寧德核電站海水淡化處理技術(shù)的創(chuàng)新分析

1、寧德核電站海水淡化處理技術(shù)的創(chuàng)新分析1 膜法海水淡化福建寧德核電項目是我國國家核電中長期發(fā)展規(guī)劃頒布后，采用CPR1000技術(shù)方案開工的第一個百萬千瓦級核電項目， 規(guī)劃總裝機6臺100萬千瓦級壓水堆核電機組。經(jīng)過數(shù)輪研究論證，中廣核寧德核電站采用了陶氏化學(xué)高科技反滲透膜海水淡化技術(shù)。其中混凝澄清處理部分是我公司一項非常成熟的先進工藝，在海水項目及其它水質(zhì)中有著較多的成功經(jīng)驗；SW30HR LE-400i型號膜元件是海水淡化系統(tǒng)的安全制水成本最低的關(guān)鍵，采用獨特的iLEC 端面自鎖連接專利技術(shù)，具有最高的產(chǎn)水率和脫鹽率，不僅能減少系統(tǒng)的運行成本，而且還能減少產(chǎn)水O; 形密封圈的泄漏，避免水質(zhì)下降

2、。在海水淡化中大量使用超雙相鋼（2507）替代超級合金鋼在國內(nèi)尚屬罕見。1.1 基礎(chǔ)資料1.1.1 設(shè)計部分參數(shù)。海水總固體含量：3000037000 mg/L；懸浮物含量為12150mg/L；水溫：828 （19802003年為依據(jù)）；pH： 7.08.0；B的濃度： 4.2 mg/L1.1.2 工藝系統(tǒng)流程。海水→混凝沉淀池→V型濾池→細砂過濾器→自清洗過濾器→海水反滲透（帶能量回收裝置）→二級反滲透1.2 海水淡化工藝中的主要系統(tǒng)1.2.1 海水預(yù)處理系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)能否安全運行取決于預(yù)處理系統(tǒng)的運行情況。海水反滲透（SWRO）

3、給水預(yù)處理技術(shù)主要包括消毒、混凝、澄清、過濾等常規(guī)預(yù)處理工藝及以微濾（MF）、超濾（UF）和納濾（NF）為代表的新膜法預(yù)處理工藝。預(yù)處理的目的為：除去懸浮固體，降低濁度；控制微生物的生長；抑制與控制微溶鹽的沉積；調(diào)整進水溫度和pH；去除有機物；控制金屬氧化物和含硅化合物沉淀。1.2.2.1 混凝澄清沉淀系統(tǒng)。依據(jù)水質(zhì)分析報告，秦嶼鎮(zhèn)近海灘取水水質(zhì)具有含泥沙量大、懸浮物、有機物、濁度等較高特點，為了去除海水原水中的懸浮物、膠體、微生物等物質(zhì)，達到滿足反滲透進水水質(zhì)要求，必須進行多級混凝沉淀處理。即采用混凝沉淀和V型濾池結(jié)合模式，前者功能可有效地去除水中的顆粒、細菌、有機物、懸浮物、濁度和部分膠體

4、，使設(shè)計出水濁度小于3NTU，是本系統(tǒng)主要的預(yù)處理構(gòu)筑物之一；后者進一步去除水中的懸浮物等，降低出水濁度，防止在海水發(fā)生大的波動時影響系統(tǒng)的正常運行，濾池設(shè)計出水濁度小于1NTU，期望值0.5 NTU。1.2.2.2 過濾系統(tǒng)。經(jīng)過混凝沉淀沉淀之后的海水仍然達不到SWRO進水水質(zhì)的要求，還需進一步過濾才能滿足其進水SDI小于4的要求。按照寧德核電國產(chǎn)化率的精神策略，綜合成本及系統(tǒng)安全較高考慮，及運行、維護簡單化等特點，經(jīng)過多方論證，采用常規(guī)預(yù)處理方法，即細沙過濾和自清洗過濾結(jié)合方式。細砂過濾器共24臺（4臺備用），總處理量為1340m3/h，自清洗過濾器為原裝進口，共3套（無備用），單臺處理量

5、為500m3/h。1.2.3 動力系統(tǒng)。依據(jù)海水淡化工藝設(shè)計導(dǎo)則，為了提高能量利用效率，動力部分都會設(shè)置高壓泵和能量回收裝置，只是增壓泵有所不同。1.2.3.1 高壓泵選型。高壓泵是反滲透海水淡化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備，正確選擇高壓泵是系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。由于大型的海水淡化裝置只能采用多級離心泵，所以選擇高壓泵一般要考慮以下問題：水泵的效率，應(yīng)選擇效率高的水泵，因為效率的高低直接影響系統(tǒng)的經(jīng)濟性；選擇高效率覆蓋范圍廣的高壓泵，因為SWRO的通量會衰減，水泵的工作點會漂移；選擇揚程變化時流量變化較小的高壓泵，因為影響SWRO滲透壓的因素較多，水泵要在不同的工作點工作，但是SWRO產(chǎn)能及回收率變化不大

6、；選擇檢修維護容易的高壓泵。鑒于我公司大唐王灘項目、青島電廠、昌邑柳疃項目的經(jīng)驗，寧德核電項目采用3臺型號為MBN 80-255/08臥式多級離心泵（變頻控制）。1.2.3.2 能量回收裝置。高壓海水流經(jīng)反滲透膜元件后除產(chǎn)水外，還有45%-60%的濃水只是克服了反滲透膜的水阻一段間壓差，其中還蘊含了巨大的能量，所以膜法;海水淡化必須設(shè)置能量回收系統(tǒng)。能量回收裝置按照其能量轉(zhuǎn)換形式基本上可以分為2種：一種是如渦輪增壓器和渦輪機，其基本原理是高壓水直接沖擊葉輪，使其旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機械能，同軸帶動升壓葉輪將給水壓力升高；另一種是功交換器，也就是液一液直接傳遞壓力的能量回收裝置，如前最先進的能量回收設(shè)備是P

7、X壓力交換器（PX）。其中PX由于沒有能量形態(tài)的變化，消耗的能量只是維持陶瓷轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動和潤滑，因而單只元件的能量回收效率可高達95%左右。由于PX系列的能量回收裝置具有回收效率高，噪聲低等特點，逐漸受到用戶的青睞。PX壓力轉(zhuǎn)換器從外型看很簡單，類似于短的反滲透壓力容器；它的內(nèi)部只有一個沒有軸的、多通道的陶瓷轉(zhuǎn)子，它在流體動力學(xué)的作用下在一陶瓷套筒內(nèi)呈懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)動。ERI PX元件已在我公司多個項目上取得成功，因此寧德項目選擇了PX220，4套16支，每支元件設(shè)計量為180-220gpm。1.2.4 脫鹽系統(tǒng)。反滲透膜元件是SWRO脫鹽技術(shù)的核心，因此選擇品牌好、性能優(yōu)異的膜元進就顯得尤為重要。

8、海水反滲透膜元件選擇一般要考慮以下幾點：品牌效應(yīng)：目前市場上主流品牌有DOW、Tory、Hydranautic、Nitto等，總所周知陶氏膜元件無論從市場占有率還是性能上，占據(jù)明顯優(yōu)勢。膜材質(zhì)：反滲透膜元件從早期的醋酸纖維膜、脂肪族聚酰胺制成的復(fù)合物等逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的新一代脂肪族聚酰胺制成的復(fù)合物，可以說具有更廣的水質(zhì)適應(yīng)性、脫鹽率高、通量高及運行壓力低等特點，該復(fù)合膜目前收到市場廣泛應(yīng)用。選擇抗污染膜：一些項目對于水質(zhì)要求比較苛刻，特別是膜抗污染性要求高，因此選擇具有較強抗污染的膜元件非常重要，市場上知名品牌廠家都推出了適應(yīng)市場需求的抗污染膜，而且性價比也非常高。選擇用途：依據(jù)不同水質(zhì)用途選

9、擇相應(yīng)的范圍的膜元件也是重要因數(shù)。寧德核電項目中選擇了專用于海水淡化技術(shù)優(yōu)級膜元件，即FILMTECTM SW30HR LE-400i。同時具有最高的產(chǎn)水率和脫鹽率，因而能使海水淡化系統(tǒng)的制水成本最低，優(yōu)點如下：使用該元件設(shè)計的系統(tǒng)能夠在更低能耗下運行，從而優(yōu)化運行成本；或者在更低的通量下獲得更多的產(chǎn)水量，從而優(yōu)化投資成本。該元件具有最高的NaCl和硼脫除率，可以幫助客戶滿足世界衛(wèi)生組織（WHO）的標準及其他飲用水的嚴格標準。在產(chǎn)水分段式海水淡化系統(tǒng)中選用該元件，不會削弱下游段的性能。該元件在制造過程中沒有象其他元件制造商那樣采用氧化性的后處理工藝提高短時的初始性能，因而能在長期運行中一直保持

10、高性能。這就是為什么FILMTECTM 元件比其他品牌經(jīng)久耐用，而且可在更寬的pH 范圍（113）內(nèi)進行更有效的清洗的關(guān)鍵原因之一。全自動、高精度的制造工藝，再加上 增加膜片數(shù)、縮短膜片長度; 的優(yōu)化設(shè)計，減少了整體膜面的污堵效應(yīng)，最大化膜元件的效率，并顯著地降低了運行費用。SWRO系統(tǒng)設(shè)計從經(jīng)濟及安全方面考慮，重點是確定膜元件的排列組合方式及系統(tǒng)回收率。以公司專用反滲透系統(tǒng)設(shè)計軟件-ROSA作為設(shè)計平臺，依據(jù)以下幾個方面最終確定：依據(jù)進水水源水質(zhì)，進水和產(chǎn)水流量以及所需的產(chǎn)水水質(zhì)。參考DOW-FILMTEC中文版膜技術(shù)手冊，8英寸FILMTECTM元件在水處理應(yīng)用中的設(shè)計導(dǎo)則不同溫度下系統(tǒng)比

11、較：根據(jù)系統(tǒng)要求膜系統(tǒng)最佳回收率為45%，海水淡化系統(tǒng)共設(shè)4組，每組設(shè)有壓力容器47個，每個壓力容器內(nèi)裝有7支膜元件，設(shè)計出力為151m3/h（3624m3/d）；系統(tǒng)總出力為14496m3/d。但根據(jù)觀測，廠址附近的累年平均水溫為19.5 （1980-2003年）。平均水溫的年變化曲線呈現(xiàn)一峰一谷型，累年月平均水溫以8月的28.1最高，以2月的10.4最低。全年最熱的三個月出現(xiàn)在7、8、9月。極端最高水溫為31.7，出現(xiàn)在8月。極端最低水溫為6.5，出現(xiàn)在2月。所以在系統(tǒng)設(shè)計時設(shè)計水溫按932 進行考慮，在不同溫度情況下，通過調(diào)整進水壓力保證后續(xù)系統(tǒng)的供水能力。由于溫度變化對系統(tǒng)的回收率，產(chǎn)

12、水量，系統(tǒng)損耗均有很大影響，為保證系統(tǒng)水量的穩(wěn)定運行，達到系統(tǒng)用水要求，故需對不同溫度下的相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，分析結(jié)果如下：系統(tǒng)脫硼率： 由于本系統(tǒng)有一部份水用于生活飲用水，根據(jù)飲用水標準對水中硼的含量要求比較高（B9.5，多數(shù)硼以B（OH）-離子形態(tài)存在。因此反滲透給水pH越高，脫硼率越高。所以本系統(tǒng)綜合控制飲用水反滲透進水的pH值大于9.25，使飲用水產(chǎn)水能滿足生活飲用水水質(zhì)標準。2 海水淡化的技術(shù)經(jīng)濟分析2.1 海水淡化成本及其構(gòu)成隨著淡水資源緊缺已成為全球性危機，越來越多的國家意識到淡水作為一種有限資源，必須有償使用，因而海水淡化制水成本分析方法在世界上逐漸趨向于統(tǒng)一，即海水淡化制水成本

13、由2方面組成：運轉(zhuǎn)費用和維修費用； 在確定比例下的投資回收分攤。運轉(zhuǎn)費用和維修費用包括：管理費、人員工資、總能耗費用（包括電、汽、油等） 、藥品及其他消耗品費用年維修費用（通常取設(shè)備費的1.5% ）、流動資金利息等。反滲透法還包括膜更換費用（海水反滲透膜安全周期為3a）。每年投資回收分攤=總投資x年投資償還率每t淡水的制水成本= （年運轉(zhuǎn)費+維修費+年投資回收分攤） /年淡水產(chǎn)水總量。2.2 技術(shù)經(jīng)濟比較根據(jù)以上分析，將寧德核電海水淡化，其3600t/d低溫多效和反滲透一套海水淡化裝置的成本列于表。其他不具備水電聯(lián)產(chǎn)條件的海水淡化工程，其成本高于表3中的數(shù)值。3 結(jié)論3.1 由于沿海城市淡水資源比較緊張，水價也在逐步上升，因此海水淡化技術(shù)目前已經(jīng)成為解決沿海核電站淡水供應(yīng)短缺局面的主流有效手段，尤其在沿海核電建設(shè)突飛發(fā)展的今天，選用海水淡化，不僅社會意義重大，經(jīng)濟技術(shù)上也是可行的。寧德核電站海水淡化4元/t左右的制水成本從多個方面與當(dāng)?shù)毓I(yè)用水相比已具有相當(dāng)突出的性價比。3.1 沿海海水淡化技術(shù)采用混凝沉淀預(yù)處理，細砂過濾或者UF膜法處理作為SWRO前處理，以及海水反滲透裝置工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，目前像我公司以及國內(nèi)外其它水處理企業(yè)成功運營的案例已不在少數(shù)。3.3 海水淡化雖然不是一門新的技術(shù)，但我國目前大型的海水