海水淡化基本工藝專項(xiàng)方案

1序言1.1概況中國淡水資源極為匱乏，電廠在生產(chǎn)電能同時(shí)，可利用其廉價(jià)熱和電，進(jìn)行海水淡化，不僅可滿足其工業(yè)用水需要，而且還可為周圍地域提供淡水水源。在推進(jìn)和利用海水淡化技術(shù)方面，電廠有著其得天獨(dú)厚有利條件。所以濱海電廠配套建設(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)某電廠取水含有海域廣闊、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)分析匯報(bào)以下：分析報(bào)告送樣單位批號：樣品類型：海水檢測依據(jù)：GB17378.4-檢測環(huán)境：檢測溫度25.5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18.619.1NO3-3.003.00鹽度‰29.626.3NO2-0.100.10色度未檢出未檢出HCO3-138140SS8078CO32-0.000.00濁度<3<3Ba2+<0.01<0.01含沙量kg/m30.100.12Sr2+<0.001<0.001DO3.424.15Mn2+<0.01<0.01高錳酸鹽指數(shù)CODMn1.541.64pH7.858.02BOD55.866.75fCO224.1518.64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(O2)9.258.76酚酞堿度mmol/l0.000.00K+524436灼燒減量45823864Na+51865241酸度mmol/l0.250.20Ca2+670664全硅量(SiO2)2.001.00Mg2+14571421溶硅量(SiO2)1.800.96Fe2＋0.000.00膠硅量(SiO2)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)模依據(jù)建廠地域缺水情況，電廠可針對性地提出水電聯(lián)產(chǎn)方案，現(xiàn)在可處理電廠淡水用水，以后可依據(jù)需要適時(shí)配套建設(shè)大規(guī)模海水淡化廠，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)組建設(shè)規(guī)模，暫按配套建設(shè)2×104m3/d規(guī)模海水淡化裝置設(shè)計(jì)；并對總規(guī)模為40×10本專題匯報(bào)按本期工程廠內(nèi)自用2×104m3/d規(guī)模和計(jì)劃容量40×1042海水淡化技術(shù)概述海水淡化技術(shù)種類很多，但適于產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵有蒸餾法（俗稱熱法）和反滲透法（俗稱膜法）。蒸餾法關(guān)鍵有多級閃蒸(MSF)、低溫多效蒸餾(LT－MED)技術(shù)。2.1蒸餾法淡化技術(shù)2.1.1多級閃蒸(MSF)MSF是蒸餾法海水淡化最常見一個(gè)方法，在20世紀(jì)80年代以前，較大型海水淡化裝置多數(shù)采取MSF技術(shù)。大港電廠二期工程引進(jìn)了美國多級閃蒸(MSF)海水淡化裝置，是中國第一套大型海水淡化裝置。MSF經(jīng)典步驟示意圖見圖2-1。圖2-1鹽水再循環(huán)式多級閃蒸（MSF）原理步驟多級閃蒸過程原理以下；將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室，因?yàn)樵撻W蒸室中壓力控制在低于熱鹽水溫度所對應(yīng)飽和蒸汽壓條件下，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，從而使熱鹽水本身溫度降低，所產(chǎn)生蒸汽冷凝后即為所需淡水。MSF裝置含有設(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)。但該裝置海水最高操作溫度在110℃~120℃左右，對傳熱管和設(shè)備本體腐蝕性較大，必需采取價(jià)格昂貴銅鎳合金、特制不銹鋼及鈦材，所以設(shè)備造價(jià)高；設(shè)備操作彈性小，多級閃蒸操作彈性是其設(shè)計(jì)值80%～110%，不適應(yīng)于產(chǎn)水量要求可變場所。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出70℃淡化技術(shù)，是20世紀(jì)80年代成熟高效淡化技術(shù)。其特點(diǎn)是將一系列噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)部署。加熱蒸汽被引入第一效，其冷凝熱使幾乎等量海水蒸發(fā)，經(jīng)過數(shù)次蒸發(fā)和冷凝，后面蒸發(fā)溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量蒸餾水，最終一效蒸汽在海水冷凝器中冷凝。第一效冷凝液返回鍋爐，而其它效及海水冷凝器冷凝液搜集后作為產(chǎn)品水。為提升熱效率，現(xiàn)在多采取壓汽蒸餾淡化工藝，壓縮可采取蒸汽噴射器，稱為熱壓縮（TVC）；或采取機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)，即機(jī)械壓縮（MVC），因?yàn)槭軌嚎s機(jī)限制，其單臺裝置容量較其它蒸餾裝置小。現(xiàn)在絕大多數(shù)低溫多效蒸餾裝置全部采取熱壓汽蒸餾方法來提升熱能效率，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蒸餾裝置原理示意圖。圖2-2LT－MEDTVC蒸餾裝置原理示意圖低溫多效海水淡化裝置運(yùn)行溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于MSF裝置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)備本體和傳熱管材質(zhì)要求較低，而熱效率較高。多效蒸餾操作彈性很大，負(fù)荷范圍從110%變到40%，皆可正常操作，而且不會使造水比下降。低溫多效海水淡化裝置能夠用70℃左右，0.030-0.035MPa(a)蒸汽作為熱源，當(dāng)提供汽機(jī)抽汽參數(shù)高于低溫多效加熱蒸汽壓力和溫度要求時(shí)，可采取熱壓縮裝置，能夠深入提升系統(tǒng)熱效率。國外近幾年MED發(fā)展快速，MED單臺最大產(chǎn)水量已達(dá)40000t/d，技術(shù)是成熟。2.2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年代后取得了很大發(fā)展。因?yàn)镽O膜材料不停改善，和能量回收效率不停提升，SWRO技術(shù)越來越引發(fā)大家關(guān)注，現(xiàn)也已成為蒸餾海水淡化系統(tǒng)關(guān)鍵競爭對手。反滲透是用一個(gè)特殊膜，在外加壓力作用下使溶液中一些組分選擇性透過，從而達(dá)成淡化、凈化或濃縮分離目標(biāo)。經(jīng)典海水反滲透處理工藝步驟見圖2-3。預(yù)處理預(yù)處理反滲透膜組件保安過濾器產(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經(jīng)典海水反滲透工藝步驟圖海水反滲透(SWRO)系統(tǒng)所需能量決定于進(jìn)水含鹽量、系統(tǒng)濃縮倍率、進(jìn)水溫度及產(chǎn)品水水質(zhì)，其能耗通常為9～10kW?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)備和器件均能夠在中國加工制造，設(shè)備投資和制水成本相對較低。2.3海水淡化工藝關(guān)鍵技術(shù)性能對比常見海水淡化工藝關(guān)鍵技術(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)200500110110電耗(kW?h/m3)3.56.0（有能量回收）121.54裝置熱耗（kJ/kg）190400190400進(jìn)水預(yù)處理需設(shè)置完善預(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）排出海水濃度原海水1.61.9倍原海水1.51.8倍原海水1.72.2倍最大單機(jī)產(chǎn)水量（m3/d）相對較小6819091000操作彈性（％）不限40～11080～110從表2-1能夠看出，蒸餾法和反滲透法關(guān)鍵技術(shù)區(qū)分在于：對進(jìn)水水質(zhì)要求不一樣；單機(jī)產(chǎn)水量不一樣；變工況能力不一樣；能（熱）耗不相同。蒸餾法在裝置規(guī)模、預(yù)處理系統(tǒng)要求、出水水質(zhì)、運(yùn)行可靠性和電耗方面含有顯著優(yōu)勢，但蒸餾法總能耗比SWRO法高；從海水用量上看，因?yàn)镾WRO法水利用率高，所以取水量較少。在變工況能力上，SWRO法則沒有限制。和LT－MED－TVC相比，MSF裝置單機(jī)容量大，對進(jìn)水水質(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，所以運(yùn)行費(fèi)用高。所以對于蒸餾法工藝推薦選擇LT－MED－TVC方案。本專題將對SWRO和LT－MED－TVC兩種工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合各淡水用戶用水需求確定海水淡化工藝。3電廠海水淡化方案選擇3.1海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件按滿足電廠自用2X104m3/d海水淡化規(guī)模及向地方供水40X103.2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)處理目標(biāo)是預(yù)防懸浮雜質(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，預(yù)防海水膜表面結(jié)垢沉淀，確保海水膜免受機(jī)械和化學(xué)損失，使膜保持良好性能和足夠長使用壽命。依據(jù)海水取水方法不一樣、所處水域水質(zhì)不一樣，和采取海水淡化技術(shù)不一樣，采取預(yù)處理方法不一樣。預(yù)處理系統(tǒng)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)混凝澄清、介質(zhì)過濾預(yù)處理方法在現(xiàn)在已運(yùn)行海水反滲透系統(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)全部需尤其精心才能使反滲透膜不受到污染。超濾（微濾）預(yù)處理方法在水處理領(lǐng)域已應(yīng)用多年，也有很多成功經(jīng)驗(yàn)。微濾（超濾）對海水中膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細(xì)菌、大分子有機(jī)物含有良好分離能力，其去除率好于常規(guī)預(yù)處理方法，采取微濾(或超濾)作為海水反滲透預(yù)處理，能夠滿足反滲透進(jìn)水水質(zhì)要求。此技術(shù)因?yàn)楦纳屏朔礉B透進(jìn)水水質(zhì)，不僅延長了海水反滲透清洗周期、反滲透膜使用壽命，而且有利于提升系統(tǒng)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。電廠通常情況下海水水質(zhì)很好、懸浮物及泥沙含量較少，依據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，海水反滲透淡化系統(tǒng)預(yù)處理可采取直接超（微）濾裝置。3.2.21）工藝步驟海水—自清洗過濾器—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)）筑物包含：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×50m3.3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進(jìn)水水質(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)入海水淡化站海水水質(zhì)很好。所以，本工程不設(shè)置預(yù)處理。為預(yù)防設(shè)備結(jié)垢，在進(jìn)料液中加入聚磷酸鹽類阻垢劑。為預(yù)防海生物孳生，設(shè)置次氯酸鈉加藥系統(tǒng)，以對進(jìn)入海水進(jìn)行殺菌滅藻處理。工藝步驟為：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300℃3.3低溫多效設(shè)備露天部署，另設(shè)控制室、加藥間、配電間等。室外部署淡水池和水箱等設(shè)施。淡化站占地分別約130m×80m；180m4海水淡化方案經(jīng)濟(jì)比較4.1自用型海水淡化廠經(jīng)濟(jì)比較對于和發(fā)電工程配套自用型0m3/d海水淡化裝置，熱法耗汽量約為67t/h，不影響電廠發(fā)電量，所產(chǎn)淡水為電廠自用，所以兩種海水淡化方案經(jīng)濟(jì)比較僅針對其對發(fā)電廠本身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）廠用電廠用電包含發(fā)電廠用水電和淡化用電兩部分，兩個(gè)方案發(fā)電廠用電率差異很小，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)給水處理淡水反滲透0.5kW?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4.0kW?h/m3低溫多效蒸餾方案耗電：淡化站電耗1.5kW?h/m33）工程投資依據(jù)近期中國海水淡化項(xiàng)目標(biāo)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。本匯報(bào)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)方案發(fā)電部分維修費(fèi)用基礎(chǔ)相同。海水淡化裝置運(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(包含淡水反滲透部分)低溫多效蒸餾方案?。核幤焚M(fèi)0.20元/m3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?；A(chǔ)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，所以其固定資產(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，所以其固定資產(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)目單位方案一方案二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)能夠看出：和方案二相比，方案一含有投資省、制水成本低優(yōu)點(diǎn)。4.2外供型海水淡化方案經(jīng)濟(jì)比較4.2.1經(jīng)濟(jì)比較模式外供淡水時(shí)，海水淡化方案經(jīng)濟(jì)比較方法有兩種。一個(gè)是僅就不一樣淡化裝置方案計(jì)算其投資、成本，在相同資本金內(nèi)部收益率條件下，計(jì)算出不一樣方案水價(jià)。此方法存在兩個(gè)問題，第一是對于蒸餾法熱價(jià)怎樣確定。熱價(jià)是影響蒸餾法水價(jià)關(guān)鍵原因，而熱價(jià)確實(shí)定包含到熱電聯(lián)產(chǎn)帶來效益和固定資產(chǎn)折舊在熱和電中兩種產(chǎn)品怎樣分?jǐn)?，帶有很大人為原因。第二是熱價(jià)高低和發(fā)電量不一樣對發(fā)電部分（廠）經(jīng)濟(jì)效益影響沒有考慮?；谏鲜龇治觯緟R報(bào)提出第二種比較模式，立即發(fā)電部分和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。不一樣方案在鍋爐蒸發(fā)量、年供淡水量和投資方內(nèi)部收益率相同條件下，經(jīng)過財(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個(gè)方法問題。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標(biāo)煤價(jià)：650元/噸（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、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0元/m3計(jì)算對應(yīng)電價(jià)4.2.34X104m3按上述條件，兩個(gè)方案技術(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累計(jì)萬元=SUM(ABOVE)1135684.52=SUM(ABOVE)1352237.61發(fā)電出力MW2×10002×857.74年發(fā)電量108kW?h110104.31年供電量108kW?h100.0796.51年供淡水量1012666.6712666.67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年耗煤量供電部分104t/a297.71241.18供淡水部分104t/a13.18106.91累計(jì)104t/a310.89348.09表4-3方案一（SWRO）財(cái)務(wù)分析計(jì)算結(jié)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4.55.07328.31383.671011.195.05.64321.96376.261011.195.56.2315.61368.841011.196.06.77309.25361.421011.196.57.33302.9354.011011.197.07.9296.55346.591011.194.064.59333.79390.061011.19注注：本行數(shù)據(jù)是以假定本工程不設(shè)海水淡化時(shí)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)算結(jié)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)海水淡化時(shí)電廠計(jì)算電價(jià)來計(jì)算水價(jià)。圖4-1水價(jià)和電價(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)效益相同條件下，伴隨水價(jià)上升，電價(jià)隨之下降；在相同水價(jià)下，方案一電價(jià)顯著低于方案二電價(jià)，或說，在相同電價(jià)下，方案一水價(jià)顯著低于方案二水價(jià)；因?yàn)榉桨付扑芎倪h(yuǎn)大于方案一制水能耗，兩個(gè)方案在年供水量相同，方案二供電量比方案一少3.56×108kW?h情況下，方案二年用煤量比方案一多37.2×104t（標(biāo)煤），對應(yīng)多排放二氧化碳約84.7×104t?，F(xiàn)電廠標(biāo)煤價(jià)為1