海水淡化工藝方案

海水淡化工藝方案海水淡化工藝方案海水淡化工藝方案資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月海水淡化工藝方案版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：1前言概況我國(guó)淡水資源極為匱乏，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。海水水質(zhì)分析報(bào)告如下：分析報(bào)告送樣單位批號(hào)：樣品類型：海水檢測(cè)依據(jù)：檢測(cè)環(huán)境：檢測(cè)溫度25.5濕度63%分析編號(hào)101238101239分析編號(hào)101238101239原號(hào)碼頭取水口原號(hào)碼頭取水口水溫NO3-鹽度‰NO2-色度未檢出未檢出HCO3-138140SS8078CO32-濁度<3<3Ba2+<<含沙量kg/m3Sr2+<<DOMn2+<<高錳酸鹽指數(shù)CODMnpHBOD5fCO2氨氮<<非碳酸鹽硬度mmol/l104104TOC碳酸鹽硬度mmol/l油負(fù)硬度mmol/l硫化物<<甲基橙堿度mmol/l化學(xué)需氧量(O2)酚酞堿度mmol/lK+524436灼燒減量45823864Na+51865241酸度mmol/lCa2+670664全硅量(SiO2)Mg2+14571421溶硅量(SiO2)Fe2＋膠硅量(SiO2)Fe3＋全固形物3675239156Al3＋<<溶解固形物3683239243NH3<<總硬度mmol/l105107Cl-1635216478SO42-34283596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)展提供淡水資源保障。本項(xiàng)目結(jié)合2×1000MW發(fā)電機(jī)組的建設(shè)規(guī)模，暫按配套建設(shè)2×104m3/d規(guī)模的海水淡化裝置設(shè)計(jì)；并對(duì)總規(guī)模為40×10本專題報(bào)告按本期工程廠內(nèi)自用的2×104m3/d規(guī)模和規(guī)劃容量的40×1042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)MSF是蒸餾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(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。MSF的典型流程示意圖見(jiàn)圖2-1。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(guò)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(guò)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)備本體的腐蝕性較大，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(guò)70℃的淡化技術(shù)，是20世紀(jì)80年代成熟的高效淡化技術(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(guò)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(lái)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LT－MED－TVC蒸餾裝置的原理示意圖。圖2-2LT－MEDTVC蒸餾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，而熱效率較高。多效蒸餾的操作彈性很大，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)一步提高系統(tǒng)的熱效率。國(guó)外近幾年MED發(fā)展迅速，MED單臺(tái)最大產(chǎn)水量已達(dá)40000t/d，技術(shù)是成熟的。海水反滲透(SWRO)淡化技術(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)，以及能量回收效率的不斷提高，SWRO技術(shù)越來(lái)越引起人們的關(guān)注，現(xiàn)也已成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(guò)，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(jiàn)圖2-3。預(yù)處理預(yù)處理反滲透膜組件保安過(guò)濾器產(chǎn)品水原水池澄清池海水電動(dòng)機(jī)能量回收濃水混凝劑殺菌劑殺菌劑除氯還原劑消毒劑高壓泵圖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。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(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)比常用的海水淡化工藝主要技術(shù)性能見(jiàn)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)200500110110電耗(kW?h/m3)（有能量回收）124裝置熱耗（kJ/kg）190400190400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20mg/L300mg/L進(jìn)水水質(zhì)要求較低海水利用率（或回收率）35％55%25％40％（含冷卻水量）排出海水的濃度原海水的倍原海水的倍原海水的倍最大單機(jī)產(chǎn)水量（m3/d）相對(duì)較小6819091000操作彈性（％）不限40～11080～110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，因此取水量較少。在變工況能力上，SWRO法則沒(méi)有限制。與LT－MED－TVC相比，MSF裝置單機(jī)容量大，對(duì)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(duì)于蒸餾法工藝推薦選用LT－MED－TVC方案。本專題將對(duì)SWRO和LT－MED－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)模及向地方供水的40X10反滲透膜法（SWRO）海水淡化技術(shù)方案(方案一)3.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(guò)濾（活性炭過(guò)濾器、多介質(zhì)過(guò)濾器微濾、超濾、納濾）等。常規(guī)的混凝澄清、介質(zhì)過(guò)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、降低運(yùn)行費(fèi)用。且新技術(shù)占地面積小，操作、維護(hù)簡(jiǎn)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。3.2.21）工藝流程海水—自清洗過(guò)濾器—超濾—海水反滲透—淡水箱—用戶2）SWRO系統(tǒng)配置及設(shè)計(jì)參數(shù)制水規(guī)模：2X104m3/d單機(jī)容量：200m3/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)300~500mg/L設(shè)計(jì)水溫：15℃~3.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(guò)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低溫多效（LT－MED－TVC）蒸餾法海水淡化技術(shù)方案(方案二)3.3.1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)行殺菌滅藻處理。工藝流程為：海水——海水取水泵——MED裝置——淡水箱/池——用戶3.3.2制水規(guī)模：2X104m3/d單機(jī)容量：10000m3/d；設(shè)備臺(tái)數(shù)：2臺(tái)；16臺(tái)造水比：產(chǎn)品水水質(zhì)：TDS(固體溶解物總量)5mg/L。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；180m4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(duì)于與發(fā)電工程配套的自用型20000m3/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4.1）年發(fā)電量按發(fā)電年利用小時(shí)5500h計(jì)算，為110×108kW?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?h/m3，用于鍋爐補(bǔ)給水處理的淡水反滲透?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）工程投資根據(jù)近期國(guó)內(nèi)海水淡化項(xiàng)目的實(shí)施情況，LTMEDTVC海水淡化裝置投資約為800010000元?d/m3，SWRO海水淡化裝置為40005000元?d/m3，淡水反滲透為600~650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)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）其它條件標(biāo)煤價(jià)：1000元/噸蒸汽價(jià)格：按元/噸計(jì)電費(fèi)：廠用電價(jià)按元/kWh計(jì)算?；菊叟f費(fèi)：低溫多效設(shè)備屬于熱力設(shè)備，使用年限相對(duì)較長(zhǎng)，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(duì)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4.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(jiàn)表4-1。表4-1海水淡化方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)項(xiàng)目單位方案一方案二海水淡化站投資萬(wàn)元1289022890制水成本(元/噸)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(wèn)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(lái)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(duì)發(fā)電部分（廠）的經(jīng)濟(jì)效益的影響沒(méi)有考慮。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(lái)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(guò)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(wèn)題。4.2.24.2.24.2.2.2年供淡水量按淡化裝置年利用小時(shí)7600h計(jì)算。4.2.21）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、、、、、元/m3計(jì)算相應(yīng)的電價(jià)4X104m3按上述條件，兩個(gè)方案的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(wàn)元海水淡化部分萬(wàn)元合計(jì)萬(wàn)元=SUM(ABOVE)=SUM(ABOVE)發(fā)電出力MW2×10002×年發(fā)電量108kW?h110年供電量108kW?h年供淡水量10平均發(fā)電標(biāo)煤耗kg/kW?h制淡水能（標(biāo)煤）耗kg/m3年耗煤量供電部分104t/a供淡水部分104t/a合計(jì)104t/a表4-3方案一（SWRO）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10101010101010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(lái)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10101010101010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(lái)計(jì)算水價(jià)。圖4-1水價(jià)與電價(jià)關(guān)系曲線上述計(jì)算結(jié)果說(shuō)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(shuō)，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×108kW?h的情況下，方案二年用煤量比方案一多×104t（標(biāo)煤），相應(yīng)多排放二氧化碳約×104t?，F(xiàn)電廠標(biāo)煤價(jià)為1000元/噸，從上面的趨勢(shì)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(lái)，隨著電廠的建設(shè)，我國(guó)陸續(xù)投產(chǎn)了