海水淡化工藝方案

1、1刖言概況我國淡水資源極為匱乏，全國660多個城市中，有400多個城市缺水，其中100多個城 市嚴重缺水。淡水資源短缺乃至水危機是我國經濟社會可持續(xù)發(fā)展過程中的最大制約之一。電廠在生產電能的同時，可利用其廉價的熱和電，進行海水淡化，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。在推動和利用海水淡化技術方面，電廠有著 其得天獨厚的有利條件。因此濱海電廠配套建設海水淡化裝置已成發(fā)展趨勢。水源及水質特點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，可 大大節(jié)省海水取水成本及原料海水預處理成本。海水水質分析報告如下:分 析 報 告送樣單位批號：樣品類型：海水檢

2、測依據(jù)：檢測環(huán)境：檢測溫度25.5攝氏度濕度63%分析編號101238101239分析編號101238101239原號碼頭取水口原號碼頭取水口水 溫NO3鹽度NO2色度未檢出未檢出HCO3138140SS8078CO32-濁度 3 3Bar含沙量 kg/m3Sr2+DOMn2+高錳酸鹽指數(shù)COD MnpHBOD5f CO2氨 氮非碳酸鹽硬度mmol/l104104TOC碳酸鹽硬度mmol/l油負硬度mmol/l硫化物甲基橙堿度mmol/l化學需氧量(O2)酚酞堿度mmol/lK +524436灼燒減量45823864Na+51865241酸 度mmol/lCa2+670664全硅量(SiO2)

3、Mg2+14571421溶硅量(SiO2)Fe2+膠硅量(SiO2)Fe3+全固形物3675239156AI3+溶解固形物3683239243NH3總硬度mmol/l105107CI-1635216478SO42-34283596海水淡化規(guī)模根據(jù)建廠地區(qū)的缺水狀況，電廠可針對性地提出水電聯(lián)產的方案，目前可解決電廠的 淡水用水，以后可根據(jù)需要適時配套建設大規(guī)模的海水淡化廠，為地方經濟發(fā)展提供淡水 資源保障。本項目結合 2X 1000MW發(fā)電機組的建設規(guī)模，暫按配套建設 2X 104m3/d規(guī)模的海水淡化裝置設計；并對總規(guī)模為 40X 104m3/d海水淡化廠作出展望。本專題報告按本期工程廠內自用

4、的2X 104m3/d規(guī)模和規(guī)劃容量的40X 104m3/d的海水淡化站分別進行比較論述。2 海水淡化技術概述海水淡化技術的種類很多， 但適于產業(yè)化的主要有蒸餾法 （俗稱熱法） 和反滲透法（俗 稱膜法）。蒸餾法主要有多級閃蒸（MSF）、低溫多效蒸餾（LT MED）技術。蒸餾法淡化技術2.1.1 多級閃蒸 (MSF)MSF 是蒸餾法海水淡化最常用的一種方法，在 20 世紀 80年代以前，較大型的海水淡化裝置多數(shù)采用MSF技術。大港電廠二期工程引進了美國的多級閃蒸（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。圖2-1鹽水再循環(huán)式多級閃蒸（MSF）原理流

5、程多級閃蒸過程原理如下；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應的飽和蒸汽壓的條件下,故熱鹽水進入閃蒸室后即成 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,所產生的蒸汽冷凝后即為所 需的淡水。MSF 裝置具有設備單機容量大、使用壽命長、出水品質好、造水比高、熱效率高、壽命長等優(yōu)點。但該裝置海水的最高操作溫度在110 C -120 C左右，對傳熱管和設備本體的腐蝕性較大,必須采用價格昂貴的銅鎳合金、特制不銹鋼及鈦材,因此設備造價高；設備的操作彈性小，多級閃蒸的操作彈性是其設計值的80%110%,不適應于產水量要求可變的場合。2.1.2 低溫

6、多效蒸餾 （LT MED）低溫多效蒸餾海水淡化技術是指鹽水最高溫度不超過70 C的淡化技術，是20世紀80年代成熟的高效淡化技術。其特點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，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 械蒸汽壓縮機，即機械壓縮（ MVC ），由于受壓縮機的限制，其單臺裝置的容量較

7、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 MED TVC）工藝。圖2-2是LT MED TVC蒸餾裝置的原理示意圖。圖 2-2 LT MED?TVC 蒸餾裝置的原理示意圖低溫多效海水淡化裝置的運行溫度遠遠低于 MSF裝置的110 C,所以其能耗和管壁腐蝕及結垢速率均較低。和MSF相比，其設備本體和傳熱管的材質要求較低， 而熱效率較高。多效蒸餾的操作彈性很大，負荷范圍從 110%變到 40%，皆可正常操作，而且不會使造水比下降。低溫多效海水淡化裝置可以用70 C左右，的蒸汽作為熱源，當提供的汽機抽汽參數(shù)高于低溫多效加熱

8、蒸汽的壓力和溫度的要求時，可采用熱壓縮裝置，可以進一步提高系統(tǒng)的 熱效率。國外近幾年MED發(fā)展迅速，MED單臺最大產水量已達40000t/d，技術是成熟的。海水反滲透(SWR0)淡化技術海水反滲透(SWR0)淡化技術在20世紀70年代后獲得了很大發(fā)展。由于 RO膜材料的不斷改進，以及能量回收效率的不斷提高，SWRO技術越來越引起人們的關注，現(xiàn)也已成為蒸餾海水淡化系統(tǒng)的主要競爭對手。反滲透是用一種特殊的膜，在外加壓力的作用下使溶液中的某些組分選擇性透過，從而達到淡化、凈化或濃縮分離的目的。典型的海水反滲透處理工藝流程見圖2-3o圖2-3典型的海水反滲透工藝流程圖海水反滲透（SWR0）系統(tǒng)所需的能

9、量決定于進水的含鹽量、系統(tǒng)的濃縮倍率、進水溫度及產品水的水質，其能耗一般為910kW?h/m3，若有能量回收裝置，貝U所需能耗為 6kW?h/m3。海水反滲透SWR0設備除膜組件、高壓泵、能量回收裝置需要進口外，其它設備和器 件均可以在國內加工制造，設備投資以及制水成本相對較低。海水淡化工藝主要技術性能對比常用的海水淡化工藝主要技術性能見表2-1。表2-1海水淡化工藝技術比較海水淡化工藝比較SWROLT MED TVCMSF產品水水質（mg/L）200?5001?101?10電耗(kW?h/m3)?（有能量回收）1?2?4裝置熱耗（kJ/ kg）?190?400190?400海水淡化工藝比較S

10、WROLT MED TVCMSF進水預處理需設置完善的預處理系統(tǒng)要求進水濁度小于20mg/L?300mg/L進水水質要求較低海水利用率35% ?55%25% ?4C% （含冷卻水量）（或回收率）排出海水的濃度原海水的?倍原海水的？咅原海水的？倍最大單機產水量（m3/d）相對較小6819091000操作彈性（）不限40 11080 110從表2-1可以看出，蒸餾法與反滲透法的主要技術區(qū)別在于：對進水水質的要求不同;單機產水量的不同；變工況能力的不同；能（熱）耗的不同等。蒸餾法在裝置規(guī)模、預處 理系統(tǒng)的要求、出水水質、運行可靠性以及電耗方面具有明顯優(yōu)勢，但蒸餾法的總能耗比SWRO法高；從海水用量上

11、看，由于 SWRO法水的利用率高，因此取水量較少。在變工況能力上，SWRO法則沒有限制。與LT MED TVC相比，MSF裝置單機容量大，對進水的水質要求低，但其變工況能力差，抽汽參數(shù)高，工作溫度高，設備投資大，因而運行費用高。因此對于蒸餾法工藝 推薦選用LT MED TVC方案。本專題將對 SWRO和LT MED TVC兩種工藝進行技術經濟比較，結合各淡水用戶的用水需求確定海水淡化工藝。3 電廠海水淡化方案選擇海水淡化系統(tǒng)設計條件按滿足電廠自用的 2X104m3/d 海水淡化規(guī)模及向地方供水的 40X104m3/d 海水淡化規(guī)模 分別進行比較。反滲透膜法（SWRO）海水淡化技術方案（方案一）

12、3.2.1 海水反滲透預處理系統(tǒng)的選擇海水反滲透，其預處理的目的是防止懸浮雜質、有機物、膠體物質、細菌、微生物等 附著在膜表面或堵塞膜元件水流通道，防止海水膜表面結垢沉淀，確保海水膜免受機械和 化學損失，使膜保持良好的性能和足夠長的使用壽命。根據(jù)海水的取水方式不同、所處的 水域水質不同，以及采用的海水淡化技術不同，采用的預處理方式不同。預處理系統(tǒng)的形式有： 混凝、沉淀（澄清） 、過濾（活性炭過濾器、 多介質過濾器微濾、 超濾、納濾）等。常規(guī)的混凝澄清、 介質過濾的預處理方式在目前已運行的海水反滲透系統(tǒng)中應用較多、 運行使用時間較長，但其占地面積大，系統(tǒng)復雜，操作費力，運行維護都需特別精心才能使

13、反滲透膜不受到污染。超濾（微濾）預處理方式在水處理領域已應用多年，也有許多成 功的經驗。微濾（超濾）對海水中的膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細菌、大分子有機物 具有良好的分離能力， 其去除率好于常規(guī)的預處理方式， 采用微濾 （或超濾）作為海水反滲透的預處理，可以滿足反滲透的進水水質要求。此技術由于改進了反滲透進水水質，不僅延 長了海水反滲透的清洗周期、反滲透膜的使用壽命，而且有助于提高系統(tǒng)的回收率、降低 運行費用。且新技術占地面積小，操作、維護簡單。電廠一般情況下海水水質較好、懸浮物及泥沙含量較少，根據(jù)相關工程的經驗，海水 反滲透淡化系統(tǒng)預處理可采用直接超（微）濾裝置。3.2.2 海水淡化系統(tǒng)設

14、置1）工藝流程海水自清洗過濾器超濾海水反滲透淡水箱用戶2）SWRO系統(tǒng)配置及設計參數(shù)制水規(guī)模：2X104m3/d ；4X104m3/d單機容量：200m3/h；400 m3/h設備套數(shù)：5套；50 套反滲透海水淡化的回收率： 40%45%產品水水質： TDS （固體溶解物總量 ） 300500mg/L設計水溫：15C 35C3.2.3 淡化站布置海水淡化站建（構）筑物包括：超濾、反滲透設備間，設備間內設置控制室、加藥間、 過濾間、水泵間、配電間等，室外設置各類水箱 （池）等設施。海水淡化站占地分別約 105mX 50m, 105mX400m=低溫多效（LT MED TVC）蒸餾法海水淡化技術方

15、案（方案二）3.3.1 淡化工藝流程低溫多效淡化裝置對進水的水質要求不高，鑒于本工程取水海域水質較清、泥沙含量 少，進入海水淡化站的海水水質較好。因此，本工程不設置預處理。為防止設備結垢，在 進料液中加入聚磷酸鹽類阻垢劑。為防止海生物孳生，設置次氯酸鈉加藥系統(tǒng)，以對進入 的海水進行殺菌滅藻處理。工藝流程為：海水海水取水泵 MED 裝置淡水箱 / 池用戶3.3.2 海水淡化系統(tǒng)配置及設計參數(shù)制水規(guī)模： 2X104m3/d；4X104m3/d單機容量： 10000 m3/d ；25000 m3/d設備臺數(shù)： 2臺；16 臺造水比：產品水水質：TDS（固體溶解物總量）?5mg/L。抽汽量：兩臺機共

16、67t/h ；1334t/h抽汽參數(shù)：壓力為（暫定），溫度為300 C3.3.3 海水淡化站布置低溫多效設備露天布置，另設控制室、加藥間、配電間等。室外布置淡水池和水箱等 設施。淡化站占地分別約 130mX 80m； 180mX 560m。4 海水淡化方案的經濟比較自用型海水淡化廠的經濟比較對于與發(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，所產淡水為電廠自用，因此兩種海水淡化方案的經濟比較僅針對其對發(fā) 電廠本身的上網電價及煤耗的影響來進行。4.1.1 比較計算的條件1）年發(fā)電量按發(fā)電年利用小時5500h計算，為110X 1（0

17、 kW?h。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。反滲透方案耗電：淡化站電耗?h/m3,用于鍋爐補給水處理的淡水反滲透？h/m3 （為便 于計算比較，淡水反滲透電耗按淡化站產淡水量進行了折算），總電耗?h/m3低溫多效蒸餾方案耗電：淡化站電耗 ?h/m33）工程投資根據(jù)近期國內海水淡化項目的實施情況， LT?MED?TVC 海水淡化裝置投資約為8000?1000（元?d /m3，SWRO 海水淡化裝置為 4000?500（元?d /m3,淡水反滲透為 600650元?d /m3。本報告暫按上限取值，即：方案一取5000元?d /m3，

18、方案二取10000元?d /m3。4）運行維護費用兩個方案的發(fā)電部分維修費用基本相同。海水淡化裝置的運行維護費用：反滲透方案?。核幤芳澳じ鼡Q費元 /m 3淡水（包括淡水反滲透部分 ）低溫多效蒸餾方案取：藥品費元 /m 3淡水5）其它條件標煤價：1000元/噸蒸汽價格：按元/噸計電費：廠用電價按元/kWh計算。基本折舊費：低溫多效設備屬于熱力設備，使用年限相對較長，因此其固定資產折舊年限取25年；海水反滲透設施使用年限相對低溫多效設備較短，因此其固定資產折舊年限取20年。按電廠實際耗水量計算運行費用4.1.2主要經濟指標按上述條件，兩個方案的經濟指標計算結果見表4-1。表4-1海水淡化方案經濟指

19、標項目單位方案一方案二海水淡化站投資萬元1289022890制水成本（元/噸）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。外供型海水淡化方案的經濟比較經濟比較模式外供淡水時，海水淡化方案的經濟比較方法有兩種。一種是僅就不同的淡化裝置方案計算其投資、成本，在相同的資本金內部收益率的條件下，計算出不同方案的水價。此方 法存在兩個問題，第一是對于蒸餾法的熱價如何確定。 熱價是影響蒸餾法水價的主要因素, 而熱價的確定涉及到熱電聯(lián)產帶來的效益以及固定資產折舊在熱和電中兩種產品如何分 攤，帶有很大的人為因素。第二是熱價的高低以及發(fā)電量的不同對發(fā)電部分（廠）的經濟 效益的影響沒

20、有考慮?；谏鲜龇治?，本報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廠來進行分析計算，即電廠有兩種產品：電和淡水。不同方案在鍋爐蒸發(fā)量、年供淡水量以 及投資方內部收益率相同的條件下，通過財務分析，假定電價計算水價，或假定水價計算 電價，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。4.2.2比較計算的條件4.221汽輪發(fā)電機組在凝汽工況和抽汽工況下不同負荷率的熱耗和出力按汽輪機廠提供的1000MW機組熱平衡圖為依據(jù)。4.222年發(fā)電量按發(fā)電年利用小時5500h計算。年供淡水量按淡化裝置年利用小時 7600h計算。4.2.2.3 廠用電率1 ）方案一：發(fā)電廠用電率5%淡化廠

21、用電率?h/m32）方案二：發(fā)電廠用電率淡化廠用電率?h/m34.2.2.4 財務分析的其它條件標煤價： 650元/ 噸（2008年惠安電廠煤價）投資方內部收益率： 10假定水價（不含稅）從元/m3計算相應的電價4X104m3/d 經濟比較計算結果按上述條件，兩個方案的技術指標計算結果見表4-2。表 4-2 技術指標項目單位方案一（SWRO）方案二(LT-MED-TVC )總投資發(fā)電部分萬元海水淡化部分萬元合計萬元發(fā)電出力MW2X 10002X年發(fā)電量108 kW?h110年供電量108 kW?h年供淡水量10 m平均發(fā)電標煤耗kg/kW?h制淡水能（標煤）耗kg/m3年耗煤量供電部分104

22、t/a水價（元 /m3）電價（元/MWh）投資方內部收益率（%）投資回收期（年）備注不含稅含稅不含稅含稅1010101010供淡水部分104 t/a合計104 t/a表4-3方案一（SWRO）財務分析計算成果表1010注注：本行數(shù)據(jù)是以假定本工程不設海水淡化時的電廠計算電價來計算水價。表4-4方案二（LT-MED-TVC ）財務分析計算成果表水價（元 /m3）電價（元/MWh）投資方內部收益率（%）投資回收期（年）備注不含稅含稅不含稅含稅10101010101010注450430 )410W 390 元370稅350 含 不330(價310電2902701SWF方案LT-MED-TV方案-=一

23、_ ,f 一 _ _2504.505.005.506.006.507.00水價(不含稅，元/m3)圖4-1注：本行數(shù)據(jù)是以假定本工程不設海水淡化時的電廠計算電價來計算水價。水價與電價關系曲線上述計算結果說明，兩個方案在經濟效益相同的條件下,隨著水價上升，電價隨之下降;在相同的水價下，方案一的電價明顯低于方案二的電價， 或者說，在相同的電價下, 方案一的水價明顯低于方案二的水價;由于方案二的制水能耗遠大于方案一的制水能耗，兩個方案在年供水量相同，方案 二的供電量比方案一少X 108 kW?h的情況下，方案二年用煤量比方案一多X 104（標煤），相應多排放二氧化碳約X 104 t?，F(xiàn)電廠標煤價為1000元/噸，從上面的趨勢可以看出，方案二的水價會更高，即與 方案一的水價差距會更大。5海水淡化工程實例近年來，隨著電廠的建設，我國陸續(xù)投產了多項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例，表 5-2列出了部分反滲透法海水淡化工程實例。表5-1蒸餾法海水淡化工程實例項目名稱單