赵丽蕊

(西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075)

1 概述

通常火力发电厂的水处理系统是按照设计院的专业划分，由化学专业、水工专业分别完成预处理、化水、工业废水、生活污水、循环冷却水、煤水、灰渣水、脱硫废水、凝结水精处理的设计工作，因专业划分问题，系统相对独立，布置分散，缺乏全厂统筹，各水系统的调配和废水重复利用不易实现，造成水资源浪费。水岛是以设计技术作支撑，以EPC建设为手段，进行统一设计、统一建设、统一调试管理。其主导思想是节水、经济、环保、便于运行。水岛模式可结合火电厂水系统水质水量特点，统筹全厂用水、排水、废水再生利用，对全厂水平衡体系优化和整合，选择合理的水处理工艺路线，在确保电厂生产用水要求的同时，稳定可靠地实现综合循环处理，节约水资源并减少废水排放污染。水岛模式在构建完整的水系统体系基础上，统一规划电厂的各个水处理单元，集中布置，合并部分相同功能的构筑物，使整体工艺设计更加合理。

2 火力发电厂水岛方案原则及优势

2.1 水岛方案原则及优势

水岛设计原则是：节水优先、空间均衡、系统整合、经济适用。

水岛设计优势：

(1)节省投资

水处理系统集中布置，可实现药剂贮存设备、变压器、供配电设备、控制系统、仪用、工艺用压缩空气系统等公用设备的统一规划，避免重复建设，节省设备投资。

节省各处理单元间连接管道、支吊架等安装材料成本。

电厂水处理系统及构筑物集中布置，可合并部分相同功能的厂房、水池、泵房，节省土建结构成本。

(2)降低能耗

有利于将主要的动力消耗设备(水泵、风机、电加热器等)集中布置，形成动力中心，大量节省成本较高的电缆、桥架等安装材料成本。

(3)节省占地

水岛集中布置使得整体布局更为紧凑，处理构筑物之间的连接管道和厂区管道、以及供电电缆、控制电缆等都可以大大减少。这些，都将有效降低工程投资。

(4)节水减排

水岛模式使各水处理系统相互衔接完善，运行稳定，能最大限度的提高全厂水资源的重复利用率，减少新鲜用水的取用量，减少废水排放甚至实现“零排放”。

根据水质优先采取梯级利用措施，避免高品质水用于低水质要求的生产环节，造成不必要的浪费，减少新鲜用水的取用量，减少废水排污费，从而降低水处理系统处理运行费用。

(5)减少运行人员

建立全厂水网的集中控制系统，对全厂的各个水系统进行统一的运行和管理，既可减少各分系统和专业间的接口，提高工作效率，又可实时监控，全面调配，并回收废水重复利用，把全厂用水指标控制在较先进的水平上，同时，还可减少运行维护人员，降低运行管理成本。

(6)缩短施工工期

水岛工程各环节沟通、衔接更顺畅，通过加强专业化管理，可以有效提高施工效率，缩短施工工期。

2.2 优化设计与系统选择

以下分析是根据现已完成的一个2×300 MW空冷机组项目水岛为例，包含了水质净化系统、锅炉补给水处理系统、废水处理系统(工业废水处理子系统、含油废水处理子系统、脱硫废水处理子系统、生活污水处理子系统等)、加药系统、污泥系统、凝结水精处理系统、汽水取样及化学加药系统。

(1)总平面设计

合理调整总平面图，有机整合相关单元，节省项目占地面积，设备管道高度集中。常规分散布置占地为三块区域，见表1，包括中水处理区域、锅炉补给水区域和工业废水区域，原设计总平面面积约为22767.5 m2，采用水岛集中布置后占地面积为12420 m2，为常规处理总占地面积的55%。

表1 水岛与常规设计占地对比

(2)厂房与建构筑物优化布置

采用分别合并相同或相近建筑物、构筑物、设备的方式，节省建(构)筑物和设备，见表2，把常规分散布置都需要的加药间、控制室、配电间等分别合并。水岛总建筑物面积节省了3164 m2，为原来面积的65%。

表2 水岛与常规设计方案建筑物面积对比

(3)工艺优化与设备选型

原设计采用生物滤池进行生化处理，因为来水水质较差，无法满足除盐设备，尤其是反渗透系统的稳定运行。基于我国城市污水处理厂的设备及管理现状，其出水水质不稳定，今后在电厂得到应用的主流中水深度处理工艺将是膜生物反应器工艺和曝气生物滤池+石灰澄清处理工艺的组合选型，见表3～表6。

表3 水岛优化工艺与原设计工艺技术方案对比

表4 电气部分方案对比

表5 控制部分方案对比

表6 中水处理工艺对比

(4)现场总线技术的研究及应用

采用数字化水岛控制技术，可充分利用集中控制投资低、安全性高、可靠性强的优势，充分体现水岛集中布置的优势，更好地为水岛服务，最终大大提高水岛的运行管理水平。

(5)主要系统控制指标

锅炉补给水水质标准：

二氧化硅：≤10 μg/L

TOC ：≤ 200 μg/L

除盐水箱进水电导率(25℃)：≤0.15μS/cm

工业废水指标：

工业废水出水水质：SS≤10ppm，含油≤5ppm，pH 为6～9

主要系统及设备运行控制指标：

石灰澄清预处理：悬浮物≤20mg/L，控制出水碳酸盐硬度1～2 mmol/L

超滤设备产水浊度：≤0.1NTU

反渗透设备脱盐率：一年内 ≥98% ，三年内 ≥97% ，五年内≥96%

3 水岛技术经济分析

3.1 投资费用比较

综合以上比较，主要经济指标和效益如下：

(1)水处理岛布置节省2480万元，约占总投资的30%，采用MBR工艺增加投资1370万元，最终节省基建投资约1110万元。

(2)设备材料节省2480万元，约占总投资的30%。

(3)年节省运行费用约100万元。

(4)年节省水资源费用约400万元。

(5)年节省维护费用约40万元。

(6)社会效益：投运后每年利用城市中水266万t左右，COD减排80 t以上。

本项目经过前期调研分析和施工图的全面优化设计，建成了高度集成、工艺合理、投资节省的水处理岛，使水处理岛成为全厂用水、排水及废水回用的枢纽，运行后正常发电水耗为0.08 m3/(s·GW)，远低于达标机组的要求0.15 m3/(s·GW)。

3.2 水岛技术主要经济指标

综上所述，通过个案分析及现已完成的水岛工程统计，水岛模式较常规建设模式可达到的主要指标见表7。

表7 水岛优势与经济指标

4 电厂耗水率设计与智能水处理平台

4.1 全厂耗水率先进控制指标

通过对各类供水、用水、排水进行全面规划、综合平衡和优化比较，达到一水多用、综合利用，提高重复用水率，降低全厂耗水指标。

表8 水岛设计耗水率先进控制指标

4.2 电厂智能水务管理与自动水平衡

随着环保标准越来越高，环保监管越来越严，电厂水环境的形势日趋严峻。电厂自动水平衡通过全厂实时在线的水平衡分析及根据工况、季节进行智能化的调节管控，为电厂节水减排和智能水务管理提供了可行的解决方案。通过合理调配水资源，增加水的梯级利用级数，减少废水零排放处理水量，提高全厂水务管理和自动化水平。自动水平衡设计是今后智能电厂的重要组成部分。

5 结语

2015年4月16日，国务院发布《水污染防治行动计划》(又称“水十条”)，国家提出源头保护和生态修复制度，全面控制污染物排放，把水环境保护上升到国家战略层面。火电厂加快落实深度梯级节水和废水零排放的进度，废水减排和零排放已成为火电厂水处理的新型重点业务。今后在创立电厂水处理及环保治理一体化设计建设模式基础上，应进一步开发工业废水的高效处理工艺，研究高级氧化核心技术，中水深度处理核心技术，结合现有科技成果和经验，推广电膜耦合水处理技术、高效低能耗反渗透膜脱盐技术、绿色环保药剂、智能水务等，逐步实现绿色清洁的火力发电目标。

水处理设计要从全厂水平衡的各个环节开发，采用先进的降低水耗措施，全面的解决火电零排放问题。对于电厂常规的锅炉补给水处理、废水处理、中水处理等设施建议推广“水岛”设计建设模式，通过优化设计使得整体工艺流程更加合理，布置更加紧凑，减少占地面积，便于运行管理。火电厂水系统是一个庞大而复杂的系统，水系统的构成随电厂地理位置、气候特征、水源特征、机组规模、机组运行方式等具体情况的不同而变化，并没有一个所谓标准化的水系统模型可以适用于大多数电厂。因此，为实现全厂水资源的真正意义的综合利用，需要针对每一个电厂的具体情况，在深入研究电厂各用水设备的详细运行方式及运行参数的基础上，完成水系统的整体设计。

[1]韩买良.火力发电厂水资源分析及节水减排技术[M].北京：化学工业出版社，2011.