海水淡化工藝方案

1、 1前言 1.1概況 我國淡水資源極為匱乏，全國660多個城市中，有400多個城市缺水，其中 100多個城市嚴重缺水。淡水資源短缺乃至水危機是我國經(jīng)濟社會可持續(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，可利用其廉價的熱和電，進行海 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 推動和利用海水淡化技術(shù)方面，電廠有著其得天獨厚的有利條件。因此濱海電廠 配套建設海水淡化裝置已成發(fā)展趨勢。 1.2水源及水質(zhì)特點 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，可大大節(jié)省海水取水成本及原料海水預處理成本。 海水水質(zhì)分析報告如下: 分 析 報

2、 告 送樣單位 批號: 樣品類型： 海水 檢測依據(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 101238 101239 分析編號 101238 101239 原號 碼頭 取水口 原號 碼頭 取水口 水 溫 18.6 19.1 NO- 3.00 3.00 鹽 度 0 29.6 26.3 NO- 0.10 0.10 色 度 未檢岀 未檢岀 HCO 138 140 SS 80 78 CO2- 0.00 0.00 濁 度 3 3 Ba2+ 0.01 0.01 含沙量kg/m 3 0.10 0.12 Sr2+ 0.001 0.001 DO 3.42

3、4.15 MrT 0.01 0.01 高錳酸鹽指數(shù)CODMn 1.54 1.64 pH 7.85 8.02 BOD 5.86 6.75 f CO 2 24.15 18.64 氨 氮 0.01 0.01 非碳酸鹽硬度 mmol/l 104 104 TOC 0.28 0.2 碳酸鹽硬度 mmol/l 1.18 1.16 油 0.036 0.024 負硬度 mmol/l 0.00 0.00 硫化物 0.01 0.01 甲基橙堿度 mmol/l 1.15 1.15 化學需氧量(0 2) 9.25 8.76 酚酞堿度 mmol/l 0.00 0.00 K 524 436 灼燒減量 4582 3864 N

4、a+ 5186 5241 酸 度mmol/l 0.25 0.20 Ca2+ 670 664 全硅量(SiO 2) 2.00 1.00 Mg+ 1457 1421 溶硅量(SiO 2) 1.80 0.96 Fe2+ 0.00 0.00 膠硅量(SiO 2) 0.20 0.04 Fe3+ 0.00 0.02 全固形物 36752 39156 Al3+ 0.01 0.01 溶解固形物 36832 39243 NH 0.01 0.01 總硬度 mmol/l 105 107 Cl- 16352 16478 SO2- 3428 3596 1.3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)

5、產(chǎn)的方案，目前可解 決電廠的淡水用水，以后可根據(jù)需要適時配套建設大規(guī)模的海水淡化廠，為地方 暫按 海水 40 X 經(jīng)濟發(fā)展提供淡水資源保障。本項目結(jié)合2X 1000MV發(fā)電機組的建設規(guī)模， 配套建設2X 104m/d規(guī)模的海水淡化裝置設計；并對總規(guī)模為 40X 104m/d 淡化廠作出展望。 本專題報告按本期工程廠內(nèi)自用的2 X 104m/d規(guī)模和規(guī)劃容量的 104m/d的海水淡化站分別進行比較論述。 2海水淡化技術(shù)概述 和反 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) 滲透法(俗稱膜法)。蒸餾法主要有多級閃蒸(MSF)、低溫多效蒸餾(LT MED技 術(shù)。 2.1蒸餾法淡

6、化技術(shù) 2.1.1多級閃蒸(MSF) MSF是蒸餾法海水淡化最常用的一種方法，在 20世紀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了美國的多級閃蒸 (MSF)海水淡化裝置，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。 多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的飽和蒸汽壓的條件下，故熱鹽水 進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裝置具有設備單機容量大、使用壽命長、出水品質(zhì)好、造水比高、熱效

7、率高、壽命長等優(yōu)點。但該裝置海水的最高操作溫度在110C 120C左右，對傳 熱管和設備本體的腐蝕性較大，必須采用價格昂貴的銅鎳合金、特制不銹鋼及鈦 材，因此設備造價高；設備的操作彈性小，多級閃蒸的操作彈性是其設計值的 80%- 110%不適應于產(chǎn)水量要求可變的場合。 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70r的淡化技術(shù)，是 20世紀80年代成熟的高效淡化技術(shù)。其特點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，

8、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;或采用機械蒸汽壓縮機，即機 械壓縮（MVC,由于受壓縮機的限制，其單臺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 ME TVC工藝。 圖2-2是LT MEBTVC蒸餾裝置的原理示意圖。 蒸汽來自鍋爐 1kg蒸汽 排岀海水 2kg蒸汽 T=6 4X10 單機容量: 200m/h ; 400 m3/h 設備套數(shù): 5套

9、；50套 13 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 設計水溫：15C 35C 3.2.3淡化站布置 海水淡化站建（構(gòu)）筑物包括：超濾、反滲透設備間, 設備間內(nèi)設置控制室、 （池）等設施。 （方案二） 加藥間、過濾間、水泵間、配電間等，室外設置各類水箱 海水淡化站占地分別約 105mK 50m 105mX400m 3.3低溫多效（LT MEBTVC蒸餾法海水淡化技術(shù)方案 3.3.1淡化工藝流程 低溫多效淡化裝置對進水的水質(zhì)要求不高，鑒于本工程取水海域水質(zhì)較清、 泥沙含量少，進入海水淡化站的海水水質(zhì)較好。因此，本工程不設置預處理。為 防

10、止設備結(jié)垢，在進料液中加入聚磷酸鹽類阻垢劑。 為防止海生物孳生，設置次 氯酸鈉加藥系統(tǒng)，以對進入的海水進行殺菌滅藻處理。 工藝流程為: 海水一一海水取水泵一一MED裝置一一淡水箱/池一一用戶 3.3.2海水淡化系統(tǒng)配置及設計參數(shù) 制水規(guī)模：2Xl0m/d ; 4X1C4mi/d 單機容量：10000 m/d ; 25000 m3/d 設備臺數(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：兩臺機共 67t/h ； 1334t/h 抽汽參數(shù)：壓力為0.55MPa （暫定），溫度為300C 3.3.3海水淡化站布置 低溫多效設備露天布置，另設控制室、加藥

11、間、配電間等。室外布置淡水池 和水箱等設施。淡化站占地分別約 130mx 80m 180mx 560m 4海水淡化方案的經(jīng)濟比較 4.1自用型海水淡化廠的經(jīng)濟比較 對于與發(fā)電工程配套的自用型 20000 m3/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)濟比較僅針對其對發(fā)電廠本身的上網(wǎng)電價及煤耗的影響來進行。 4.1.1比較計算的條件 1）年發(fā)電量按發(fā)電年利用小時 5500h計算，為110X 108 kW?ho 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

12、電：淡化站電耗3.5kW?h/m3,用于鍋爐補給水處理的淡水反滲 透0.5kW?h/m3 （為便于計算比較，淡水反滲透電耗按淡化站產(chǎn)淡水量進行了折 算），總電耗4.0kW?h/m3 低溫多效蒸餾方案耗電：淡化站電耗 1.5kW?h/m3 3）工程投資 根據(jù)近期國內(nèi)海水淡化項目的實施情況，LT MEDTVC海水淡化裝置投資約 為8000 10000元？ d /m3，SWR海水淡化裝置為4000 5000元？ d /m3，淡水反滲 透為600650元？ d/m3o本報告暫按上限取值，即：方案一取 5000元？ d /m3，方 案二取 10000 元？ d /m 3o 4）運行維護費用 兩個方案的發(fā)

13、電部分維修費用基本相同。 海水淡化裝置的運行維護費用： 反滲透方案?。核幤芳澳じ鼡Q費1.20元/m3淡水（包括淡水反滲透部分） 低溫多效蒸餾方案?。核幤焚M0.20元/m3淡水 5）其它條件 標煤價：1000元/噸 蒸汽價格：按53.24元/噸計 電費：廠用電價按0.29元/kWh計算。 基本折舊費：低溫多效設備屬于熱力設備，使用年限相對較長，因此其 固定資產(chǎn)折舊年限取25年；海水反滲透設施使用年限相對低溫多效設備較 短，因此其固定資產(chǎn)折舊年限取 20年。 按電廠實際耗水量計算運行費用 4.1.2主要經(jīng)濟指標 按上述條件，兩個方案的經(jīng)濟指標計算結(jié)果見表 4-1 0 表4-1海水淡化方案經(jīng)濟指標

14、項目 單位 方案一 方案二 海水淡化站投資 萬元 12890 22890 制水成本 （元/噸） 5.15 8.39 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。 4.2外供型海水淡化方案的經(jīng)濟比較 4.2.1經(jīng)濟比較模式 外供淡水時，海水淡化方案的經(jīng)濟比較方法有兩種。一種是僅就不同的淡 化裝置方案計算其投資、成本，在相同的資本金內(nèi)部收益率的條件下， 計算出不 同方案的水價。此方法存在兩個問題，第一是對于蒸餾法的熱價如何確定。 熱價 是影響蒸餾法水價的主要因素，而熱價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)品如何分攤，帶有很大的人為因素。第

15、二是熱價的 高低以及發(fā)電量的不同對發(fā)電部分（廠）的經(jīng)濟效益的影響沒有考慮。 基于上述分析，本報告提出第二種比較模式，即將發(fā)電部分與制淡水部分 捆成一個廠來進行分析計算，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，通過財務分析，假定電 價計算水價，或假定水價計算電價，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。 422比較計算的條件 422.1汽輪發(fā)電機組在凝汽工況和抽汽工況下不同負荷率的熱耗和出力按汽 輪機廠提供的1000MV機組熱平衡圖為依據(jù)。 4.2.2.2 年發(fā)電量按發(fā)電年利用小時5500h計算。 年供淡水量按淡化裝置年利

16、用小時 7600h計算。 4.2.2.3 廠用電率 1） 方案一：發(fā)電廠用電率 5% 淡化廠用電率 3.5kW?h/m3 2） 方案二：發(fā)電廠用電率 5.66% 4.2.2.4 淡化廠用電率 財務分析的其它條件 3 1.5kW?h/m 標煤價：650元/噸（2008年惠安電廠煤價） 投資方內(nèi)部收益率：10% 假定水價（不含稅）從4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0元/m3計算相應的電 4-2。 4.2.3 4X10 4m/d經(jīng)濟比較計算結(jié)果 按上述條件，兩個方案的技術(shù)指標計算結(jié)果見表 表4-2 技術(shù)指標 項目 單位 方案一（SWRO 方案二（LT-MED-TVC 總投資 發(fā)電部分 萬

17、元 924659.94 924659.94 海水淡化部分 萬元 211024.58 427577.67 合計 萬元 1135684.52 1352237.61 發(fā)電出力 MW 2X 1000 2X 857.74 年發(fā)電量 108 kW?h 110 104.31 年供電量 8 10 kW?h 100.07 96.51 年供淡水量 4 3 10 m 12666.67 12666.67 平均發(fā)電標煤耗 kg/kW?h 0.2826 0.2358 制淡水能（標煤）耗 kg/m3 1.041 8.815 年耗煤量 供電部分 104 t/a 297.71 241.18 供淡水部分 104 t/a 13.1

18、8 106.91 合計 4 10 t/a 310.89 348.09 表4-3 方案一（SWR）財務分析計算成果表 水價 （元 /m3） 電價（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 4.5 5.07 328.31 383.67 10 11.19 5.0 5.64 321.96 376.26 10 11.19 5.5 6.2 315.61 368.84 10 11.19 6.0 6.77 309.25 361.42 10 11.19 6.5 7.33 302.9 354.01 10 11.19 7.0 7.9 296.55 346.59 10

19、 11.19 4.06 4.59 333.79 390.06 10 11.19 注 注：本行數(shù)據(jù)是以假定本工程不設海水淡化時的電廠計算電價來計算水價。 表4-4 方案二（LT-MED-TVC財務分析計算成果表 水價 （元 /m3） 電價（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 4.5 5.08 387.95 453.25 10 11.19 5.0 5.65 381.37 445.56 10 11.19 5.5 6.21 374.78 437.87 10 11.19 6.0 6.77 368.19 430.18 10 11.19 6.5 7.3

20、4 361.61 422.49 10 11.19 7.0 7.9 355.02 414.8 10 11.19 8.61 9.72 333.79 390.01 10 11.19 注 注：本行數(shù)據(jù)是以假定本工程不設海水淡化時的電廠計算電價來計算水價。 圖4-1 水價與電價關(guān)系曲線 上述計算結(jié)果說明，兩個方案在經(jīng)濟效益相同的條件下, 隨著水價上升，電價隨之下降; 在相同的水價下，方案一的電價明顯低于方案二的電價，或者說，在相 同的電價下，方案一的水價明顯低于方案二的水價； 由于方案二的制水能耗遠大于方案一的制水能耗，兩個方案在年供水量 相同，方案二的供電量比方案一少 3.56 X 108 kW?h的

21、情況下，方案二年 用煤量比方案一多37.2 X 104 t （標煤），相應多排放二氧化碳約84.7 X 104 t 0 現(xiàn)電廠標煤價為1000元/噸，從上面的趨勢可以看出，方案二的水價會 更高，即與方案一的水價差距會更大。 5海水淡化工程實例 近年來，隨著電廠的建設，我國陸續(xù)投產(chǎn)了多項配套的海水淡化工程，表 5-1列出了部分蒸餾法海水淡化工程實例，表5-2列出了部分反滲透法海水淡化 工程實例。 表5-1蒸餾法海水淡化工程實例 項目名稱 單機容量 （rm/d ） 總?cè)萘?(mi/d ) 海水淡化工藝 海水預處理工藝 大港電廠海水淡化工程 3000 6000 MSF 僅加酸、脫氣 黃島電廠海水淡化工程 3000 3000 LT-MED-TVC 無預處理 黃驊電廠一期海水淡化 工程 10000 20000 LT-MED-TVC 混凝沉淀 首鋼京唐鋼鐵廠海水 淡化