海水淡化工藝方案

1、1.1 概況我國淡水資源極為匱乏，全國660多個(gè)城市中，有400多個(gè)城市缺水，其中100多個(gè)城市嚴(yán)重缺水。淡水資源短缺乃至水危機(jī)是我國經(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。1.2 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。海水水質(zhì)分析報(bào)告如下：分析報(bào)告送樣單位批號：樣品類型：海水檢測依

2、據(jù)：GB17378.4-2007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18.619.1NO33.003.00鹽度九29.626.3NO20.100.10色度未檢出未檢出HCO3138140SS8078CO32-0.000.00濁度<3<3Bar<0.01<0.01含沙量kg/m30.100.12S產(chǎn)<0.001<0.001DO3.424.15Mn2+<0.01<0.01高鈕酸鹽指數(shù)CODMn1.541.64PH7.858.02BOD55.866.7

3、5fCO224.1518.64氨氮<0.01<0.01非碳酸鹽硬度mmol/l104104TOC0.280.2碳酸鹽硬度mmol/l1.181.16油0.0360.024負(fù)硬度mmol/l0.000.00硫化物<0.01<0.01甲基橙堿度mmol/l1.151.15化學(xué)需氧量(02)9.258.76酚酥堿度mmol/l0.000.00K+524436灼燒減量45823864Na+51865241酸度mmol/l0.250.20Ca2+670664全心(SO)2.001.00Mg2+14571421溶®*(SO)1.800.96L2+Fe0.000.00膠&#

4、174;*(SiO；0.200.04Fe3+0.000.02全固形物3675239156Al3+<0.01<0.01溶解固形物3683239243NH3<0.01<0.01總硬度mmol/l105107Cl-1635216478SO42-342835961.3 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(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)展提供淡水資源保障。本項(xiàng)目結(jié)合2X1000MW發(fā)電機(jī)組的建設(shè)規(guī)模，暫按配套建設(shè)2Xl04m3/d規(guī)模的海水淡化裝置設(shè)計(jì)；并對總規(guī)模為40X104m3/d海水淡化

5、廠作出展望。本專題報(bào)告按本期工程廠內(nèi)自用的2x104m3/d規(guī)模和規(guī)劃容量的40X104m3/d的海水淡化站分別進(jìn)行比較論述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)化的主要有蒸儲法（俗稱熱法）和反滲透法（俗稱膜法）。蒸儲法主要有多級閃蒸（MSF）、低溫多效蒸儲（LTMED）技術(shù)。蒸儲法淡化技術(shù)多級閃蒸（MSF）MSF是蒸儲法海水淡化最常用的一種方法，在20世紀(jì)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)了美國的多級閃蒸（MSF湎水淡化裝置，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）原理流程多

6、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(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、出水品質(zhì)好、造水比高、熱效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但該裝置海水的最高操作溫度在110c120C左右，對傳熱管和設(shè)備本體的腐蝕性較大，必須采用價(jià)格昂貴的銅鍥合金、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)水量要求可變的場合。低溫多效蒸儲(LT-MED)低溫多效

7、蒸儲海水淡化技術(shù)是指鹽水最高溫度不超過70c的淡化技術(shù)，是20世紀(jì)80年代成熟的高效淡化技術(shù)。具特點(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儲水，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，目前多采用壓汽蒸儲的淡化工藝，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，其單臺裝置的容量較其他蒸儲裝置小。目前絕大多數(shù)低溫多效蒸儲裝置都采用熱壓汽蒸儲

8、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LTMED-TVC蒸儲裝置的原理示意圖。圖2-2LT-MED?TVC蒸儲裝置的原理示意圖低溫多效海水淡化裝置的運(yùn)行溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于MSF裝置的110C,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，而熱效率較高。多效蒸儲的操作彈性很大，負(fù)荷范圍從110%變到40%,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70C左右,0.030-0.035MPa®）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

9、以進(jìn)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(chǎn)水量已達(dá)40000t/d,技術(shù)是成熟的。海水反滲透（SWRO沙化技術(shù)海水反滲透（SWRO）淡化技術(shù)在20世紀(jì)70年代后獲得了很大發(fā)展。由于RO膜材料的不斷改進(jìn)，以及能量回U效率的不斷提高，SWRO技術(shù)越來越引起人們的關(guān)注，現(xiàn)也已成為蒸儲海水淡化系統(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(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2-3o圖2-3典型的海水反滲透工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

10、水的水質(zhì)，具能耗一般為910kW?h/m3,若有能量回收裝置，則所需能耗為3.5-6kW?h/m3。海水反滲透SWRO設(shè)備除膜組件、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內(nèi)加工制造，設(shè)備投資以及制水成本相對較低。海水淡化工藝主要技術(shù)性能對比常用的海水淡化工藝主要技術(shù)性能見表2-1。表2-1海水淡化工藝技術(shù)比較海水淡化工藝比較SWROLT-MED-TVCMSF產(chǎn)品水水質(zhì)（mg/L）200?5001?101?10電耗(kW?h/m3)3.5?6.0（有能量回收）1?21.5?4裝置熱耗（kJ/kg）?190?400190?400進(jìn)水預(yù)處理需設(shè)置完善的預(yù)處理系統(tǒng)要求進(jìn)水濁度小于20

11、mg/L?300mg/L進(jìn)水水質(zhì)要求較低海水淡化工藝比較SWROLT-MED-TVCMSF海水利用率（或回收率）35%?55%25%?4a（含冷卻水量）排出海水的濃度原海水的1.6?1.9倍原海水的1.5?1.時(shí)原海水的1.7?2.珀最大單機(jī)產(chǎn)水量（m3/d）相對較小6819091000操作彈性（）不限4011080110從表2-1可以看出，蒸儲法與反滲透法的主要技術(shù)區(qū)別在于：對進(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。蒸儲法在裝置規(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，但蒸儲法的總能耗比SWRO法高；從海水用量上看，由于SWRO

12、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(jī)容量大，對進(jìn)水的水質(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。因此對于蒸儲法工藝推薦選用LT-MED-TVC方案。本專題將對SWRO和LTMEDTVC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)模及向地方供水的40X1C4m3/d海水淡化規(guī)模分別進(jìn)行比較。反滲透膜法（SWRO）海水淡化技術(shù)方案（方案一）海水反滲透預(yù)處理系統(tǒng)的選擇海水反滲透，其

13、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，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

14、許多成功的經(jīng)驗(yàn)。微濾（超濾）對海水中的膠體、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(yùn)行費(fèi)用。且新技術(shù)占地面積小，操作、維護(hù)簡單。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。海水淡化系統(tǒng)設(shè)置1）工藝流程海水一自清洗過濾器一超濾一海水反滲透一淡水箱一用戶SWRO系統(tǒng)配置及設(shè)計(jì)參數(shù)制水規(guī)模

15、：2X104m3/d;4X104m3/d單機(jī)容量：200m3/h;400m3/h設(shè)備套數(shù)：5套；50套反滲透海水淡化的回收率：40%45%產(chǎn)品水水質(zhì)：TDS（固體溶解物總量）300500mg/L設(shè)計(jì)水溫：15C35c淡化站布置海水淡化站建（構(gòu)）筑物包括：超濾、反滲透設(shè)備問，設(shè)備間內(nèi)設(shè)置控制室、加藥問、過濾問、水泵間、配電間等，室外設(shè)置各類水箱cA）等設(shè)施。海水淡化站占地分別約105mx50m,105mx400nl低溫多效（LTMEDTVC）蒸儲法海水淡化技術(shù)方案（方案二）淡化工藝流程低溫多效淡化裝置對進(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

16、，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)，以對進(jìn)入的海水進(jìn)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/池用戶海水淡化系統(tǒng)配置及設(shè)計(jì)參數(shù)制水規(guī)模：2X104m3/d;4X104m3/d單機(jī)容量：10000m/d;25000R3/d設(shè)備臺數(shù)：2臺；16臺造水比：12.5產(chǎn)品水水質(zhì)：TDS（固體溶解物總量）?5mg/L抽汽量：兩臺機(jī)共67t/h;1334t/h抽汽參數(shù)：壓力為0.55MPa（暫定），溫度為300c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

17、別約130mx80m；180mx560m。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)比較對于與發(fā)電工程配套的自用型20000m/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)比較僅針對其對發(fā)電廠本身的上網(wǎng)電價(jià)及煤耗的影響來進(jìn)行。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110X1C8kW?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(gè)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3.5kW?h/m3,用于鍋爐補(bǔ)給水處理的淡水反滲透0.5kW?h/m3（為便于計(jì)算比較，淡水反滲透

18、電耗按淡化站產(chǎn)淡水量進(jìn)行了折算），總電耗4.0kW?h/m3低溫多效蒸儲方案耗電：淡化站電耗1.5kW?h/m33）工程投資根據(jù)近期國內(nèi)海水淡化項(xiàng)目的實(shí)施情況，LT?MED?TVC海水淡化裝置投資約為8000?1000加?d/m3,SWRO海水淡化裝置為4000?500%?d/m3,淡水反滲透為600650元？d/m3。本報(bào)告暫按上限取值，即：方案一取5000元？d/m3,方案二取10000元？d/m3。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：反滲透方案取：藥品及膜更換費(fèi)1.20元/m3淡水（包括淡水反滲透部分）低溫多效蒸儲方案?。核幤焚M(fèi)0.20元/m3

19、淡水5）其它條件標(biāo)煤價(jià)：1000元/噸蒸汽價(jià)格：按53.24元/噸計(jì)電費(fèi)：廠用電價(jià)按0.29元/kWh計(jì)算基本折舊費(fèi)：低溫多效設(shè)備屬于熱力設(shè)備，使用年限相對較長，因此其固定資產(chǎn)折舊年限取25年；海水反滲透設(shè)施使用年限相對低溫多效設(shè)備較短，因此其固定資產(chǎn)折舊年限取20年。按電廠實(shí)際耗水量計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用主要經(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)項(xiàng)目單位力殺一力殺一海水淡化站投資萬元1289022890制水成本（元/噸）5.158.39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(diǎn)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

20、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，第一是對于蒸儲法的熱價(jià)如何確定。熱價(jià)是影響蒸儲法水價(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)?，帶有很大的人為因素。第二是熱價(jià)的高低以及發(fā)電量的不同對發(fā)電部分（廠）的經(jīng)濟(jì)效益的影響沒有考慮?；谏鲜龇治?，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

21、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。比較計(jì)算的條件汽輪發(fā)電機(jī)組在凝汽工況和抽汽工況下不同負(fù)荷率的熱耗和出力按汽輪機(jī)廠提供的1000MW機(jī)組熱平衡圖為依據(jù)。年發(fā)電量按發(fā)電年利用小時(shí)5500h計(jì)算。年供淡水量按淡化裝置年利用小時(shí)7600h計(jì)算。1）方案一：發(fā)電廠用電率5%淡化廠用電率3.5kW?h/m32）方案二：發(fā)電廠用電率5.66%淡化廠用電率1.5kW?h/m34.2.2.4財(cái)務(wù)分析的其它條件標(biāo)煤價(jià)：650元/噸（2008年惠安電廠煤價(jià)）投資方內(nèi)部收益率：10%假定水價(jià)（不含稅）從4.5、5.R556。657.0元/m3計(jì)算相應(yīng)的電價(jià)4.

22、2.34X1（4m3/d經(jīng)濟(jì)比較計(jì)算結(jié)果按上述條件，兩個(gè)方案的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表4-2。表4-2技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目單位方案一（SWRO）方案二(LT-MED-TVC)總投資發(fā)電部分萬元924659.94924659.94海水淡化部分萬元211024.58427577.67合計(jì)萬元1135684.521352237.61發(fā)電出力MW2X10002X857.74年發(fā)電量108kW?h110104.31年供電量108kW?h100.0796.51年供淡水量104m312666.6712666.67平均發(fā)電標(biāo)煤耗kg/kW?h0.28260.2358制淡水能（標(biāo)煤）耗kg/m31.0418.815年耗煤量

23、供電部分104t/a297.71241.18供淡水部分104t/a13.18106.91合計(jì)104t/a310.89348.09水價(jià)（元/m3）電價(jià)（元/MWh）投資方內(nèi)部收益率（%）投資回收期（年）備注不含稅含稅不含稅含稅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：本行數(shù)據(jù)是

24、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)算成果表水價(jià)（元/m3）電價(jià)（元/MWh）投資方內(nèi)部收益率（%）投資回收期（年）備注不含稅含稅不含稅含稅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：本行數(shù)據(jù)是以假定本工程不設(shè)海水

25、淡化時(shí)的電廠計(jì)算電價(jià)來計(jì)算水價(jià)SWRO案LT-MED-TV血案450430)410W390元370稅350含不330(價(jià)310電290270.-_-一一-.)J_44.505.005.506.006.507.00水價(jià)(不含稅，元/m3)圖4-1水價(jià)與電價(jià)關(guān)系曲線上述計(jì)算結(jié)果說明，兩個(gè)方案在經(jīng)濟(jì)效益相同的條件下,隨著水價(jià)上升，電價(jià)隨之下降；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)明顯低于方案二的水價(jià)；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3.56X108kW?h的情況下，方案二年用煤量比方案一多37.2X104t（標(biāo)煤），相應(yīng)多排放二氧化碳約84.7X104to現(xiàn)電廠標(biāo)煤價(jià)為1000元/噸，從上面的趨勢可以看出，方案二的水價(jià)會(huì)更高，即與方案一的水價(jià)差距會(huì)更大5海水淡化工程實(shí)例近年來，隨著電廠的建設(shè)，我國陸續(xù)投產(chǎn)了多項(xiàng)配套