海水淡化工藝方案

1、 1前言 1.1概況 我國淡水資源極為匱乏，全國660多個(gè)城市中，有400多個(gè)城市缺水，其中 100多個(gè)城市嚴(yán)重缺水。淡水資源短缺乃至水危機(jī)是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展過 程中的最大制約之一。電廠在生產(chǎn)電能的同時(shí)，可利用其廉價(jià)的熱和電，進(jìn)行海 水淡化，不僅可滿足其工業(yè)用水的需要， 而且還可為周邊地區(qū)提供淡水水源。 在 推動(dòng)和利用海水淡化技術(shù)方面，電廠有著其得天獨(dú)厚的有利條件。因此濱海電廠 配套建設(shè)海水淡化裝置已成發(fā)展趨勢。 1.2水源及水質(zhì)特點(diǎn) 某電廠取水具有海域遼闊、水量充沛、海水較清、懸浮物及有害微生物少等 特點(diǎn)，可大大節(jié)省海水取水成本及原料海水預(yù)處理成本。 海水水質(zhì)分析報(bào)告如下: 分 析 報(bào)

2、 告 送樣單位 批號(hào): 樣品類型： 海水 檢測依據(jù)： GB17378. 4-2007 檢測環(huán)境： 檢測溫度 25.5攝氏度 濕度 63% 分析編號(hào) 101238 101239 分析編號(hào) 101238 101239 原號(hào) 碼頭 取水口 原號(hào) 碼頭 取水口 水 溫 18.6 19.1 NO- 3.00 3.00 鹽 度 0 29.6 26.3 NO- 0.10 0.10 色 度 未檢岀 未檢岀 HCO 138 140 SS 80 78 CO2- 0.00 0.00 濁 度 3 3 Ba2+ 0.01 0.01 含沙量kg/m 3 0.10 0.12 Sr2+ 0.001 0.001 DO 3.42

3、4.15 MrT 0.01 0.01 高錳酸鹽指數(shù)CODMn 1.54 1.64 pH 7.85 8.02 BOD 5.86 6.75 f CO 2 24.15 18.64 氨 氮 0.01 0.01 非碳酸鹽硬度 mmol/l 104 104 TOC 0.28 0.2 碳酸鹽硬度 mmol/l 1.18 1.16 油 0.036 0.024 負(fù)硬度 mmol/l 0.00 0.00 硫化物 0.01 0.01 甲基橙堿度 mmol/l 1.15 1.15 化學(xué)需氧量(0 2) 9.25 8.76 酚酞堿度 mmol/l 0.00 0.00 K 524 436 灼燒減量 4582 3864 N

4、a+ 5186 5241 酸 度mmol/l 0.25 0.20 Ca2+ 670 664 全硅量(SiO 2) 2.00 1.00 Mg+ 1457 1421 溶硅量(SiO 2) 1.80 0.96 Fe2+ 0.00 0.00 膠硅量(SiO 2) 0.20 0.04 Fe3+ 0.00 0.02 全固形物 36752 39156 Al3+ 0.01 0.01 溶解固形物 36832 39243 NH 0.01 0.01 總硬度 mmol/l 105 107 Cl- 16352 16478 SO2- 3428 3596 1.3海水淡化規(guī)模 根據(jù)建廠地區(qū)的缺水狀況，電廠可針對(duì)性地提出水電聯(lián)

5、產(chǎn)的方案，目前可解 決電廠的淡水用水，以后可根據(jù)需要適時(shí)配套建設(shè)大規(guī)模的海水淡化廠，為地方 暫按 海水 40 X 經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供淡水資源保障。本項(xiàng)目結(jié)合2X 1000MV發(fā)電機(jī)組的建設(shè)規(guī)模， 配套建設(shè)2X 104m/d規(guī)模的海水淡化裝置設(shè)計(jì)；并對(duì)總規(guī)模為 40X 104m/d 淡化廠作出展望。 本專題報(bào)告按本期工程廠內(nèi)自用的2 X 104m/d規(guī)模和規(guī)劃容量的 104m/d的海水淡化站分別進(jìn)行比較論述。 2海水淡化技術(shù)概述 和反 海水淡化技術(shù)的種類很多，但適于產(chǎn)業(yè)化的主要有蒸餾法 (俗稱熱法) 滲透法(俗稱膜法)。蒸餾法主要有多級(jí)閃蒸(MSF)、低溫多效蒸餾(LT MED技 術(shù)。 2.1蒸餾法淡

6、化技術(shù) 2.1.1多級(jí)閃蒸(MSF) MSF是蒸餾法海水淡化最常用的一種方法，在 20世紀(jì)80年代以前，較大型 的海水淡化裝置多數(shù)采用 MSF技術(shù)。大港電廠二期工程引進(jìn)了美國的多級(jí)閃蒸 (MSF)海水淡化裝置，是我國第一套大型的海水淡化裝置。 MSF的典型流程示意圖見圖2-1。 多級(jí)閃蒸過程原理如下；將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室， 由于該 閃蒸室中的壓力控制在低于熱鹽水溫度所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓的條件下，故熱鹽水 進(jìn)入閃蒸室后即成為過熱水而急速地部分氣化，從而使熱鹽水自身的溫度降低, 所產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。 MSF裝置具有設(shè)備單機(jī)容量大、使用壽命長、出水品質(zhì)好、造水比高、熱效

7、率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但該裝置海水的最高操作溫度在110C 120C左右，對(duì)傳 熱管和設(shè)備本體的腐蝕性較大，必須采用價(jià)格昂貴的銅鎳合金、特制不銹鋼及鈦 材，因此設(shè)備造價(jià)高；設(shè)備的操作彈性小，多級(jí)閃蒸的操作彈性是其設(shè)計(jì)值的 80%- 110%不適應(yīng)于產(chǎn)水量要求可變的場合。 2.1.2 低溫多效蒸餾（LT MED） 低溫多效蒸餾海水淡化技術(shù)是指鹽水最高溫度不超過70r的淡化技術(shù)，是 20世紀(jì)80年代成熟的高效淡化技術(shù)。其特點(diǎn)是將一系列的噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián) 布置。加熱蒸汽被引入第一效，其冷凝熱使幾乎等量的海水蒸發(fā)， 通過多次蒸發(fā) 和冷凝，后面的蒸發(fā)溫度均低于前面一效， 從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水，

8、最 后一效的蒸汽在海水冷凝器中冷凝。 第一效冷凝液返回鍋爐，而其他效及海水冷 凝器的冷凝液收集后作為產(chǎn)品水。為提高熱效率，目前多采用壓汽蒸餾的淡化工 藝，壓縮可采用蒸汽噴射器，稱為熱壓縮（TVC;或采用機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)，即機(jī) 械壓縮（MVC,由于受壓縮機(jī)的限制，其單臺(tái)裝置的容量較其他蒸餾裝置小。目 前絕大多數(shù)低溫多效蒸餾裝置都采用熱壓汽蒸餾的方式來提高熱能效率，即低溫 多效加蒸汽壓縮噴射器（LT ME TVC工藝。 圖2-2是LT MEBTVC蒸餾裝置的原理示意圖。 蒸汽來自鍋爐 1kg蒸汽 排岀海水 2kg蒸汽 T=6 4X10 單機(jī)容量: 200m/h ; 400 m3/h 設(shè)備套數(shù): 5套

9、；50套 13 反滲透海水淡化的回收率：40%45% 產(chǎn)品水水質(zhì)：TDS （固體溶解物總量）300500mg/L 設(shè)計(jì)水溫：15C 35C 3.2.3淡化站布置 海水淡化站建（構(gòu)）筑物包括：超濾、反滲透設(shè)備間, 設(shè)備間內(nèi)設(shè)置控制室、 （池）等設(shè)施。 （方案二） 加藥間、過濾間、水泵間、配電間等，室外設(shè)置各類水箱 海水淡化站占地分別約 105mK 50m 105mX400m 3.3低溫多效（LT MEBTVC蒸餾法海水淡化技術(shù)方案 3.3.1淡化工藝流程 低溫多效淡化裝置對(duì)進(jìn)水的水質(zhì)要求不高，鑒于本工程取水海域水質(zhì)較清、 泥沙含量少，進(jìn)入海水淡化站的海水水質(zhì)較好。因此，本工程不設(shè)置預(yù)處理。為 防

10、止設(shè)備結(jié)垢，在進(jìn)料液中加入聚磷酸鹽類阻垢劑。 為防止海生物孳生，設(shè)置次 氯酸鈉加藥系統(tǒng)，以對(duì)進(jìn)入的海水進(jìn)行殺菌滅藻處理。 工藝流程為: 海水一一海水取水泵一一MED裝置一一淡水箱/池一一用戶 3.3.2海水淡化系統(tǒng)配置及設(shè)計(jì)參數(shù) 制水規(guī)模：2Xl0m/d ; 4X1C4mi/d 單機(jī)容量：10000 m/d ; 25000 m3/d 設(shè)備臺(tái)數(shù)：2臺(tái)；16臺(tái) 造水比：12.5 產(chǎn)品水水質(zhì)：TDS（固體溶解物總量）5mg/L。 抽汽量：兩臺(tái)機(jī)共 67t/h ； 1334t/h 抽汽參數(shù)：壓力為0.55MPa （暫定），溫度為300C 3.3.3海水淡化站布置 低溫多效設(shè)備露天布置，另設(shè)控制室、加藥

11、間、配電間等。室外布置淡水池 和水箱等設(shè)施。淡化站占地分別約 130mx 80m 180mx 560m 4海水淡化方案的經(jīng)濟(jì)比較 4.1自用型海水淡化廠的經(jīng)濟(jì)比較 對(duì)于與發(fā)電工程配套的自用型 20000 m3/d海水淡化裝置，熱法耗汽量約為 67t/h，不影響電廠的發(fā)電量，所產(chǎn)淡水為電廠自用，因此兩種海水淡化方案的 經(jīng)濟(jì)比較僅針對(duì)其對(duì)發(fā)電廠本身的上網(wǎng)電價(jià)及煤耗的影響來進(jìn)行。 4.1.1比較計(jì)算的條件 1）年發(fā)電量按發(fā)電年利用小時(shí) 5500h計(jì)算，為110X 108 kW?ho 2）廠用電 廠用電包括發(fā)電廠用水電和淡化用電兩部分， 兩個(gè)方案的發(fā)電廠用電率差別 很小，均按5 %考慮。 反滲透方案耗

12、電：淡化站電耗3.5kW?h/m3,用于鍋爐補(bǔ)給水處理的淡水反滲 透0.5kW?h/m3 （為便于計(jì)算比較，淡水反滲透電耗按淡化站產(chǎn)淡水量進(jìn)行了折 算），總電耗4.0kW?h/m3 低溫多效蒸餾方案耗電：淡化站電耗 1.5kW?h/m3 3）工程投資 根據(jù)近期國內(nèi)海水淡化項(xiàng)目的實(shí)施情況，LT MEDTVC海水淡化裝置投資約 為8000 10000元？ d /m3，SWR海水淡化裝置為4000 5000元？ d /m3，淡水反滲 透為600650元？ d/m3o本報(bào)告暫按上限取值，即：方案一取 5000元？ d /m3，方 案二取 10000 元？ d /m 3o 4）運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用 兩個(gè)方案的發(fā)

13、電部分維修費(fèi)用基本相同。 海水淡化裝置的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用： 反滲透方案取：藥品及膜更換費(fèi)1.20元/m3淡水（包括淡水反滲透部分） 低溫多效蒸餾方案?。核幤焚M(fèi)0.20元/m3淡水 5）其它條件 標(biāo)煤價(jià)：1000元/噸 蒸汽價(jià)格：按53.24元/噸計(jì) 電費(fèi)：廠用電價(jià)按0.29元/kWh計(jì)算。 基本折舊費(fèi)：低溫多效設(shè)備屬于熱力設(shè)備，使用年限相對(duì)較長，因此其 固定資產(chǎn)折舊年限取25年；海水反滲透設(shè)施使用年限相對(duì)低溫多效設(shè)備較 短，因此其固定資產(chǎn)折舊年限取 20年。 按電廠實(shí)際耗水量計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用 4.1.2主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 按上述條件，兩個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表 4-1 0 表4-1海水淡化方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

14、項(xiàng)目 單位 方案一 方案二 海水淡化站投資 萬元 12890 22890 制水成本 （元/噸） 5.15 8.39 從表4-1數(shù)據(jù)可以看出: 與方案二相比，方案一具有投資省、制水成本低的優(yōu)點(diǎn)。 4.2外供型海水淡化方案的經(jīng)濟(jì)比較 4.2.1經(jīng)濟(jì)比較模式 外供淡水時(shí)，海水淡化方案的經(jīng)濟(jì)比較方法有兩種。一種是僅就不同的淡 化裝置方案計(jì)算其投資、成本，在相同的資本金內(nèi)部收益率的條件下， 計(jì)算出不 同方案的水價(jià)。此方法存在兩個(gè)問題，第一是對(duì)于蒸餾法的熱價(jià)如何確定。 熱價(jià) 是影響蒸餾法水價(jià)的主要因素，而熱價(jià)的確定涉及到熱電聯(lián)產(chǎn)帶來的效益以及固 定資產(chǎn)折舊在熱和電中兩種產(chǎn)品如何分?jǐn)?，帶有很大的人為因素。?/p>

15、二是熱價(jià)的 高低以及發(fā)電量的不同對(duì)發(fā)電部分（廠）的經(jīng)濟(jì)效益的影響沒有考慮。 基于上述分析，本報(bào)告提出第二種比較模式，即將發(fā)電部分與制淡水部分 捆成一個(gè)廠來進(jìn)行分析計(jì)算，即電廠有兩種產(chǎn)品：電和淡水。不同方案在鍋爐蒸 發(fā)量、年供淡水量以及投資方內(nèi)部收益率相同的條件下，通過財(cái)務(wù)分析，假定電 價(jià)計(jì)算水價(jià)，或假定水價(jià)計(jì)算電價(jià)，取其低者為優(yōu)。此種比較模式就避免了前述 第一種方法的問題。 422比較計(jì)算的條件 422.1汽輪發(fā)電機(jī)組在凝汽工況和抽汽工況下不同負(fù)荷率的熱耗和出力按汽 輪機(jī)廠提供的1000MV機(jī)組熱平衡圖為依據(jù)。 4.2.2.2 年發(fā)電量按發(fā)電年利用小時(shí)5500h計(jì)算。 年供淡水量按淡化裝置年利

16、用小時(shí) 7600h計(jì)算。 4.2.2.3 廠用電率 1） 方案一：發(fā)電廠用電率 5% 淡化廠用電率 3.5kW?h/m3 2） 方案二：發(fā)電廠用電率 5.66% 4.2.2.4 淡化廠用電率 財(cái)務(wù)分析的其它條件 3 1.5kW?h/m 標(biāo)煤價(jià)：650元/噸（2008年惠安電廠煤價(jià)） 投資方內(nèi)部收益率：10% 假定水價(jià)（不含稅）從4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0元/m3計(jì)算相應(yīng)的電 4-2。 4.2.3 4X10 4m/d經(jīng)濟(jì)比較計(jì)算結(jié)果 按上述條件，兩個(gè)方案的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表 表4-2 技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目 單位 方案一（SWRO 方案二（LT-MED-TVC 總投資 發(fā)電部分 萬

17、元 924659.94 924659.94 海水淡化部分 萬元 211024.58 427577.67 合計(jì) 萬元 1135684.52 1352237.61 發(fā)電出力 MW 2X 1000 2X 857.74 年發(fā)電量 108 kW?h 110 104.31 年供電量 8 10 kW?h 100.07 96.51 年供淡水量 4 3 10 m 12666.67 12666.67 平均發(fā)電標(biāo)煤耗 kg/kW?h 0.2826 0.2358 制淡水能（標(biāo)煤）耗 kg/m3 1.041 8.815 年耗煤量 供電部分 104 t/a 297.71 241.18 供淡水部分 104 t/a 13.1

18、8 106.91 合計(jì) 4 10 t/a 310.89 348.09 表4-3 方案一（SWR）財(cái)務(wù)分析計(jì)算成果表 水價(jià) （元 /m3） 電價(jià)（元/MWh 投資方內(nèi)部收益率 （%） 投資回收期 （年） 備注 不含稅 含稅 不含稅 含稅 4.5 5.07 328.31 383.67 10 11.19 5.0 5.64 321.96 376.26 10 11.19 5.5 6.2 315.61 368.84 10 11.19 6.0 6.77 309.25 361.42 10 11.19 6.5 7.33 302.9 354.01 10 11.19 7.0 7.9 296.55 346.59 10

19、 11.19 4.06 4.59 333.79 390.06 10 11.19 注 注：本行數(shù)據(jù)是以假定本工程不設(shè)海水淡化時(shí)的電廠計(jì)算電價(jià)來計(jì)算水價(jià)。 表4-4 方案二（LT-MED-TVC財(cái)務(wù)分析計(jì)算成果表 水價(jià) （元 /m3） 電價(jià)（元/MWh 投資方內(nèi)部收益率 （%） 投資回收期 （年） 備注 不含稅 含稅 不含稅 含稅 4.5 5.08 387.95 453.25 10 11.19 5.0 5.65 381.37 445.56 10 11.19 5.5 6.21 374.78 437.87 10 11.19 6.0 6.77 368.19 430.18 10 11.19 6.5 7.3

20、4 361.61 422.49 10 11.19 7.0 7.9 355.02 414.8 10 11.19 8.61 9.72 333.79 390.01 10 11.19 注 注：本行數(shù)據(jù)是以假定本工程不設(shè)海水淡化時(shí)的電廠計(jì)算電價(jià)來計(jì)算水價(jià)。 圖4-1 水價(jià)與電價(jià)關(guān)系曲線 上述計(jì)算結(jié)果說明，兩個(gè)方案在經(jīng)濟(jì)效益相同的條件下, 隨著水價(jià)上升，電價(jià)隨之下降; 在相同的水價(jià)下，方案一的電價(jià)明顯低于方案二的電價(jià)，或者說，在相 同的電價(jià)下，方案一的水價(jià)明顯低于方案二的水價(jià)； 由于方案二的制水能耗遠(yuǎn)大于方案一的制水能耗，兩個(gè)方案在年供水量 相同，方案二的供電量比方案一少 3.56 X 108 kW?h的

21、情況下，方案二年 用煤量比方案一多37.2 X 104 t （標(biāo)煤），相應(yīng)多排放二氧化碳約84.7 X 104 t 0 現(xiàn)電廠標(biāo)煤價(jià)為1000元/噸，從上面的趨勢可以看出，方案二的水價(jià)會(huì) 更高，即與方案一的水價(jià)差距會(huì)更大。 5海水淡化工程實(shí)例 近年來，隨著電廠的建設(shè)，我國陸續(xù)投產(chǎn)了多項(xiàng)配套的海水淡化工程，表 5-1列出了部分蒸餾法海水淡化工程實(shí)例，表5-2列出了部分反滲透法海水淡化 工程實(shí)例。 表5-1蒸餾法海水淡化工程實(shí)例 項(xiàng)目名稱 單機(jī)容量 （rm/d ） 總?cè)萘?(mi/d ) 海水淡化工藝 海水預(yù)處理工藝 大港電廠海水淡化工程 3000 6000 MSF 僅加酸、脫氣 黃島電廠海水淡化工程 3000 3000 LT-MED-TVC 無預(yù)處理 黃驊電廠一期海水淡化 工程 10000 20000 LT-MED-TVC 混凝沉淀 首鋼京唐鋼鐵廠海水 淡化