海水淡化工艺方案

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1、 1 前言1.1概况我国淡水资源极为匮乏，全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中100多个城市严重缺水。淡水资源短缺乃至水危机是我国经济社会可持续开展过程中的最大制约之一。电厂在生产电能的同时，可利用其廉价的热和电，进展海水淡化，不仅可满足其工业用水的需要，而且还可为周边地区提供淡水水源。在推动和利用海水淡化技术方面，电厂有着其得天独厚的有利条件。因此滨海电厂配套建立海水淡化装置已成开展趋势。1.2水源与水质特点某电厂取水具有海域辽阔、水量充分、海水较清、悬浮物与有害微生物少等特点，可大大节省海水取水本钱与原料海水预处理本钱。海水水质分析报告如下：分析报告送样单位批号：样品类型：海水

2、检测依据：GB17378.4-2007检测环境：检测温度25.5摄氏度湿度63%分 析 编 号101238101239分 析 编 号101238101239原 号码头取水口原 号码头取水口水 温18.619.1NO3-3.003.00盐 度 29.626.3NO2-0.100.10色 度未检出未检出HCO3-138140SS8078CO32-0.000.00浊 度 3 3Ba2+0.010.01含沙量 kg/m30.10 0.12 Sr2+0.0010.001DO3.42 4.15 Mn2+0.010.01高锰酸盐指数 CODMn1.54 1.64 pH7.858.02BOD55.86 6.7

3、5f CO224.1518.64氨 氮0.010.01非碳酸盐硬度mmol/l104104TOC0.28 0.2碳酸盐硬度mmol/l1.181.16油0.0360.024负 硬 度mmol/l0.000.00硫 化 物0.010.01甲基橙碱度mmol/l1.151.15化学需氧量 (O2)9.258.76 酚酞碱度mmol/l0.000.00K+524436灼烧减量45823864Na+51865241酸 度mmol/l0.25 0.20 Ca2+670664全硅量(SiO2)2.00 1.00 Mg2+14571421溶硅量(SiO2)1.80 0.96 Fe20.00 0.00 胶硅量

4、(SiO2)0.20 0.04 Fe30.00 0.02全固形物3675239156Al30.010.01溶解固形物3683239243NH30.010.01总 硬 度mmol/l105 107 Cl-1635216478SO42-342835961.3 海水淡化规模根据建厂地区的缺水状况，电厂可针对性地提出水电联产的方案，目前可解决电厂的淡水用水，以后可根据需要适时配套建立大规模的海水淡化厂，为地方经济开展提供淡水资源保障。本项目结合21000MW发电机组的建立规模，暂按配套建立2104m3/d规模的海水淡化装置设计；并对总规模为40104m3/d海水淡化厂作出展望。 本专题报告按本期工程厂

5、自用的2104m3/d规模和规划容量的40104m3/d的海水淡化站分别进展比拟论述。2 海水淡化技术概述海水淡化技术的种类很多，但适于产业化的主要有蒸馏法俗称热法和反渗透法俗称膜法。蒸馏法主要有多级闪蒸(MSF)、低温多效蒸馏(LTMED)技术。2.1 蒸馏法淡化技术 多级闪蒸(MSF)MSF是蒸馏法海水淡化最常用的一种方法，在20世纪80年代以前，较大型的海水淡化装置多数采用MSF技术。大港电厂二期工程引进了美国的多级闪蒸(MSF)海水淡化装置，是我国第一套大型的海水淡化装置。MSF的典型流程示意图见图2-1。图2-1盐水再循环式多级闪蒸MSF原理流程多级闪蒸过程原理如下；将原料海水加热到

6、一定温度后引入闪蒸室，由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地局部气化，从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。MSF装置具有设备单机容量大、使用寿命长、出水品质好、造水比高、热效率高、寿命长等优点。但该装置海水的最高操作温度在110120左右，对传热管和设备本体的腐蚀性较大，必须采用价格昂贵的铜镍合金、特制不锈钢与钛材，因此设备造价高；设备的操作弹性小，多级闪蒸的操作弹性是其设计值的80%110%，不适应于产水量要求可变的场合。 低温多效蒸馏(LTMED)低温多效蒸馏海水淡化技术是指盐水最高温度不超过7

7、0的淡化技术，是20世纪80年代成熟的高效淡化技术。其特点是将一系列的喷淋降膜蒸发器串联布置。加热蒸汽被引入第一效，其冷凝热使几乎等量的海水蒸发，通过屡次蒸发和冷凝，后面的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水，最后一效的蒸汽在海水冷凝器中冷凝。第一效冷凝液返回锅炉，而其他效与海水冷凝器的冷凝液收集后作为产品水。为提高热效率，目前多采用压汽蒸馏的淡化工艺，压缩可采用蒸汽喷射器，称为热压缩TVC；或采用机械蒸汽压缩机，即机械压缩MVC，由于受压缩机的限制，其单台装置的容量较其他蒸馏装置小。目前绝大多数低温多效蒸馏装置都采用热压汽蒸馏的方式来提高热能效率，即低温多效加蒸汽压缩喷射器L

8、TMEDTVC工艺。图2-2是LTMEDTVC蒸馏装置的原理示意图。图2-2 LTMED-TVC蒸馏装置的原理示意图低温多效海水淡化装置的运行温度远远低于MSF装置的110，所以其能耗和管壁腐蚀与结垢速率均较低。和MSF相比，其设备本体和传热管的材质要求较低，而热效率较高。多效蒸馏的操作弹性很大，负荷围从110%变到40%，皆可正常操作，而且不会使造水比下降。低温多效海水淡化装置可以用70左右，0.030-0.035MPa(a)的蒸汽作为热源，当提供的汽机抽汽参数高于低温多效加热蒸汽的压力和温度的要求时，可采用热压缩装置，可以进一步提高系统的热效率。国外近几年MED开展迅速，MED单台最大产水

9、量已达40000t/d，技术是成熟的。2.2 海水反渗透(SWRO)淡化技术海水反渗透(SWRO)淡化技术在20世纪70年代后获得了很大开展。由于RO膜材料的不断改良，以与能量回收效率的不断提高，SWRO技术越来越引起人们的关注，现也已成为蒸馏海水淡化系统的主要竞争对手。反渗透是用一种特殊的膜，在外加压力的作用下使溶液中的某些组分选择性透过，从而到达淡化、净化或浓缩别离的目的。典型的海水反渗透处理工艺流程见图2-3。预处理反渗透膜组件保安过滤器产品水原水池澄清池海水电动机能量回收 浓水 混凝剂杀菌剂杀菌剂除氯复原剂消毒剂高压泵图2-3典型的海水反渗透工艺流程图海水反渗透(SWRO)系统所需的能

10、量决定于进水的含盐量、系统的浓缩倍率、进水温度与产品水的水质，其能耗一般为910kWh/m3，假设有能量回收装置，那么所需能耗为3.56kWh/m3。海水反渗透SWRO设备除膜组件、高压泵、能量回收装置需要进口外，其它设备和器件均可以在国加工制造，设备投资以与制水本钱相对较低。 2.3 海水淡化工艺主要技术性能比照常用的海水淡化工艺主要技术性能见表2-1。表2-1 海水淡化工艺技术比拟海水淡化工艺比拟 SWROLTMEDTVCMSF产品水水质(mg/L)200500110110电耗(kWh/m3)3.56.0有能量回收121.54装置热耗kJ/ kg190400190400进水预处理需设置完善

11、的预处理系统要求进水浊度 小于20mg/L300mg/L进水水质要求较低海水利用率或回收率3555%2540含冷却水量排出海水的浓度原海水的1.61.9倍原海水的1.51.8倍原海水的1.72.2倍最大单机产水量m3/d相对较小6819091000操作弹性不限4011080110从表2-1可以看出，蒸馏法与反渗透法的主要技术区别在于：对进水水质的要求不同；单机产水量的不同；变工况能力的不同；能热耗的不同等。蒸馏法在装置规模、预处理系统的要求、出水水质、运行可靠性以与电耗方面具有明显优势，但蒸馏法的总能耗比SWRO法高；从海水用量上看，由于SWRO法水的利用率高，因此取水量较少。在变工况能力上，

12、SWRO法那么没有限制。与LTMEDTVC相比，MSF装置单机容量大，对进水的水质要求低，但其变工况能力差，抽汽参数高，工作温度高，设备投资大，因而运行费用高。因此对于蒸馏法工艺推荐选用LTMEDTVC方案。本专题将对SWRO和LTMEDTVC两种工艺进展技术经济比拟，结合各淡水用户的用水需求确定海水淡化工艺。3电厂海水淡化方案选择3.1 海水淡化系统设计条件按满足电厂自用的2X104m3/d海水淡化规模与向地方供水的40X104m3/d海水淡化规模分别进展比拟。3.2 反渗透膜法SWRO海水淡化技术方案(方案一)3.2.1 海水反渗透预处理系统的选择海水反渗透，其预处理的目的是防止悬浮杂质、

13、有机物、胶体物质、细菌、微生物等附着在膜外表或堵塞膜元件水流通道，防止海水膜外表结垢沉淀，确保海水膜免受机械和化学损失，使膜保持良好的性能和足够长的使用寿命。根据海水的取水方式不同、所处的水域水质不同，以与采用的海水淡化技术不同，采用的预处理方式不同。预处理系统的形式有：混凝、沉淀澄清、过滤活性炭过滤器、多介质过滤器微滤、超滤、纳滤等。常规的混凝澄清、介质过滤的预处理方式在目前已运行的海水反渗透系统中应用较多、运行使用时间较长，但其占地面积大，系统复杂，操作费力，运行维护都需特别精心才能使反渗透膜不受到污染。超滤微滤预处理方式在水处理领域已应用多年，也有许多成功的经历。微滤超滤对海水中的胶体、

14、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的别离能力，其去除率好于常规的预处理方式，采用微滤(或超滤)作为海水反渗透的预处理，可以满足反渗透的进水水质要求。此技术由于改良了反渗透进水水质，不仅延长了海水反渗透的清洗周期、反渗透膜的使用寿命，而且有助于提高系统的回收率、降低运行费用。且新技术占地面积小，操作、维护简单。电厂一般情况下海水水质较好、悬浮物与泥沙含量较少，根据相关工程的经历，海水反渗透淡化系统预处理可采用直接超微滤装置。3.2.2海水淡化系统设置1工艺流程海水自清洗过滤器超滤海水反渗透淡水箱用户2SWRO系统配置与设计参数制水规模：2X104m3/d；4X104m3/d单机容量

15、：200m3/h；400 m3/h设备套数：5套；50套反渗透海水淡化的回收率：40%45%产品水水质：TDS (固体溶解物总量)300500mg/L设计水温：15353.2.3 淡化站布置海水淡化站建构筑物包括：超滤、反渗透设备间，设备间设置控制室、加药间、过滤间、水泵间、配电间等，室外设置各类水箱(池)等设施。海水淡化站占地分别约105m50m，105mX400m。3.3 低温多效LTMEDTVC蒸馏法海水淡化技术方案(方案二)淡化工艺流程低温多效淡化装置对进水的水质要求不高，鉴于本工程取水海域水质较清、泥沙含量少，进入海水淡化站的海水水质较好。因此，本工程不设置预处理。为防止设备结垢，在

16、进料液中参加聚磷酸盐类阻垢剂。为防止海生物孳生，设置次氯酸钠加药系统，以对进入的海水进展杀菌灭藻处理。工艺流程为：海水海水取水泵MED装置淡水箱/池用户 海水淡化系统配置与设计参数制水规模：2X104m3/d；4X104m3/d单机容量：10000 m3/d；25000 m3/d设备台数：2台；16台造水比：12.5产品水水质： TDS(固体溶解物总量)5mg/L。抽汽量：两台机共67t/h；1334t/h抽汽参数：压力为0.55MPa暂定，温度为300 海水淡化站布置低温多效设备露天布置，另设控制室、加药间、配电间等。室外布置淡水池和水箱等设施。淡化站占地分别约130m80m；180m560

17、m。4 海水淡化方案的经济比拟4.1自用型海水淡化厂的经济比拟对于与发电工程配套的自用型20000 m3/d海水淡化装置，热法耗汽量约为67t/h，不影响电厂的发电量，所产淡水为电厂自用，因此两种海水淡化方案的经济比拟仅针对其对发电厂本身的上网电价与煤耗的影响来进展。 比拟计算的条件1年发电量按发电年利用小时5500h计算，为110108 kWh。2厂用电厂用电包括发电厂用水电和淡化用电两局部，两个方案的发电厂用电率差异很小，均按5考虑。反渗透方案耗电：淡化站电耗3.5kWh/m3，用于锅炉补给水处理的淡水反渗透0.5kWh/m3为便于计算比拟，淡水反渗透电耗按淡化站产淡水量进展了折算，总电耗

18、4.0kWh/m3低温多效蒸馏方案耗电：淡化站电耗1.5kWh/m33工程投资根据近期国海水淡化项目的实施情况，LT-MED-TVC海水淡化装置投资约为800010000元d /m3，SWRO海水淡化装置为40005000元d /m3，淡水反渗透为600650元d /m3。本报告暂按上限取值，即：方案一取5000元d /m3，方案二取10000元d /m3。4运行维护费用两个方案的发电局部维修费用根本一样。海水淡化装置的运行维护费用：反渗透方案取：药品与膜更换费1.20元/m3淡水(包括淡水反渗透局部)低温多效蒸馏方案取：药品费0.20元/m3淡水5其它条件标煤价：1000元/吨蒸汽价格：按5

19、3.24元/吨计电费：厂用电价按0.29元/kWh计算。根本折旧费：低温多效设备属于热力设备，使用年限相对较长，因此其固定资产折旧年限取25年；海水反渗透设施使用年限相对低温多效设备较短，因此其固定资产折旧年限取20年。 按电厂实际耗水量计算运行费用 主要经济指标按上述条件，两个方案的经济指标计算结果见表4-1。表4-1海水淡化方案经济指标项目单位方案一方案二海水淡化站投资万元1289022890制水本钱(元/吨)5.158.39从表4-1数据可以看出：与方案二相比，方案一具有投资省、制水本钱低的优点。4.2外供型海水淡化方案的经济比拟外供淡水时，海水淡化方案的经济比拟方法有两种。一种是仅就不

20、同的淡化装置方案计算其投资、本钱，在一样的资本金部收益率的条件下，计算出不同方案的水价。此方法存在两个问题，第一是对于蒸馏法的热价如何确定。热价是影响蒸馏法水价的主要因素，而热价确实定涉与到热电联产带来的效益以与固定资产折旧在热和电中两种产品如何分摊，带有很大的人为因素。第二是热价的上下以与发电量的不同对发电局部厂的经济效益的影响没有考虑。基于上述分析，本报告提出第二种比拟模式，即将发电局部与制淡水局部捆成一个厂来进展分析计算，即电厂有两种产品：电和淡水。不同方案在锅炉蒸发量、年供淡水量以与投资方部收益率一样的条件下，通过财务分析，假定电价计算水价，或假定水价计算电价，取其低者为优。此种比拟模

21、式就防止了前述第一种方法的问题。 比拟计算的条件.1 汽轮发电机组在凝汽工况和抽汽工况下不同负荷率的热耗和出力按汽轮机厂提供的1000MW机组热平衡图为依据。.2 年发电量按发电年利用小时5500h计算。年供淡水量按淡化装置年利用小时7600h计算。.3 厂用电率1方案一：发电厂用电率5% 淡化厂用电率3.5kWh/m32方案二：发电厂用电率5.66% 淡化厂用电率1.5kWh/m3.4财务分析的其它条件标煤价：650元/吨2008年惠安电厂煤价投资方部收益率：10假定水价不含税从4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0元/m3计算相应的电价104m3/d经济比拟计算结果按上述条件，两个

22、方案的技术指标计算结果见表4-2。表4-2技术指标项目单位方案一SWRO方案二LT-MED-TVC总投资发电局部万元924659.94924659.94海水淡化局部万元211024.58427577.67合计万元1135684.521352237.61发电出力MW210002857.74年发电量108 kWh110104.31年供电量108 kWh100.0796.51年供淡水量104 m312666.6712666.67平均发电标煤耗kg/kWh0.28260.2358制淡水能标煤耗kg/m31.0418.815年耗煤量供电局部104 t/a297.71241.18供淡水局部104 t/a1

23、3.18106.91合计104 t/a310.89348.09表4-3方案一SWRO财务分析计算成果表水价元/m3电价元/MWh投资方部收益率投资回收期年备注不含税含税不含税含税4.55.07328.31383.671011.195.05.64321.96376.261011.195.56.2315.61368.841011.196.06.77309.25361.421011.196.57.33302.9354.011011.197.07.9296.55346.591011.194.064.59333.79390.061011.19注注：本行数据是以假定本工程不设海水淡化时的电厂计算电价来计算

24、水价。表4-4方案二LT-MED-TVC财务分析计算成果表水价元/m3电价元/MWh投资方部收益率投资回收期年备注不含税含税不含税含税4.55.08387.95453.251011.195.05.65381.37445.561011.195.56.21374.78437.871011.196.06.77368.19430.181011.196.57.34361.61422.491011.197.07.9355.02414.81011.198.619.72333.79390.011011.19注注：本行数据是以假定本工程不设海水淡化时的电厂计算电价来计算水价。图4-1水价与电价关系曲线上述计算结

25、果说明，两个方案在经济效益一样的条件下，l 随着水价上升，电价随之下降；l 在一样的水价下，方案一的电价明显低于方案二的电价，或者说，在一样的电价下，方案一的水价明显低于方案二的水价；l 由于方案二的制水能耗远大于方案一的制水能耗，两个方案在年供水量一样，方案二的供电量比方案一少3.56108 kWh的情况下，方案二年用煤量比方案一多37.2104 t标煤，相应多排放二氧化碳约84.7104 t。l 现电厂标煤价为1000元/吨，从上面的趋势可以看出，方案二的水价会更高，即与方案一的水价差距会更大。5海水淡化工程实例近年来，随着电厂的建立，我国陆续投产了多项配套的海水淡化工程，表5-1列出了局

26、部蒸馏法海水淡化工程实例，表5-2列出了局部反渗透法海水淡化工程实例。表5-1蒸馏法海水淡化工程实例项目名称单机容量m3/d总容量m3/d海水淡化工艺海水预处理工艺大港电厂海水淡化工程30006000MSF仅加酸、脱气黄岛电厂海水淡化工程30003000LT-MED-TVC无预处理黄骅电厂一期海水淡化工程1000020000LT-MED-TVC混凝沉淀首钢京唐钢铁厂海水淡化工程1250050000LT-MED-TVC混凝沉淀北疆发电厂一期海水淡化工程25000200000LT-MED-TVC微砂加速混凝沉淀表5-2反渗透法海水淡化工程实例项目名称单机容量m3/d总容量m3/d海水淡化工艺海水预

27、处理工艺黄岛电厂海水淡化工程3000/100003000/10000SWRO自清洗过滤器+超滤王滩电厂海水淡化工程360010800SWRO自清洗过滤器+超滤华能玉环电厂海水淡化工程576034560SWRO“微旋涡折板式反响沉淀池+浸没式超滤浙能乐清电厂海水淡化工程21600SWRO混凝澄清装置+超滤华能电厂海水淡化工程24009600SWRO反响沉淀池+多介质过滤+细砂过滤庄河电厂海水淡化工程海水淡化工程424012720SWRO反响沉淀池+超滤核电厂海水淡化工程363014520SWRO混凝沉淀+均粒V型砂滤+细砂过滤6 结论综合比拟的结论如下：1从经济、环境和社会效益三方面综合考虑，海水反渗透方案都有优势。2对于2104m3/d海水淡化系统，为节省投资、缩短工期、减少占地面积，推荐采用海水反渗透方案。3对于40104m3/d海水淡化系统，可以采用热膜结合的淡化制水方案，以满足用户的不同用水水质需求，同时还可减少因热法大量抽汽对发电的影响。4无论采用何种方案，海水淡化装置均为模块组成，可分期建立，不影响电站主机设备的选型和订货。海水淡化装置的建立规模、进度与方案组成均可根据社会需求而定。14 / 14