海水淡化工藝方案精編

海水淡化工藝方案精編概況乃至水危機(jī)是我國(guó)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(shì)。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。分析報(bào)告送樣單送樣單位分析編號(hào)原批檢測(cè)依濕度分析編號(hào)原海水檢測(cè)溫度碼頭度取水口8碼頭9號(hào)水溫鹽度‰色度濁度含沙量kg/m3DO高錳酸鹽指數(shù)CODMnBOD5氨氮TOC油硫化物化學(xué)需氧量2K+KNa+Ca2+Mg2+Fe2＋未檢出<3<<未檢出<3<<436號(hào)3233rMn2+fCO2非碳酸鹽mmol/l碳酸鹽硬負(fù)硬度mmol/l酚酞堿度mmol/l4582灼4582酸度mmol/l全硅量2溶硅量2膠硅量2全固形全固形物溶解固形物總硬度mmol/l<<<<Fe3＋Al3＋NH3l42263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)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，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提資源保障。本項(xiàng)目結(jié)合2×1000MW發(fā)電機(jī)組的建設(shè)md海水淡化裝置設(shè)2海水淡化技術(shù)概述海水淡化技術(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)和反滲透法(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)。蒸餾法淡化技術(shù)2.1.1多級(jí)閃蒸(MSF)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(guó)的多級(jí)閃蒸(MSF)海水淡化裝置，是我國(guó)第一套大型的海水淡化裝置。圖2-1鹽水再循環(huán)式多級(jí)閃蒸(MSF)原理流程多級(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(zhǎng)、出水品質(zhì)好、造水比高、熱效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但該裝置海水的最高操作溫度在110℃~120℃左右，對(duì)傳熱管和設(shè)備本體必須采用價(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(chǎng)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，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－MED－TVC)工藝。度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于MSF裝置的110℃，所以其能耗和管壁腐蝕及結(jié)垢速率均較低。和MSF相比，其設(shè)備本體和傳熱管的材質(zhì)要求較低，而熱效率較皆可正常操作，而且不會(huì)使造水比下降。低溫多效海水淡化裝置可以用70℃左右，的蒸汽作為熱源，當(dāng)提供的汽機(jī)抽汽參數(shù)高于低溫多效加熱蒸汽的壓力和溫度的要求時(shí)，可采用熱壓縮裝置，可以進(jìn)一步提高系40000t/d，技術(shù)是成熟的。海水反滲透(SWRO)淡化技術(shù)發(fā)展。由于RO膜材料的不斷改進(jìn)，以及能量回收效率為蒸餾海水淡化系統(tǒng)的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(dá)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2-3。保保安過濾器反滲透膜組件高壓泵消毒劑電動(dòng)機(jī)能量回收濃水產(chǎn)品水海水澄清池藝流程圖海水反滲透(SWRO)系統(tǒng)所需的能量決定于進(jìn)水的含鹽量、系統(tǒng)的濃縮倍率、進(jìn)水溫度及產(chǎn)品水的水質(zhì)，其能耗一般為9~10kW?h/m3，若有能量回收裝置，則所需能耗為~6kW?h/m3。SWRO膜組件、高壓泵、能量回收裝置需要進(jìn)口外，其它設(shè)備和器件均可以在國(guó)內(nèi)加工制造，設(shè)備投資以及制水成本相對(duì)較低。海水淡化工藝主要技術(shù)性能對(duì)比2-1海水淡化工藝技術(shù)比較海水淡化工藝海水淡化工藝產(chǎn)品水水質(zhì)裝置熱耗(kJ/kg)進(jìn)水預(yù)處理海水利用率(或回收率)排出海水的濃度最大單機(jī)產(chǎn)水量(m3/d)操作彈性(％)的預(yù)處理系小于較低統(tǒng)20mg/L300mg/L35％55%25％40％(含冷卻水量)原海水的倍原海水的倍原海水的倍相對(duì)較小6819091000不限40~11080~110WRO200500?(有能量回LT－MED－TVC進(jìn)水水質(zhì)要求要求進(jìn)水濁度MSF4需設(shè)置完善從表2-1可以看出，蒸餾法與反滲透法的主要技術(shù)區(qū)別在于：對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求不同；單機(jī)產(chǎn)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(yù)處理系統(tǒng)的要求、出水水質(zhì)、運(yùn)行可靠性以及電耗方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但蒸餾法的總能耗比SWRO法高；從海水用量上看，由于SWRO法水的利用率高，因此取水量較水質(zhì)要求低，但其變工況能力差，抽汽參數(shù)高，工作溫度高，設(shè)備投資大，因而運(yùn)行費(fèi)用高。因此對(duì)于蒸餾法工藝－TVC兩種工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)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(shè)計(jì)條件按滿足電廠自用的2X104m3/d海水淡化規(guī)模及向地方供反滲透膜法(SWRO)海水淡化技術(shù)方案(方案一)3.2.1海水反滲透預(yù)處理系統(tǒng)的選擇海水反滲透，其預(yù)處理的目的是防止懸浮雜質(zhì)、有機(jī)物、膠體物質(zhì)、細(xì)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(jié)垢沉淀，確保海水膜免受機(jī)械和化學(xué)損失，使膜保持良好的性能和足夠長(zhǎng)的使用壽命。根據(jù)海水的取水方式不同、所處的水域水質(zhì)不同，以及采用的海水淡化技術(shù)不同，采用的預(yù)處理方式不同。預(yù)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(zhì)過濾器微濾、超濾、納濾)等。常規(guī)的混凝澄清、介質(zhì)過濾的預(yù)處理方式在目前已運(yùn)行的海水反滲透系統(tǒng)中應(yīng)用較多、運(yùn)行使用時(shí)間較長(zhǎng)，但其占地面積大，系統(tǒng)復(fù)雜，操作費(fèi)力，運(yùn)行維護(hù)都需特別精心才能使反滲透膜不受到污染。超濾(微濾)預(yù)處理方式在水處理領(lǐng)域已應(yīng)用多年，也有許多成功的經(jīng)驗(yàn)。微濾 (超濾)對(duì)海水中的膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細(xì)菌、大分子有機(jī)物具有良好的分離能力，其去除率好于常規(guī)的預(yù)處理方式，采用微濾(或超濾)作為海水反滲透的預(yù)處理，可以滿足反滲透的進(jìn)水水質(zhì)要求。此技術(shù)由于改進(jìn)了反滲透進(jìn)水水質(zhì)，不僅延長(zhǎng)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、降電廠一般情況下海水水質(zhì)較好、懸浮物及泥沙含量較少，根據(jù)相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，海水反滲透淡化系統(tǒng)預(yù)處理可采用直接超(微)濾裝置。3.2.2海水淡化系統(tǒng)設(shè)置)工藝流程海水反滲透—淡水箱—用戶WRO3.2.3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、加藥間、過濾間、水泵間、配電間等，室外設(shè)置各類水箱(池)等設(shè)施。海水淡化站占地分別約105m×50m，105mX400m。低溫多效(LT－MED－TVC)蒸餾法海水淡化技術(shù)方案(方案二)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)行殺菌滅海水——海水取水泵——MED裝置——淡水箱/池——用戶2)廠用電3.3.2海水淡化系統(tǒng)配置及設(shè)計(jì)參數(shù)抽汽量：兩臺(tái)機(jī)共67t/h；1334t/h抽汽參數(shù)：壓力為(暫定)，溫度為300℃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130m×80m；180m×560m。4海水淡化方案的經(jīng)濟(jì)比較自用型海水淡化廠的經(jīng)濟(jì)比較m/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110×廠用電包括發(fā)電廠用水電和淡化用電兩部分，兩個(gè)方率差別很小，均按5％考慮。理的淡水反滲透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h/m3低溫多效蒸餾方案耗電：淡化站電耗h/m33)工程投資4)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用兩個(gè)方案的發(fā)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?。核幤芳澳じ鼡Q費(fèi)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)元/m3淡水5)其它條件蒸汽價(jià)格：按元/噸計(jì)基本折舊費(fèi)：低溫多效設(shè)備屬于熱力設(shè)備，使用年年；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。表4-1海水淡化方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)海水淡化站制水成本位方案一方案二2890與方案二相比，方案一具有投資省、制水成本低的優(yōu)外供型海水淡化方案的經(jīng)濟(jì)比較經(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)偅瑤в泻艽蟮娜藶橐蛩?。第二是熱價(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。4.2.2比較計(jì)算的條件4.2.2.1汽輪發(fā)電機(jī)組在凝汽工況和抽汽工況下不同負(fù)荷力按汽輪機(jī)廠提供的1000MW機(jī)組熱平衡圖為h4.2.2.3廠用電率1)方案一：發(fā)電廠用電率5%淡化廠用電率h/m32)方案二：發(fā)電廠用電率%淡化廠用電率h/m34.2.2.4財(cái)務(wù)分析的其它條件)假定水價(jià)(不含稅)從、、、、、元/m3計(jì)算相應(yīng)的電價(jià)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4-2。發(fā)電部分總投海水淡化資部分合計(jì)發(fā)電出力年發(fā)電量年供電量年供淡水量平均發(fā)電標(biāo)煤耗制淡水能(標(biāo)位MWkWhkWhkg/kWhkg/m3方案二(LT-MED-TVC)方案一(SWRO)2×1000供電部供電部分供淡水部分合計(jì)煤)耗年耗煤量表4-3方案一(SWRO)財(cái)務(wù)分析計(jì)算成果表電電價(jià)(元投資方內(nèi)部收益/MWh)不含含(年)稅稅(元/m3)不含含稅稅投資回率(％)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)算成果表投投資方內(nèi)部收益電價(jià)(元投資回率(元/m3率(年)(％)稅(年)(％)稅稅注注注：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)。SWROSWROLTMEDTVC方案，水價(jià)(不含稅，元/m3) 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104t(標(biāo)煤)，相應(yīng)多排放二氧化碳約×104t。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)5海水淡化工程實(shí)例近年來，隨著電廠的建設(shè)，我國(guó)陸續(xù)投產(chǎn)了多項(xiàng)配套餾法海水淡化工程表5-1蒸餾法海水淡化工程實(shí)例項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱大港電廠海水淡化工程海水預(yù)處理工藝脫氣海水淡化MSF單機(jī)容量(m3/d)總?cè)萘?m3/d)6000黃島電廠海水黃島電廠海水淡化工程黃驊電廠一期海水淡化工程首鋼京唐鋼鐵廠海水淡化工程天津北疆發(fā)電廠一期海水淡化工程無預(yù)處理混凝沉淀混凝沉淀微砂加速混凝沉淀LT-MED-TVCLT-MED-TVCL