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(xiàng)目是我國(guó)國(guó)家核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃頒布后，采用CPR1000技術(shù)方案開(kāi)工的第一個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電項(xiàng)目， 規(guī)劃總裝機(jī)6臺(tái)100萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組。經(jīng)過(guò)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(xiàng)非常成熟的先進(jìn)工藝，在海水項(xiàng)目及其它水質(zhì)中有著較多的成功經(jīng)驗(yàn)；SW30HR LE-400i型號(hào)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(dú)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(yùn)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(jí)合金鋼在國(guó)內(nèi)尚屬罕見(jiàn)。1.1 基礎(chǔ)資料1.1.1 設(shè)計(jì)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(xì)砂過(guò)濾器→自清洗過(guò)濾器→海水反滲透（帶能量回收裝置）→二級(jí)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(yùn)行取決于預(yù)處理系統(tǒng)的運(yùn)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(guò)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(zhǎng)；抑制與控制微溶鹽的沉積；調(diào)整進(jìn)水溫度和pH；去除有機(jī)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(bào)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(jī)物、濁度等較高特點(diǎn)，為了去除海水原水中的懸浮物、膠體、微生物等物質(zhì)，達(dá)到滿足反滲透進(jìn)水水質(zhì)要求，必須進(jìn)行多級(jí)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(xì)菌、有機(jī)物、懸浮物、濁度和部分膠體

4、，使設(shè)計(jì)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(jìn)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(dòng)時(shí)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，濾池設(shè)計(jì)出水濁度小于1NTU，期望值0.5 NTU。1.2.2.2 過(guò)濾系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)混凝沉淀沉淀之后的海水仍然達(dá)不到SWRO進(jìn)水水質(zhì)的要求，還需進(jìn)一步過(guò)濾才能滿足其進(jìn)水SDI小于4的要求。按照寧德核電國(guó)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(yùn)行、維護(hù)簡(jiǎn)單化等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多方論證，采用常規(guī)預(yù)處理方法，即細(xì)沙過(guò)濾和自清洗過(guò)濾結(jié)合方式。細(xì)砂過(guò)濾器共24臺(tái)（4臺(tái)備用），總處理量為1340m3/h，自清洗過(guò)濾器為原裝進(jìn)口，共3套（無(wú)備用），單臺(tái)處理量

5、為500m3/h。1.2.3 動(dòng)力系統(tǒng)。依據(jù)海水淡化工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)則，為了提高能量利用效率，動(dòng)力部分都會(huì)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(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。由于大型的海水淡化裝置只能采用多級(jí)離心泵，所以選擇高壓泵一般要考慮以下問(wèn)題：水泵的效率，應(yīng)選擇效率高的水泵，因?yàn)樾实母叩椭苯佑绊懴到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；選擇高效率覆蓋范圍廣的高壓泵，因?yàn)镾WRO的通量會(huì)衰減，水泵的工作點(diǎn)會(huì)漂移；選擇揚(yáng)程變化時(shí)流量變化較小的高壓泵，因?yàn)橛绊慡WRO滲透壓的因素較多，水泵要在不同的工作點(diǎn)工作，但是SWRO產(chǎn)能及回收率變化不大

6、；選擇檢修維護(hù)容易的高壓泵。鑒于我公司大唐王灘項(xiàng)目、青島電廠、昌邑柳疃項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，寧德核電項(xiàng)目采用3臺(tái)型號(hào)為MBN 80-255/08臥式多級(jí)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(yùn)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(jī)，其基本原理是高壓水直接沖擊葉輪，使其旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機(jī)械能，同軸帶動(dòng)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(jìn)的能量回收設(shè)備是P

7、X壓力交換器（PX）。其中PX由于沒(méi)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(dòng)和潤(rùn)滑，因而單只元件的能量回收效率可高達(dá)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(diǎn)，逐漸受到用戶的青睞。PX壓力轉(zhuǎn)換器從外型看很簡(jiǎn)單，類似于短的反滲透壓力容器；它的內(nèi)部只有一個(gè)沒(méi)有軸的、多通道的陶瓷轉(zhuǎn)子，它在流體動(dòng)力學(xué)的作用下在一陶瓷套筒內(nèi)呈懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。ERI PX元件已在我公司多個(gè)項(xiàng)目上取得成功，因此寧德項(xiàng)目選擇了PX220，4套16支，每支元件設(shè)計(jì)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(jìn)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(diǎn)：品牌效應(yīng)：目前市場(chǎng)上主流品牌有DOW、Tory、Hydranautic、Nitto等，總所周知陶氏膜元件無(wú)論從市場(chǎng)占有率還是性能上，占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。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(shuō)具有更廣的水質(zhì)適應(yīng)性、脫鹽率高、通量高及運(yùn)行壓力低等特點(diǎn)，該復(fù)合膜目前收到市場(chǎng)廣泛應(yīng)用。選擇抗污染膜：一些項(xiàng)目對(duì)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(qiáng)抗污染的膜元件非常重要，市場(chǎng)上知名品牌廠家都推出了適應(yīng)市場(chǎng)需求的抗污染膜，而且性價(jià)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(xiàng)目中選擇了專用于海水淡化技術(shù)優(yōu)級(jí)膜元件，即FILMTECTM SW30HR LE-400i。同時(shí)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(diǎn)如下：使用該元件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠在更低能耗下運(yùn)行，從而優(yōu)化運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)及其他飲用水的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。在產(chǎn)水分段式海水淡化系統(tǒng)中選用該元件，不會(huì)削弱下游段的性能。該元件在制造過(guò)程中沒(méi)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(shí)的初始性能，因而能在長(zhǎng)期運(yùn)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(jìn)行更有效的清洗的關(guān)鍵原因之一。全自動(dòng)、高精度的制造工藝，再加上 增加膜片數(shù)、縮短膜片長(zhǎng)度; 的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(yùn)行費(fèi)用。SWRO系統(tǒng)設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)及安全方面考慮，重點(diǎn)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(jì)軟件-ROSA作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，依據(jù)以下幾個(gè)方面最終確定：依據(jù)進(jìn)水水源水質(zhì)，進(jìn)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(cè)，8英寸FILMTECTM元件在水處理應(yīng)用中的設(shè)計(jì)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(gè)，每個(gè)壓力容器內(nèi)裝有7支膜元件，設(shè)計(jì)出力為151m3/h（3624m3/d）；系統(tǒng)總出力為14496m3/d。但根據(jù)觀測(cè)，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(gè)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(jì)時(shí)設(shè)計(jì)水溫按932 進(jìn)行考慮，在不同溫度情況下，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水壓力保證后續(xù)系統(tǒng)的供水能力。由于溫度變化對(duì)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(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)用水要求，故需對(duì)不同溫度下的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。2 海水淡化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jī)，越來(lái)越多的國(guó)家意識(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維修費(fèi)用； 在確定比例下的投資回收分?jǐn)?。運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維修費(fèi)用包括：管理費(fèi)、人員工資、總能耗費(fèi)用（包括電、汽、油等） 、藥品及其他消耗品費(fèi)用年維修費(fèi)用（通常取設(shè)備費(fèi)的1.5% ）、流動(dòng)資金利息等。反滲透法還包括膜更換費(fèi)用（海水反滲透膜安全周期為3a）。每年投資回收分?jǐn)?總投資x年投資償還率每t淡水的制水成本= （年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)+維修費(fèi)+年投資回收分?jǐn)偅?/年淡水產(chǎn)水總量。2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jià)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(huì)意義重大，經(jīng)濟(jì)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(gè)方面與當(dāng)?shù)毓I(yè)用水相比已具有相當(dāng)突出的性價(jià)比。3.1 沿海海水淡化技術(shù)采用混凝沉淀預(yù)處理，細(xì)砂過(guò)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(guó)內(nèi)外其它水處理企業(yè)成功運(yùn)營(yíng)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(guó)目前大型的海水