，除加药及药品贮存间外，各水处理车间重复设置了功能相同的配电间和控制设备间，由此也增大了水处理系统车间的占地面积。

水处理车间分散布置还会导致在在各车间转移工艺介质时需要单独设置输送及贮存设备，也增加了水处理系统车间的占地面积。

2.4系统集约化设计原则

1按照系统流程及设备特点，以及厂址条件，进行合理布局和功能分区；

2 按功能、类别及用途，同类设备相对集中布置；

3 优化设备配置，合并功能相同的设备，减少设备的重置率。

4 采用数字化水岛控制技术，采用总线技术，实现水岛的数字化，纳入大集控管理。

2.5系统集约化设计实施

在某电厂2×660MW新建机组工程水处理系统设计时，充分吸收了集约化设计理念，将循环水处理系统与锅炉补给水处理系统优化合并设计，原水预处理系统、锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统优化布置，以各系统的处理间为基准，将附属车间的加药间/药品贮存间、泵与风机间、电控间进行优化设计布置，主要优化如下：

1.按照系统流程、设备特点，以及厂址条件，进行合理布局和功能分区。将锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、原水预处理系统、循环冷却水处理系统整合，处理车间集中紧邻布置，合并成水岛。锅炉补给水处理车间与工业废水处理车间合并布置，取消了两车间用于转移废水的收集池及提升泵，锅炉补给水处理系统产生的废水通过管道或排水沟道输送至工业废水处理站，由此节省了废水贮存及输送设备的投资及占地。充分利用空间立体位置，将化学废水池布置于零米以下；絮凝反应沉淀池座落于生产消防水池上部；膜处理车间采用跃层立体布置。

2.按功能、类别及用途，同类设备相对集中布置。

（1）各分散的加药、贮药间整合，设立联合的加药及药品贮存间。将上述水处理系统的药品贮存及卸药设施联合设计，集中布置，由此减少了相同的药品存储设施，降低设备重复配置，节省投资及占地，减少风险点，有利于把投运后的运行管理。

（2）各分散的配电间、电子设备间整合，设立联合的电控设备间。将上述水处理系统的配电、控制装置统筹规划，合理布置，设一个集中控制室和配电间，方便对各系统统一进行运行巡检监视。减少电控设备的同时，也减少了占地面积。

3.优化设备配置，合并功能相同的设备，减少设备的重置率。

（1）压缩空气贮罐整合共用，实现水处理系统贮、供气一体化，将各水处理系统所用的压缩空气储罐整合布置。四个水处理系统的压缩空气贮存量按各用气点耗气量、频率及持续时间重新核算，减少了压缩空气贮罐数量，从而减少占地面积。

（2）原水预处理、工业废水污泥浓缩池、脱水机整合共用，实现污泥处置一体化，只设置1套污泥脱水系统，实现污泥处置一体化。这样，一方面减少了泥浆池、污泥浓缩池、泥浆输送泵、污泥脱水机等相关设备，另一方面也减少了占地面积。

通过上述措施，首先从物理上将各处理车间布置在一起，逐步通过对水处理系统的工艺及布置方案优化，实现水处理各系统的有机融合，从而实现了水处理系统集约化设计的目标。

3燃煤电厂水处理系统集约化设计成果

3.1集约化目标与成果检查

某电厂2×660MW新建机组工程水处理系统设计建设时，采取了上述措施，在优化加药及药品贮存间占地面积的基础上，对其他附属系统进行了合并优化，相比可研阶段的面积，初设阶段方案的加药及药品贮存间占地面积减小达28.5％，水处理系统占地面积减小了14.6%。

3.2集约化直接经济效益

某电厂2×660MW新建机组工程水处理系统各公用系统合并设置，厂区占地面积可以减少约1490m2，按照限额造价上的征地费用（12万/亩）来折算，节约土地成本约27万元。

集约化模式节约了运营成本，“水岛”模式较常规模式运营成本节省至少15%。主要体现在以下几个方面：(1)优化设计，节水减排，减少取水，减少水资源费;同时可以避免废水排污费或即将征收的废水排放环境税。(2)由于水系统的整体投资额降低，制水成本的折旧摊销费用也随之减少。（3）“多水合一”布置更集中，自动化水平高，可整合减少运行人员，相应的人工成本也得到降低。3.3社会效益

通过减小厂区占地，可以缩短施工工期，降低施工安装耗材及人员工程量，起到节地、节能降耗等综合效益。

4 结论

数字化、集约化和模块化是未来电厂水处理系统设计的发展方向，电厂水处理系统集约化设计应用成果推广应用到后续新建的工程中，为新建项目的水处理系统节水、节能、节地开启一个新的方向。水处理系统采用集约化设计时，各设备系统较常规布置会有较大出入，需要各设计专业加强设计沟通，避免出现设计漏项。为适应现代管理需求，积极探索研究水处理各系统功能模块，进行统筹规划、集中布置，水处理系统优化合并成水岛管理，使整体工艺设计更加合理。

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工作单位：国能神皖合肥发电有限责任公司