廖洪峰 刘明海 冯培峰 王金灿 冯宝泉 刘政修 郭 强 赵潇然

（1. 京能十堰热电有限公司，湖北 十堰 442000；2. 北京京能能源技术研究有限责任公司，北京 100022）

0 引言

《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国海洋环境保护法》以及地方政府制定的环保制度和标准，要求排入河湖的污染物不得超过国家或者地方规定的水污染物排放标准。2015年04月，国务院颁布了《水污染防治行动计划》（水十条），提出了水污染防治的总体要求，并制定了2020～2030年工作目标及主要指标。2018年《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》提出，着力打好碧水保卫战。

火电厂是工业用水大户，用、排水量巨大，积极开展火力发电厂深度节水，实现全厂废水零排放高度契合国家政策，是应尽的社会责任，并关系到企业的生存和可持续发展。

京能十堰热电有限公司（以下简称十堰热电）是北京市与十堰市对口协作项目。厂址位于十堰市张湾区工业开发园区，距离市中心5km。该项目规划建设4×350MW燃煤供热机组，按“一次规划、分期建设”的方式实施。项目一期建设2×350MW国产超临界抽凝式供热机组，同步建设烟气脱硫、脱硝设施，是京能集团和十堰市政府共同建设的‘南水北调标杆工程、民生工程、生态环保工程及社会效益、生态效益和技术示范性工程。

十堰热电现有装机容量为2×350MW机组，锅炉为上海电气集团股份有限公司制造；汽轮机是东方电气集团设计、生产的超临界、一次中间再热、三缸两排汽、单轴、8级回热、湿冷、抽汽凝汽式汽轮机，机组冷端采用带自然通风冷却塔的二次循环冷却，两机一塔、一机三泵扩大单元制方式；发电机系东方电气集团生产的水-氢-氢冷却、静态励磁发电机。

目前，循环冷却水处理工艺采用“阻垢+缓蚀”、冲击式加杀菌灭藻剂方式，循环冷却系统补充水为城市中水。为保证“南水北调”工程最大生态效益及社会效益，节约水资源，降低发电综合水耗，提高经济效益，十堰热电积极开展全厂深度节水工作，实现全厂废水零排放。

循环冷却水生化处理技术摒弃了传统的火电厂循环冷却水加酸、加阻垢缓蚀剂等联合化学处理方法，利用经过筛选、培养、驯化的有益微生物菌群和相适应的营养调节剂对敞开式循环冷却水进行微生物化学处理，根据循环冷却水补水水质，循环冷却水倍率控制在8～20倍运行的同时，实现冷却系统的阻垢、缓蚀、避免藻类滋生粘泥等处理目标。为保证循环冷却水系统安全稳定经济运行，十堰热电进行了循环冷却水生化处理动态模拟试验，验证循环冷却水生化处理技术效果，并确定实际运行控制标准。

1 循环冷却水生化处理动态模拟试验

1.1 试验水质

十堰热电全厂生产用水水源取自神定河污水处理厂处理后出水，动态模拟试验水质指标如表1所示。

表1 循环冷却水补水水质

1.2 试验过程

循环冷却水生化处理动态模拟试验分三个阶段：

（1）试验准备：接取试验用水、动模装置（装置配备仪器、仪表、热力、动力系统、管路阀门等）调试、试验需用药品及试片、试管用品材料、常规水质指标分析化验准备；

（2）试验阶段：主要是正式启动循环冷却水动态模拟试验装置后，循环冷却水浓缩、稳定倍率运行两个阶段，主要包括金属试片加挂、日常水质化验分析、运行数据查看等；

（3）试验数据分析：模拟试验结束后，进行水质指标、金属试片、试管管样及试验各项数据分析等。

1.2.1 循环冷却水动态模拟试验浓缩阶段

循环冷却水浓缩阶段：循环冷却水系统只进行补水，不排污，进行循环冷却水浓缩，基本上每天浓缩倍率增加1倍左右，至16d时循环冷却水浓缩倍率达到 16倍，在此期间调控循环冷却水主要指标pH在7.5～8.2之间，碱度＜2.0mmol/L，从日常水质分析数据看均在此范围内，两组试管在线污垢热阻在0.002～0.004×10-4（m2·K/W）之间，在线电导率成线性趋势上升，最高至7630μS/cm。

表2 动态模拟试验循环冷却水水质

1.2.2 循环冷却水动态模拟试验运行阶段

循环冷却水动态模拟试验日常运行控制阶段，循环冷却水系统维持浓缩倍率在15～16倍区间运行。调整设定动态模拟装置在线电导率，对应电磁阀开启停止上下限在7500～7600μS/cm，排污流量设定6L/h，保持循环冷却水浓缩倍率在15～16倍间波动，分析控制循环冷却水pH与碱度等指标，观察控制电脑在线污垢热阻变化情况，观察各试片情况，观察冷却塔内部填料有无绿藻类滋生。

1.3 试验数据分析

动态模拟试验循环冷却水日常分析是指试验装置启动运行后，每天定点取循环冷却水样化验分析，确认循环冷却水生化处理调控在预计控制范围之内。

（1）循环冷却水pH及碱度分析

模拟试验循环冷却水pH总体在7.5～8.2区间波动，碱度总体在1.0～2.0mmol/L区间波动，与循环冷却水生化处理调控pH 7.5～8.2、碱度≤2.0相吻合，循环冷却水没有酚酞碱度出现，无碳酸钙水垢形成，说明以此做补充水的循环冷却水生化处理可控。动态模拟试验循环冷却水主要水质指标分析数据参如表2所示，循环冷却水在线pH曲线图如图1所示；

（2）循环冷却水结垢倾向分析

分析以Cl-和Ca2+计算的循环冷却水浓缩倍率，两者相差最大值为0.11，说明Ca2+没有结垢析出，循环冷却水生化处理可实现高浓缩倍率15～16倍稳定运行。循环冷却水日常监测浓缩倍率（以Cl-计）曲线如图2所示，循环冷却水化验日常监测Ca2+变化曲线如图3所示，循环冷却水Ca2+与Cl-浓缩倍率比较参如图4所示；

（3）循环冷却水电导率分析

模拟试验循环冷却水电导率与含盐量基本成线性比例关系，由于生化处理的特点，要消耗碱度等带电离子，所以电导率的浓缩倍率比氯离子和钙离子浓缩倍率同比低约1倍左右，为此，生化处理的循环冷却水电导率可作为判断循环冷却水浓缩倍率的指标。循环冷却水在线电导率曲线如图5所示，循环冷却水化验日常监测Ca2+变化曲线如图3所示；

（4）循环冷却水水质分析

循环冷却水浊度及悬浮物无明显变化，符合GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》[1]要求；循环冷却水色度有较大幅度增加，符合生化处理特点；循环冷却水CODcr较高，基本为很难生物降解的CODcr部分；循环冷却水氨氮较低，符合GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》不大于5mg/L要求。循环冷却水水质如表3所示；

（5）动态模拟试验在线污垢热阻分析

污垢热阻是循环冷却水动态模拟试验重要的指标，是确定循环冷却水阻垢处理效果的重要表征。循环冷却水生化处理在高浓缩倍率下阻垢效果异常优异，整个模拟试验期间最高污垢热阻为0.0035×10-4（m2.K/W），远小于GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》中要求不大于3.44×10-4（m2.K/W）的要求。循环冷却水在线污垢热阻曲线如图6所示；

表3 动态模拟试验循环冷却水水质

（6）动态模拟实验不锈钢金属试片腐蚀情况分析

金属试片的腐蚀情况也是循环冷却水动态模拟试验重要指标，是循环冷却水处理缓蚀效果的重要表征。试验结果表明，不锈钢金属试片平均腐蚀率为0.00014mm/a，均远小于0.005mm/a，没有局部腐蚀，缓蚀效果显著，符合国家标准GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》要求，试片平均腐蚀速率计算评价情况如表4所示，腐蚀指示片外观如图7所示；

（7）动态模拟试验不锈钢金属试管粘附速率情况分析

不锈钢试管的粘附速率主要表征循环冷却水污垢沉积吸附在金属管内表面的情况，也是反映循环冷却水处理阻垢分散、抑垢、除垢的效果。根据本次动态模拟试验结束后对两支换热管的肉眼观察和处理后定量分析，平均粘附速率为0.095mg/cm2.月，远远小于GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》不应大于15mg/cm2.月要求，试管处理数据分析如表5所示；

（8）动态模拟试验抑制有害菌藻情况分析

由于动态模拟试验总体运行时间较短，所以试验结束时运行20d的水样进行循环冷却水异养菌总数分析，按国标GB/T 14643.1-2009《工业循环冷却水中粘液形成菌的测定平皿计数法》[2]进行测定分析，经过培养最终测定A组循环冷却水中异养菌总数为32000CFU/mL，B组循环冷却水中异养菌总数为31500CFU/mL，均符合GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》不应大于100000CFU/mL要求。

3 结语

（1）循环冷却水生化处理技术摒弃了传统的火电厂循环冷却水化学药剂处理方法，利用经过筛选、培养、驯化的有益微生物菌群和相适应的营养调节剂对敞开式循环冷却水进行微生物化学处理，大幅度提高循环冷却水倍率，实现循环冷却系统的阻垢、缓蚀、杀菌灭藻等目标，保证循环冷却水系统安全、稳定、经济及环保运行；

表4 动态模拟试验两组循环冷却水金属试片腐蚀速率及评价

表5 动态模拟试验两组循环冷却水金属试管粘附速率及评价

（2）循环冷却水生化处理动态模拟试验结果表明，碳钢及不锈钢腐蚀速率、污垢热阻、粘附速度及有害微生物指标均能满足GB/T50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》要求；

（3）通过循环冷却水生化处理技术动态模拟实验，确定了实际生产控制指标：pH7.5～8.2、氯离子不大于1200mg/L、钙离子不大于900mg/L，循环冷却水浓缩倍率控制在10～15倍之间；

（4）循环冷却水生化处理技术与传统循环冷却水处理技术相比，具有节水减排、对环境无二次污染、运行参数控制稳定、补充水质变化容忍度超强、阻垢和溶垢同步、没有新增设备投资和原有设备改造投资、综合运营成本较低等系列优点，创新了火力发电厂节水方法及循环冷却水管理手段，可应用于火力发电厂循环冷却水处理；

（5）根据GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》，考虑循环冷却水系统风吹泄漏损失，当循环冷却水浓缩倍率达到15及以上时，循环冷却水系统无排污水，实现全厂废水零排放，对“南水北调”工程具有巨大的生态效益及社会效益；

（6）循环冷却水系统采用生化处理技术后，循环冷却水浓缩倍率可以达到10倍以上，经核算每年减少循环冷却排污水180万吨，直接经济效益252万元；循环冷却水生化处理药剂费用比传统药剂处理费用多100万元，每年可节约运行费用152万元；

（7）循环冷却水系统采用生化处理技术后，每年减少生产水取水量180万吨，可降低发电综合水耗0.6m3/MW·h以上。