導入:石炭発電における水の重要な役割

石炭火力発電所は、世界の電力の主要柱であり、産業、都市、農村のコミュニティに信頼できる基積み電力を供給しています。しかし、これらのプラントの操業は、冷却、蒸気発生、灰処理、排ガス脱硫、その他のプロセスに使われる水に本質的に結ばれています。典型的な500 MW石炭プラントは、地域の水資源に膨大な圧力をかけ、水がかかる水が大量に排出されることがあります。水路の厳しい状況では、環境問題が重要であるだけでなく、電力の発生やエネルギーの危険性が重要であるなどの問題が生じることがあります。

主要な水管理の挑戦

資源の水力と競争

多くの石炭発電所は、自然に水ストレスや気候の変化による長期干ばつを経験している地域にあります。例えば、欧米、インド、中国では、多くの場合、農業、自治体、生態系に既に割り当てられている河川や湖の海水に依存しています。水位が低下すると、植物は、出力を減らす、高価な代替水を購入するか、または一時的な操業停止さえすることに余儀なくされることがあります。この希少性は、信頼性だけでなく、燃料も、社会的権利を増加させるだけでなく、法的に対立するだけでなく、水やリスクやリスクを増加させる。

さらに、地下水枯渇は問題に化合物を配合します。 液状が過剰に引かれている領域では、サブダイン、水質劣化が利用可能な供給をさらに制限します。 発電所のオペレータは、したがって、長期の水供給を評価し、気候の変動と能力の要求のために考慮する強力な戦略を開発する必要があります。

水の汚染および環境影響

石炭発電所は、環境の危険を起こす排水のいくつかの種類を生成します。

  • 冷却塔のブローダウン - 溶解された固体、スケールの抑制剤および生物種の高濃度が含まれています。
  • ガス脱硫(FGD) 排水 – 重金属(水銀、アルセン、セレン)、塩化物および硫酸塩で溶かされる。
  • [] 底灰とフライアッシュ輸送水[[]] - 中断された固体、トレース金属、および潜在的なリーチを運びます。
  • 熱間汚染] - 熱間放水は水体温を受け取り、水生の生命を害する。

不適切な治療または偶発的なこぼれは、川、湖、および地下水の汚染につながることができます。これにより、クリーンウォーター法基準または同等の国の規制の厳しい環境的損傷および違反を引き起こします。 不整形灰池の遺産は、例えば、世界各地の多くの場所で地下水汚染を引き起こします。

規制コンプライアンス圧力

環境機関は、特定の汚染物質に対して、ますます厳しく排出限界を締めます。 米国では、EPAのEffluent Limitationsガイドラインと規格(ELG)の蒸気発電ユニットが重金属、塩化物および他の構成体に厳しい数値制限を設定しています。 同様の規制は、欧州連合(産業排出指令)およびインド(火力発電所の改正規範)に存在します。 高価なコンプライアンス監視、改善措置、および規制の調整、および非適切な処理を行う必要があります。

運用効率とコストの制約

水道管理装置-ポンプ、冷却塔、処理システム-エネルギーを消費し、維持を要求して下さい。冷却回路のスケール、汚すことおよび腐食は熱伝達の効率を、増加する燃料消費量および温室のガスの排出をメガワット時の減らします。老化のインフラは可変的な水質を処理するか、または新しい許可を満たすために柔軟性を欠きます。その間、予算の限定は必要な改善を遅らせます、混乱か、または罰に植物を弱く去ります。一定した処置の費用との投資のバランスをとることは操作上の挑戦です。

ウォーターマネジメントの課題に対するソリューション

水のリサイクルと閉鎖ループシステム

最も効果的な戦略の1つは、リサイクルと再利用による淡水化の撤退を減らすことです。自然流や機械流出冷却塔などのクローズドループ冷却システム、水を複数回再循環させ、吸入量を大幅に削減します。溶断された固体を制御するためにいくつかのブローダウンはまだ必要ですが、最先端の処理技術は、その水の多くを回復することができます。

  • [ 冷却塔のブローダウン処理 – 膜バイオリアクター(MBR)、逆浸透(RO)、および高度な酸化プロセスは汚染物質を取り除き、処理された水を冷却ループに戻したり、灰処理などの他のプラントプロセスで再利用できるようにします。
  • ゼロ液体排出(ZLD)[ - 排水処理とリサイクルが行われる厳格なアプローチで、廃棄物を処分のために固く残します。 塩分濃度計、結晶化剤、および電気透析逆転(EDR)のような技術は、ほぼ100%の水回収を達成します。 ZLDはエネルギー - 集中的かつ費用がかかる一方で、それは敏感な水でますますます管理されます。

代替水源の使用

海水の供給の圧力を軽減するために、石炭の植物は非伝統の水源を叩くことができます:

  • 市営排水] - 多くの植物は、近隣の排水処理プラントから回収水を使用します。 多くの場合、飲料水よりも安く、安定した量で入手可能です。
  • 洗面所地下水 - 洗面所の脱塩(<10,000 ppm 総溶解された固体)のアキルファーは、特に海水が傷つく地域に信頼できる供給を提供することができます。
  • 海水] - 沿岸植物は、蒸気サイクルメイクに必要な海水が要求される(適切なスクリーニングとバイオシドと)または脱塩(ROまたは熱)のためのフィードを使用して海水を使用することができます。
  • 鉱山水 - 石炭鉱山の近くにある植物は、排水水を利用することができます。これは、多くの場合、再利用前に最小限の処理を必要とする。

汚染制御のための高度な処理技術

会議の厳しい排出の限界は高性能の処置システムを要求します:

  • Membrane filt – 過濾過(UF)およびナノろ過(NF)は、中断された固体、コロイドおよび有機化合物を取り除き、下流RO膜を保護します。
  • 逆浸透(RO)[ - 溶解塩、金属、および多くの微分汚染物質を除去する。 FGD排水、高圧RO、ディスクチューブROモジュールは、高スケールの可能性を処理するために使用されます。
  • イオン交換(IX) – 特定の金属(例えば、水銀、セレン)または硬度の選択的除去。 生殖不能樹脂は、廃棄物量を減らす。
  • [化学析出 - 主に処理として使用される水酸化物または硫化物として金属を除去するための伝統的な方法。高密度汚泥(HDS)などの高度なプロセスは、効率性を向上させます。
  • 熱処置] - ZLDアプリケーション用の蒸発および結晶化、ならびにFGD排水からアンモニア除去のための蒸気除去。

化学降水→砂ろ過→UF→RO→塩水濃度計など、これらの技術を治療訓練に組み合わせ、水回収を最大にしながら最も要求の厳しい限界を満たすことができます。

統合水管理とデジタル最適化

個々の技術を超えて、包括的な水管理アプローチは、計画、監視、自動化を組み合わせます。

  • []水監査とベンチマーキング[ - 定期的な評価では、水を節約し、漏れ、過剰な消費を識別します。 主な性能指標(例えば、MWhあたりのガロン)は継続的な改善を駆動します。
  • [リアルタイム監視] – フロー、pH、導電性、濁度、および特定の汚染物質のセンサーは、オペレータが治療プロセスを動的に調整し、化学使用量とエネルギー消費量を削減することができます。
  • 予測分析] - 機械学習モデルは、障害が発生する前に、スケーリングやイベントの強制予測、ブローダウン率の最適化、メンテナンスのスケジュールをすることができます。
  • デジタルツイン] - ウォーターシステムの仮想レプリカは、操作を中断することなくシナリオのテストと最適化を可能にします。

結論:持続可能な石炭力への道

石炭火力発電所に直面する水管理の課題は、不可能ですが、それらは不可能です。 クローズドループのリサイクル、代替水源、高度な処理技術、およびデジタル最適化の組み合わせを組み込むことで、オペレータは、大幅に淡水消費量を減らし、汚染を削減し、進化する規制を遵守することができます。 これらの対策は、多くの場合、コベネフィット率を低下させる:エネルギーコストを削減し、熱効率を改善し、環境の責任を削減します。 グローバルなエネルギー移行が続くにつれて、強力な水管理を実施する石炭プラントは、燃料が、企業に適格性を発揮し、改善されるまで、および廃棄物を削減する価値が向上します。

さらなる読書については、【】EPA Steam Electric Effluent Guidelines[]、 []]]]IEA ウォーターエナジー Nexus Report、および業界出版物 []] から参照してください。