IGCC电站精细化节水降耗措施与技术改造.pdf

IGCC 电站精细化节水降耗措施与技术改造康建邦，鲁晓伟，许冬亮，贾东升，王高峰，吴平，付彬，李志鑫（华能（天津）煤气化发电有限公司，天津 300452）为应对区域性、系统性水问题，我国开展了节水型社会建设1。生产企业是用水和排污大户，随着取水费用的上涨，用、排水量的限额以及环保控制的进一步严格，企业的可持续发展和经济效益提升面临着严峻的挑战2。节水成为当下企业发展的重要工作目标。整体煤气化联合循环发电技术（IGCC）是将煤气化与燃气蒸汽联合循环发电技术相结合的先进发电系统，具有发电效率高、污染物排放低、二氧化碳捕集成本低等优势，是目前国际上被验证的、可工业化的、具有一定发展前景的清洁高效煤电技术3-5。华能（天津）煤气化发电有限公司（以下简称华能天津）IGCC电站（装机容量 265 MW，采用华能自主研发的 2 000 t/d干煤粉气化炉）是中国第一座、世界第六座 IGCC 电站，该电站整体上可以分成化工和电力两部分，工艺流程长、节水空间大。华能天津 IGCC 电站结合自身工艺特点，从用水和排水两个方面开展精细化节水改造，包括优化工艺流程、探索废水回用技术、合理替代水源、强化企业用水分析和管理等手段，取得了较为突出的成绩，逐步实现了企业的节水减排目标，现将具体情况介绍如下。1IGCC电站用水系统分析华能天津 IGCC 电站生产工艺复杂，其用水系统分为六大类，分别为消防水、工业水、循环冷却水、除盐水、生活水、绿化水，六类水均来源于自来水，水系统流程如图 1 所示。其中，除盐水经循环冷却水系统制水所得，制水过程中产生的部分废水用作消防水、工业水和绿化水。循环冷却水作为电站化工系统的开式冷却水，接收了制水系统的反洗水、汽包排污以及蒸汽凝液。电站化工和电力系统用户的工艺水（包括除盐水和工业水）、消防废水以及工业废水统一送往污水处理厂进行集中处理。IGCC 电站复杂的工艺流程对应了自来水量的庞大消耗，据统计，2018 年华能天津 IGCC 电站自来水摘要介绍了华能天津 IGCC 电站生产用水系统，针对 IGCC 电站除盐水制水用水量较多和地下管道渗漏量较大的问题，从优化工艺流程、回收再利用生活污水、水源替代、管网治理等方面进行了挖潜改造，达到了较好的治理效果；同时从消防废水、工业废水的回收再利用和燃气轮机部件优化等方面提出了今后的节水改造方向。关键词IGCC 电站；生产用水系统；工艺优化；生活污水；再生水；管网治理文章编号：1005-9598(2023)-05-0039-03中图分类号：X784文献标识码：B收稿日期：2023-05-07第一作者：康建邦（1989），男，汉族，天津人，工程师，学士，2012 年本科毕业于华北电力大学（北京）热能与动力工程专业，长期从事煤化工生产技术相关工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.05.009引用格式：康建邦，鲁晓伟，许冬亮，等.IGCC 电站精细化节水降耗措施与技术改造J.煤化工，2023，51（5）：39-41，49.第 51 卷第 5 期2023 年 10 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.5Oct.2023绿化水渗透至地表工业水化工和电力系统用户工艺水排污至水处理厂消防水消防废水除盐水化工系统用户工艺水电力系统用户工艺水汽包排污、蒸汽凝液化工系统用户冷却水蒸发至大气循环冷却水自来水生活水生活污水工业废水图 1IGCC 电站水系统流程图2023 年煤 化 工总用量为 177.7 万 t，年均综合发电自来水耗高达1.62 kg/（kW h），全年自来水费用约 1 400 万元。其中，除盐水制水用量（112.4 万 t）、循环冷却水蒸发及地下管道渗漏量（54.2 万 t），占据了 IGCC 电站总自来水用量的 93.8%，因此，采用相应措施来降低除盐水用水量和地下管道渗漏量迫在眉睫。2IGCC 电站精细化节水措施及效果2.1优化工艺流程，降低除盐水用量华能天津 IGCC 电站在工艺上从蒸汽凝液、汽包排污水回收入手，分别建立了蒸汽凝液闪蒸罐以及汽包排污闪蒸罐系统。在机组启动后，蒸汽凝液快速回收至电力系统汽轮机蒸汽循环当中，大幅降低了电力系统用户的除盐水消耗；汽包排污水回收至化工系统，作为机泵密封水使用，降低了化工系统用户的除盐水耗量。IGCC 电站蒸汽凝液及汽包排污水回收优化流程如图 2 所示，图中虚线为优化改造流程。华能天津 IGCC 电站还对阀门及仪表进行重新选型，取消了部分阀门冲洗水，部分仪表的冲洗水被吹扫气所替代，进一步降低了除盐水用量。据统计，IGCC电站除盐水用量及发电除盐水耗由优化前的 70.0 万t/a、0.64 kg/（kW h），降至 61.3 万 t/a、0.55 kg/（kW h），平均节省除盐水用量约 230 t/d（全年发电 9.65 亿 kW h），节水降耗效果明显。2.2回收利用生活污水，降低自来水用量在生产实际中，发现生活污水经过过滤、絮凝、杀菌、超滤以及反渗透除盐等程序净化后，可制取品质较好的清水，因此对这部分生活污水进行回收再利用。华能天津 IGCC 电站建立了生活污水清水回收装置，该装置首先用自动机械格栅拦截生活污水中的固体大颗粒等污染物，过滤后的污水进入调节池进行水质水量调节，调节池底部设置提升泵，将调节池内的污水排至曝气生物滤池（BAF）进行生化处理。BAF 出水排至机械搅拌澄清池和双介质过滤器，除去污水中的悬浮物和色度，再经超滤和反渗透脱盐处理，产出水质符合循环水水质要求的清水（浊度1 NTU，电导率100 滋S/cm），这部分清水被回收至循环水系统。生活污水处理产出的污水仍然通过工业废水排往污水处理厂，IGCC 电站生活污水除盐回收流程如图 2虚线所示。实践表明：通过上述优化，IGCC 电站可以将 40%的生活污水实现回收再利用，平均节省自来水用量约 150 t/d。2.3再生水部分替代自来水，降低用水费用再生水也叫中水，水质介于污水和自来水之间，是城市污水、雨水、废水等经过净化处理后达到国家标准、能在一定范围内使用的非饮用水。通常情况下，再生水由于其水源特性，成本价格较自来水低，但由于再生水经过了初步的水处理，其电导、氯离子、硬度及浊度等数据要优于自来水，IGCC电站再生水和自来水水质数据见表 1。不同之处在于，再生水 pH 值较自来水低，会加剧输水管道的腐蚀。华能天津 IGCC 电站积极引入再生水，根据再生水和自来水水质 pH 值的差别，合理调配自来水与再生水比例，精准控制二者质量比在 2:1，使掺混后的生产用水 pH 值7、电导率300 滋S/cm，在满足生产用水质量要求的前提下，大幅度降低了电站用水费用。2.4治理地下输水管网，降低用水量针对 IGCC 电站地下输水管渗漏量大的问题，结合电站各类生产用水管线的在线水表示数，建立了电站用水监视系统。此系统基于电站 SIS 系统软件，不仅能够实现 IGCC 电站生产用水量的动态监测，精准量化用水量，还能建立起电站生产用水平衡模型。通过水质量平衡分析和渗漏水水质检测这两种手段的相互印证，能够成功确定漏水管道所在系统；再通过分支路依次隔离法，精准锁定地下管网漏水位置。同绿化水渗透至地表工业水化工和电力系统用户工艺水排污至水处理厂消防水消防废水除盐水化工系统用户工艺水电力系统用户工艺水化工系统用户冷却水蒸发至大气循环冷却水自来水生活水生活污水工业废水图 2IGCC 电站蒸汽凝液及汽包排污水回收优化流程图汽包排污水蒸汽凝液排污闪蒸罐凝液闪蒸罐清水过滤、絮凝、杀菌、超滤、反渗透除盐表 1IGCC 电站再生水和自来水水质数据水源再生水自来水pH6778电导率/(滋S cm-1)5080300400氯离子质量浓度/(mg L-1)10202030硬度/(mg L-1)0.20.680120浊度/NTU1140-第 51 卷第 5 期时对易腐蚀的管线进行了材质升级，管道材质首选PE 和 PP-R 材料6，通过以上手段成功遏制了电站地下输水管网渗漏现象。3节水技术展望3.1消防废水、工业废水的回收再利用为进一步节水降耗，IGCC 电站应对消防废水、工业废水水质进行深入研究，探索回收消防废水和工业废水的有效方法。IGCC 电站消防废水和工业废水水质数据见表 2。针对废水中氨氮、氯离子、电导率高等问题，可首先引入生物法对氨氮进行脱除7，再引入反渗透除盐装置进行除盐，从而达到废水降氯离子和电导率的目的。3.2优化燃气轮机燃烧器IGCC 电站中供给燃气轮机的燃料为煤气化产生的低热值合成气，其主要成分为 CO 和 H2。由于 H2有火焰传播速度快、反应活性强、很难在预混燃烧器中稳定燃烧等特点，因此 IGCC 电站燃气轮机采用扩散燃烧器8。为了进一步控制扩散燃烧产生氮氧化物的排放量，在合成气燃烧前进入 IGCC 电站的为合成气掺混饱和蒸汽，这部分蒸汽随合成气一起进入燃气轮机燃烧后，经余热锅炉换热，最后排往大气，IGCC 电站合成气掺混蒸汽流程见图 3。水蒸气的大量掺混，必然导致了除盐水量的消耗增大，据统计，IGCC 电站合成气注蒸汽量在 60 t/h 左右。华能天津 IGCC 电站始终致力于研究改善燃气轮机燃烧器、透平叶片等部件，使之在能承受更高燃烧反应温度的同时，还能将氮氧化物的排放量控制在合理的范围内。这样可以让燃气轮机适应热值更高的合成气，不仅能够实现降低合成气注蒸汽量的目的，还能提高机组供电效率。目前华能天津 IGCC 电站燃气轮机燃烧器材质已能承受 600 的高温，正在探索研究如何将阻火器应用到燃气轮机燃烧器的布置上9，从而将扩散燃烧改为预混燃烧，彻底杜绝燃烧前合成气注蒸汽这一现象，进而达到大幅节水的目的。4结语（1）针对 IGCC 电站用水量较多的除盐水制水和地下管道渗漏问题，从工艺优化、水源替代、管网查漏等方面进行精细化剖析，达到了较好的治理效果。（2）废水回用技术既能直接降低企业用水量，又能减少企业废水排放处理费用，是 IGCC 电站节水工作的重要发展方向。（3）合成气低热值燃烧技术的优化，能够大幅降低 IGCC 电站用水量，是 IGCC 电站的主要节水攻坚点。参考文献：1 伍振毅，宋宗文.我国工业节水技术创新的研究进展J.工业水处理，2006，26（12）：21-24.2 高雅琼，张杰，李涛，等.工业节水技术措施的应用J.大氮肥，2016，39（5）：354-357.3 任永强，车得福，许世森，等.国内外 IGCC 技术典型分析J.中国电力，2019，52（2）：7-13，184.4 牛建伟，王高峰，康建邦，等.IGCC 电站煤气化废水脱氨工艺的优化改造J.煤化工，2023，51（3）：76-78.5 李新春，孙永斌.IGCC 电站与燃气轮机组电站的优势比较J.洁净煤技术，2015，21（5）：123-126.6 董乾坤.给水管道工程中管道材料的选择及运用分析J.建筑工程技术与设计，2016（12）：2029.7 周雨婷.生物技术去除氨氮废水研究进展J.应用化工，2019，48（11）：2768-2772，2777.8 张建府.IGCC 中燃用低热值合成气的燃气轮机若干运行特性研究J.燃气轮机技术，2013，26（3）：13-17.9 孙少辰，刘刚，李生祥，等.氢气-空气预混气体火焰在管道阻火器内传播特性试验研究J.石油化工设备，2023，52（2）：6-11.（下转第 49 页）表 2IGCC 电站消防废水和工业废水水质数据水源消防废水工业废水pH7889电导率/(滋S cm-1)1600180020002200氯离子质量浓度/(mg L-1)10012020002500氨氮质量浓度/(mg L-1)5101015浊度/NTU510合成气混合器燃气轮机合成气余热锅炉大气蒸汽图 3IGCC 电站合成气掺混蒸汽流程图康建邦等：IGCC 电站精细化节水降耗措施与技术改造41-第 51 卷第 5 期Refined water saving and consumption reduction measures and technical transformation ofIGCC power stationKang Jianbang,Lu Xiaowei,Xu Dongliang,Jia Dongsheng,Wang Gaofeng,Wu Ping,Fu Bin,Li Zhixin(Huaneng(Tianjin)IGCC Power Co.,Ltd.,Tianjin 300452,China)AbstractThe production water system of Huaneng(Tianjin)IGCC power station was introduced.In view of theproblems of high water consumption in demineralized water production and big underground pipeline leakage of IGCC powerstation,the transformation had been carried out from the aspects of optimization of the process flow,recycling of domesticsewage,water source replacement,pipe network management,etc.,and good treatment effect had been achieved.At the sametime,the future direction of water-saving transformation was proposed from the aspects of recycling of fire waste water andindustrial waste water,gas turbine components optimization and so on.Key wordsIGCC power station;production water system;process optimization;domestic sewage;reclaimed water;pipenetwork management（上接第 41 页）际生产需要，合理调整循环洗油再生量，每日检查循环洗油质量，根据循环洗油质量情况规范再生器排渣制度。参考文献：1 宋永辉，汤洁莉.煤化工工艺学M.北京：化学工业出版社，2016.2 刘丽娟.焦化厂苯回收率下降原因分析及处理J.浙江化工，2009，40（1）：24-25.3 王彩凤，刘亚冬.焦炉煤气粗苯回收的设备选型浅谈J.煤化工，2008，36（1）：30-32.4 薛利平.炼焦化学产品回收与加工技术M.北京：化学工业出版社，2012.5 何建平.炼焦化学产品回收与加工M.北京：化学工业出版社，2005.Technical innovation practice of improving benzene washing efficiency with circulating wash oilDu Erdong,Wang Yuexin(Tangshan Jiahua Coal Chemical Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063611,China)AbstractThe process of negative pressure benzene removal by washing oil absorption was introduced,and the analysiswas made on the operation status of this process in Tangshan Jiahua Coal Chemical Co.,Ltd.It was found that the main factorsaffecting the benzene washing efficiency of circulating wash oil were naphthalene content in circulating wash oil,overheadtemperature of the benzene removal tower and regeneration of the circulating wash oil.So the equipment and parameters of thenegative pressure benzene removal process by washing oil absorption were optimized as follows:the naphthalene content in theincoming washing oil was increased to 5%-11%,the overhead temperature of the benzene removal tower was controlled at91 益-93 益 by adding a small amount of new washing oil several times and gradually adjusting the reflux rate of crudebenzene.By reforming the slag discharge system of regenerator and controlling the regeneration amount of circulating wash oilat 1.5%-2.0%,the benzene removal efficiency of circulating wash oil could be controlled above 95%,with stable systemoperation.Key wordswashing oil absorption;negative pressure benzene removal;benzene containing gas;washing oil regeneration;benzene washing efficiency杜二冬等：提高循环洗油洗苯效率的技改实践49-