火电厂煤矿疏干水利用存在的问题及应用探讨.pdf

】 4 内 蒙 古 电 力 技 术 IN N E R M O N G O L IA E L E C T R I C P O WE R 【 Q 生箜 鲞笪里 火 电厂煤矿疏 干水利 用存在的问题及应 用探讨 Di s c I l s s i o n t o I s s u e s a n d Ap p l i c a t i o n o n Dr a i n i ng W a t e r Us e o f Co a l Mi n e f o r Th e r ma l P o we r Pl a n t 刘 岗 。 马光 路 1 ． 内蒙古电力科学研 究院 ， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0； 2 ． 内蒙古化工职业学院， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 1 0 『 摘 要1介 绍 了煤 矿疏 干 水利 用技 术的现 状 的应 用情 况 ． 就应 用 中存 在 的处 理深度 不足 、 自 厂、 缺乏有效的激励机制等问题进行 了分析， 对 『 关 键词1火电厂 ； 煤矿 疏 干水 ； 疏干 水 处理 『 文献标 志码1 B f 文章编 号1 1 0 0 8 6 2 l 8 2 0 1 0 S 2 0 0 1 4 0 3 据 统计 ． 在我 国的一次 能 源消 费 中 ， 煤炭 的 消费 量 占 7 0 ％左 右 ，到 2 0 0 7年 ， 9 4 ． 8 3 ％的煤 炭 用 于 工 业 。 2 0 0 2年后 ， 发 电用煤 量 占总用 煤量 的 5 0 ％以上 ， 而我国火 电占可供电力 的 8 0 ％左右 ， 其中基本 为煤 电 。 按 照 国家规 定 的能源工 业 用水定 额 ， 百万 千 瓦 的 火力 发 电厂 用 水 指 标 为 1 ． 0 ～ 1 ． 2 mS ／ s ， 2台 6 0 0 MW 的凝汽式发电机组年耗水约 2 1 0 ’ In 。 ，即使采用空 冷方式 也需耗 水 4 ． 5 ～ 6 1 0 m 。 内蒙古中西部地区煤炭开采和火力发电集 中， 属严重缺水地 区， 而在煤炭开采过程 中． 每年排弃的 矿井疏干水约 2 ． 3 x l 0 m 。 ，这不仅是对水资源的浪 费 ， 同时也造成 了环境污染。 解决缺水及煤矿疏干水 外排造 成 的环境 污 染问题 成 为该地 区当前利 用 水资 源 的重 大课 题 。本 文就煤 矿疏 干水 在火 电厂 利 用 中 存在的问题及应用进行探讨。 1 煤矿疏干水的利用现状 1 ． 1 煤矿 疏 干水主 要特 征 疏干水是指采煤过程 中从煤层 中涌出的污水 ， 其成分较多 ， 据全 国煤矿矿井水水质调查资料 ， 我 国 的矿井水 中普 遍 含有大 量 的 以煤 粉 和岩粉 构 成 的悬 浮物、可溶性无机盐 ；南方的煤矿以酸性矿井水居 多， 少数矿井水含有有毒 、 有害及放射性物质I ” 。 1 ． 2 煤 矿疏 干水 分类 煤 矿 疏干 水按 水质 主要 分 为 5类 12 ] 。洁净 疏 干 水 指未被污染的干净地下水， 基本符合生活饮用水 标准 ； 含悬浮物疏干水 含有大量 的煤粉和岩粉 ， 多 呈灰黑色， 浊度高 ； 高矿化度疏 干水 以硫酸盐和碳 酸盐为主要成分 ， 其质量浓度大于 l 0 0 0 mg ／ L ； 酸性 疏干水 未经处理前 p H值小于 6的疏干水 特殊污 染型疏干水 含微量有毒有害元素 、 放射性元素 、 氟 化物或油类等。 1 ． 3 煤矿 疏 干水利 用 的主 要技 术 1 - 3 ． 1 高 悬浮物 疏 干水 处理技 术 1 化学 混凝 、 沉 淀 、 过滤 法 。该方法 优 点是 价 格便宜 ， 货源充足 。但 由于煤粒的密度小 ， 形成的矾 花沉降速度较慢_ l 1 。 选取混凝剂时 ， 应通过搅拌试验 ， 分析可用混凝剂的成本及净化效果 ．确定有效的混 凝 剂 。 2 气浮法。大多用 于去除废水 中密度小于水 的微 细悬 浮物 。该 法优 点 是处 理速 度快 ，出水 水质 好 ， 污泥含水率低 ， 体积小 ， 化学药剂加量少 ； 缺点是 工艺较复杂 ， 操作技术要求高 ， 运行费用高 1 。 该方法 对 去除 矿井 水 中微量 矿物 油效 果 明显 ，去 除率 可达 9 9． 8 ％ 【 收稿 日期1 2 0 1 0 0 6 2 0 【 作者简介】刘 岗 1 9 8 l 一 ， 男 ， 内蒙古人 ， 硕 士， 工程师 ， 从事 电厂化学水处理研究工作。 2 0 1 0 年第 2 8 卷第 S 2 期 内 蒙 古 电 力 技 术 1 5 1 - 3 ． 2 高矿 化度 疏干水 处理技 术 1 多级闪蒸法。 一般适合于高含盐浓度 大于 3 0 0 0 mg ／ L 的矿 井水 。与一 般 的蒸馏 法 相 比， 既 能 经济利 用热量 ， 又 可避免 严重 的结垢 现象 。 2 离子 交换 法 。适 用于 含盐浓 度在 1 0 0 ～ 3 0 0 mg ／ L的矿井水。高盐浓度的污水也可考虑用离子交 换法进 行处理 ， 但 由于树脂 的交 换容 量所 限 ， 只能用 于小水量 ． 且需要进行频繁的再生处理 ． 从经济角度 来 看 ， 以矿化度 不超 过 5 0 0 mg ／ L为宜 。 3 膜分 离法 。 目前脱 盐 淡化 的主要 方法有 电 渗析和反渗透 ， 均属于膜分离技术。 电渗析技术设备 简 单 ， 操作 方便 ， 不需 使用 化 学 药剂 ， 在我 国煤矿 高 矿 化度矿 井水 的脱盐 处理 中采 用较多 ，但 电能 消耗 大 ， 原水 回收率低 5 0 ％左右 15 1 。反渗透技术对预处 理要 求较 高 ， 操 作压力 高 ， 设 备复 杂 ， 一 次性 投资 大 。 文 献f 6 1 采 用 “ 预 处 理 阻垢 剂 反 渗 透装 置 ” 处 理 工 艺将 某煤矿 高硫 酸根 硬度矿 井水 处理后 作为 锅炉 用 水 ，结垢控制 良好 ，运行稳定可靠 ，脱盐率保持在 9 7 ％ 以上 。 1 ． 3 ． 3 酸性 疏 干水处 理技 术 酸性疏 干水处 理技 术主要 有酸 碱 中和法 、生 物 化学法 、 人工 湿地处 理法 等 。 酸碱 中和法 的 中和剂 一 般 采用石 灰 和石灰石 ， 价 格便 宜 ， 处理 效果 佳 。生物 化 学处理 法 的优点是 二价 铁氧 化率 高 ，且 氧化 细菌 无需添加营养液 ； 其缺点是反应器体积大 ， 投资高 ， 含 有一些 重金 属 ，对 微生 物具 有抑制 作用 。美 国有 4 0 0多 处人工 湿地 被用 于处理 煤矿 酸性矿 井水 I 。 我 国中科 院南 京植 物研 究所采 用人 工湿 地处理 酸性 铁 矿排 水 ． 效 果较好 I 。 1 - 3 ． 4特 殊 污染型疏 干水 处理技 术 对 低放射 性矿 井水通 常采 用混凝 沉 降净化 法 ， 含氟水主要采用沉淀法和吸附法。 2 火电厂煤矿疏干水的利用 1 阜新煤矸石热电厂利用机械过滤器 ． 采用 混凝 、 过滤一体化方法处理高悬浮物煤矿疏干水 ， 用 作 电厂 的冷却水 。 该矿 井水 主要 是悬 浮物超 标 主要 由岩石粉、 煤粉及无机胶体组成， 导致水体浑浊 ， 最 高达 1 5 3 ． 4 mg ／ L 。由于水 的硬 度 和含盐浓 度较 高 ， 可 作为电厂的冷却水及冲灰用水 。 运行情况表明． 混凝 过滤后 的矿井 水清 澈透 明 ，出水 中的悬 浮物浓 度小 于 5 mg ／ L ，达到了电厂冷却水标准 ． C O D去 除率达 7 0 ％， 出水 中二氧化硅 的浓度也 略有减少 ； 用混凝 、 过滤方 法每 天可 处理 矿井水 1 2 0 0 t 左 右 ， 每年 可 以 为 电厂提供 0 ． 4 Mt 冷却水 【 10 1 。 2 华 能伊 敏煤 电有 限责任 公 司利用露 天 矿疏 干水作为生产用水，通过实施循环水阻垢缓蚀剂和 加硫酸复合处理 ，循环水浓缩倍率 由 2 ． 1提高到 3 ． 5 ． 双 机运 行 节水 7 3 4 t ／ h ， 按 全 年发 电量 6 T Wh计 算 ，全 年 节水 5 ． 2 8 x 1 0 t 。 生产 取 水 量 由 0 ． 7 6 x 1 0 m 3 ／ S ． W 下降为 0 ． 6 x 1 0 m ／ S W ， 远低于 国家规 定 的控制 指 标 0 ． 8 1 0 1T I ／ S W 。 为 了进一 步 节 约疏干 水用 量 ， 该 厂进 行 了污水处 理改 造 ， 增 设盘 式 过滤器 、 超滤反渗透， 对循环水排污水处理后作为锅 炉 补 给水 ，减少 了疏 干水 的取水量 和 电厂外 排废 水 量 ， 每年 可节 约约 1 0 0 0 k t 疏 于水 ， 同 时减少 外排 污 水 ， 有利 于环 境保 护⋯ 】 。 3 兖州 矿业 集 团 有 限责任 公 司南屯煤 矿 矸 石电厂为节约地下水资源，改造使用经净化除盐后 的煤 矿疏 干水 作为 锅炉补 给水 。工 艺为煤 矿疏 干水 由井下泵直接打入净水站 ，通过 自动加药系统加入 混凝剂 ． 经混合反应后 ， 加入絮凝剂沉淀 ， 再经一级 处理 后进 入一 体化 净水器 进行 过滤 ，保证 出水 水质 浊度 达到 小于 5度 的要求 。 经 净化处 理后 ， 可溶 性杂 质仍超过地下 水 含盐量 1 1 0 0 mg ／ L、硬 度 1 1 ． 4 mm o l ／ L 、 碱 度 5 ． 2 8 mm o l ／ L 、 硫 酸根 7 ． 0 1 m mo l ／ L ， 再 经软化 、 淡化处理后 ， 各项指标均达到设计值l l 2 I 。 4 国家庄煤矿电厂为节约用水和合理利用矿 井水资 源 ， 投 资 9 0多万 元新 建 了矿井水 处理 站 。矿 井水由井下原水泵送至地面调节水池沉淀 ，经水质 水 量调 节及净 水器 处理 后 ，投加混 凝剂 以除 去水 巾 的悬浮 物 ， 处 理后 水浊度 小 于 5度 经处 理后 的矿 井 水 一部分 作为 电厂 工业用 水 ，一部 分经 杀菌 后进人 冷却塔 作 为 电厂循环 水补 充水” 1 5 枣庄矿业集团蒋庄煤矸石热电有限责任公 司在对煤矿疏干水经一级斜板沉淀 、二级深度净化 工艺处理后 ，经高效纤维过滤器过滤后作为电厂循 环冷却水 ， 要求浓缩倍率小于 2 ． 5 ， 经过 3年多运行 能完全 满足循 环 水 的要 求【 6 内蒙古京泰发电公司利用酸刺沟等 6个煤 矿 的疏 干水 ， 通 过 矿井疏 干水 净化 系统进 行澄 清 、 过 滤处 理 ，系统 处 理水 量为 3 0 0 m3 ／ h ，处 理 工艺 流程 为 矿井 疏 干水一 机加 池 加 药 处理 一 中 间水池一 中间水 泵 一 重力 式 空 气 擦 洗 滤 池一 清 水 池 一 清 水 泵一 厂 区用水 。其混 凝加 药处理 只 能通过 小 试确定 加药量 ， 过 程不 易控制 。 1 6 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 0 年第 2 8 卷第S 2 期 3 火电厂利用煤矿疏干水存在的问题 我 国煤 矿 疏 干水 处 理 利用 始 于 2 O世 纪 7 0年 代 ， 在火电厂利用则始于 2 0世纪 9 0年代， 经过多年 的研 究和 实践虽 取得 了一些 成绩 ，但火 电厂在 利用 煤矿疏干水的过程中仍然存在一些 问题。 1 处理工 艺简单 ， 处 理深度 不足 ， 基本处 于仅 对高悬浮物疏干水的混凝 、 沉淀 、 过滤后作为火 电厂 循环冷却水的水平。目前新建火电厂主要为空冷机 组 ， 对冷却水的用量减少 ， 锅炉补给水用水量增加 ， 将煤矿疏干水作为锅炉补给水的原水来加以利用问 题显 得尤 为突 出。 另外 ． 目前 利用 的煤矿 疏干水 大部 分 未进行 相关实 验室 的小 型试验研 究 。而是直 接进 行工业应用，这就使煤矿疏干水处理利用技术的合 理性存在一定问题。 2 火 电厂煤 矿疏 干 水处 理 利用 中 ， 自动 检测 和 自动控制技术应用较少。 目前开发利用的混凝、 沉 淀 、过滤技术的加药等基本上是采用事先取水样做 小试 来确定 加药 量 ，然 后在 运行过 程 中采 用小 试加 药量 ， 不能 随水质 的变 化及 时改变 加药量 ， 从 而导致 由于加药量不足致出水不合格或加药量过多而造成 浪 费的现 象 ， 出水 水质 稳定 性较差 。如 果加药 过量 ， 将会导致超滤反洗效果不佳， 影响超滤稳定运行， 同 时也容易导致反渗透的污堵 。根据文 献[ 1 5 ] ， 采用 S C D混 凝 加药 自控 系 统处 理工 业 废水 或 矿 井水 ， 可 以避免上 述 问题 。 3 火 电厂煤矿 疏干 水 的利 用 主要局 限于坑 V I 电厂 。 目前 国 内坑 口电厂还 比较 少 ， 作 为用水 大户 的 火电厂 。研究距离煤矿相对较近的其他火电厂有效 利用煤矿疏干水问题 ， 具有重要意义。 4 奖励政 策 机制不 到位 。 目前 ， 坑 口电厂利 用 煤矿疏干水的积极性较高 ，而非坑 口电厂由于远距 离的水源输送会增加成本 ，利用煤矿疏于水 的积极 性较低。如果 国家对使用煤矿疏干水的电厂给予一 定的政策倾斜或奖励机制，就会提高企业的利用积 极性 4 火电厂利用煤矿疏干水的建议 从 我 国火 电厂利用 煤矿 疏干水 的成 功案例 可看 出 。火 电厂尤其 是坑 13电厂 利用煤 矿疏 干水是 完全 可行的， 并具有较大的经济和环保效益。 为促使火电 厂利 用煤 矿疏干水 ， 建议 采取 以下对 策 。 1 统筹规划 、 完善政策法规。对于重要采矿 区 、 重 大涌水 矿 区 、 重 点缺水 矿 区和 国家 重点建 设 的 矿 业基 地周边 地 区提 出 的火 电厂新建项 目 ．国家 审 核时要对火电厂用水提出强制要求。同时也要对使 用该水源的企业给予一定的政策性补贴 。 2 加大技 术开 发力度 。 在 火 电厂 ， 加强对 疏干 水资源的综合开发利用 ， 不仅用作循环冷却水 ， 还可 以作 为工 业用 水 、 锅炉 补 给水 水 源 、 消 防 、 绿化 、 生活 等 用水 。 同时 要提 高疏干水 处理利 用 中对 自动检测 和自动控制技术的应用 ， 实现 自动化控制， 降低运行 成本 。在有条 件 的企 业 ， 利用 电厂优势 ， 可 以扩 大规 模 ， 不仅可以实现电厂自身用水需求 ， 也可以向煤矿 及周边的用水用户提供生活用水 、生产用水等各种 水资源 ， 实现水资源的充分利用 ， 降低企业 的运行成 本 ， 提高经济效益。另外 ， 要针对具体疏干水进行小 型试验 ， 通过小型试验来判断工艺流程的可靠性 。 3 开展各种煤矿疏干水的利用开发工作 。从 火 电厂利 用煤 矿疏 干水 的案例可 以看 出 ， 目前我 国 火 电厂利 用 的煤 矿疏 干水 主要针 对 的是 含悬 浮物 和 高 矿化度 的水 质 。这 2种 水质 占煤矿疏 干水 的 比例 较 大 。虽 然还 没有火 电厂 开发利 用酸性 疏干 水和 含 有放射性物质疏干水的文献报道，但是随着水资源 需求量的不断增加 ，开发利用酸性和含有放射性疏 干水也势在必行 ， 储备相关技术刻不容缓。 5 结束语 火电厂开发利用煤矿疏干水的空间很大，在 国 家对水 资源 的开发 利用 日益重 视和水 资源 市场化 运 作的形势下 ，提高火电企业利用煤矿疏干水的积极 性 ， 从 宏观角 度进行 统筹 规划 和政策倾 斜 ， 煤 矿疏 干 水在 火 电厂 的利用 将会 大有前 景 。 f 参考文献】 [ 1 】朱德仁 ， 陈明智． 矿井水污染控制及资源化I J J ． 中国人 口资 源与环境 ， 1 9 9 7 ， 7 4 8 3 8 5 ． [ 2 】胡文客． 煤矿矿井水及废水处理利用技术[ M I ． 北京 煤炭工 业 出版 社 ． 1 9 9 8 ． [ 3 ]袁航 ， 石辉． 矿井水资源利用 的研究进展 与展望【 J ] ． 水资源 与水 工 程 学报 ， 2 0 0 8， 1 9 5 5 0 5 7 ． [ 4 ]王静． 气浮工艺对 矿井废水 中悬 浮物去除 的实验研究【 J J ． 能源环境保护 ， 2 0 0 3 ， 1 7 3 2 6 2 7 ． 【 5 ]崔玉川 ， 杨 云龙 ， 谢锋 ． 煤炭矿 井水处理利用 技术进展I J 1 ． 工业用水与废水 ， 2 0 0 0 ， 3 1 2 1 3 ． 『 6 1郭 中权 ， 冯曦 ， 李金合， 等． 反渗透技术在高硫酸 盐硬度矿 井水处理中的应用研究『 J 1 ． 能源环境 下 转 第 2 2页 2 2 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 0 年第2 8 卷第 S 2 期 表 1 电源点 1 、 电源点 2谐波分析数据 * 含量， ％ 含量， ％ 电源点 I 电源点 2 电源点 I 电源点 I 3 O 0 1 5 0 O 5 1 ． 1 O O．5 5 1 7 O．4 2 O ． 21 7 1 ．o 0 O ． 5 O 1 9 0 ． 3 4 0． 1 7 9 O 0 2 3 O I 2 O 0． 1 O l 1 0．7 7 0 ． 3 9 2 5 O ． 1 6 O．0 8 1 3 O ． 6 5 O I 3 2 2 9 0 ． 1 0 O ． 0 5 表 2电源点 1 三相不平衡分析数据 1 9 9 5 电能质量三相电压不平衡 的要求H ] 。 由于 电气化铁路对供 电系统影 响主要在 于谐 波 、 三相不平衡 负序 电流 、 功率 因数低 、 电压波动 大 4个方面，因此在对 电气化铁路 的评估 中还要考 虑 电压 波动情 况 。 对供 电质量的要求体现在对供 电电压的品质要 求上．即要求在任何负载情况下 ，尤其是重载情况 下 ， 保证足够高的系统供电电压 ， 电力机车才能正常 运行。从系统分析的角度来看 ， 当电力机车驶过时 ， 电压损失分别降落在 电力供电系统 、牵引变压器和 牵引网上。根据包头牵引站各供电站 、牵引站阻抗 值 、牵引变压器的参数等进行计算 ，计算结果见表 3 ， 其结果符合 G B ／ T 1 2 3 2 5 --2 0 0 8 电能质量供 电电 压偏差 的要求【 5 I 。 3 结论 由于本次建模分析实例采用的电力机车为当前 最先进的交直交电力机车 ， 产生谐波量较小， 各项分 表 3 电 源点 1电压 波 动 分 析 数据 析结 果均满足国家标准要求 。但是交直交机车 目前 无法广泛应用 ， 大部分的电铁仍用交直型电力机车 ， 依然存在很多问题。而电气化铁路属于大容量不对 称负荷 ，电力机车的不对称供电方式在电力系统会 产 生 负序 电流和 负序 电压 。为避 免对 电 网的较 大 冲 击 ， 建议该条电铁线路在运行阶段 ， 铁道部门应提高 自身调度的 自动化水平 ， 尽量使电力机车均匀运行 ， 以减少注入电网的负序分量。同时采用有效的换相 操作措施抑制负序电流的增加 ，避免某 1 相长期供 电 ，产生 较大 3相不 平衡 电流 ，以减小对 电 网的影 响。建议在公共连接点母线安装电能质量在线监测 装置 ， 实时监测 电能质量的各项指标， 发现问题及时 解决。对无功补偿装置加 以改善 ， 适当进行调整 ， 避 免 影 响扩大 。 f 参 考 文献 l 【 l 】魏晓军 ， 尹柏清 ， 吴志敏 ， 等． 电气 化铁 路对内蒙古 电网的 影响分析f J 】 ． 内蒙古 电力技术 ， 2 0 0 9 ， 2 7 6 4 6 ． f 2 】罗文杰 ， 张力 强 ， 吕利军 ． 大 同电 网电气化铁路 牵引负荷 的影响及对策[ J ] ． 山西电力 ， 2 0 0 7 ， 1 3 8 2 6 5 - 6 7 ． f 3 】全 国 电压 电 流 等 级 和频 率 标 准 化 技 术 委 员 会 ． G B ／ T 1 4 5 4 9 -- 1 9 9 3电能 质量 公用电 网谐波【 S 】 ． 北京 中国标 准 出版 社 ． 1 9 9 3 ． 全 国 电 压 电 流 等 级 和频 率 标 准 化 技 术 委 员 会 ． G B ／ T 1 5 5 4 3 --2 0 0 8电能质量 三 相电压不平衡【 S 】 ． 北京 中国标 准出版社 2 o 8 ． f 5 】全国 电压 电 流 等 级 和 频 率 标 准 化 技 术 委 员 会 ． G B ／ T 1 2 3 2 5 --2 0 0 8电能 质量 供 电电压偏差[ s 】 ． 北京 中国标 准 出版社 ． 2 0 0 8 ． 编辑 郭 昆 l l l l 】 r 1 保护 ， 2 0 0 6 ， 2 0 3 2 5 - 2 6 ． 『 7 1徐志诚 ． 酸性 矿井水 的人 工湿地处 理方法综 述『 J 】 ． 矿业安 全与环保 。 2 0 0 5 ， 3 2 2 y 4 O 4 2 ． f 8 1唐述 虞 ． 铁 矿 酸 性排 水 的人 工 湿地 处 理 [ J ] ． 环 境 工 程 ， 1 9 9 6， 1 4 4 3 - 7 ． 【 9 1陈维维 ， 姚立新 ， 郑寿亭． 矿井 水中天然 总 a 放 射性 的混凝 处理技术研 究f J 】 ． 煤矿环境保 护， 1 9 9 9 ， 1 3 5 2 0 - 2 3 ． 『 1 0 1高洪 阁， 李 白英．煤矿矿井水 在电厂的应用【 J 1 ． 煤矿环境 保 护， 2 0 0 1 ， 1 5 5 5 7 5 8 ． 『 1 1 1宋 寿春 ， 毕法森．伊敏露 天矿疏干水在煤 电一体化 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