海水淡化工艺方案

1、 1前言 1.1概况 我国淡水资源极为匮乏，全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中 100多个城市严重缺水。淡水资源短缺乃至水危机是我国经济社会可持续发展过 程中的最大制约之一。电厂在生产电能的同时，可利用其廉价的热和电，进行海 水淡化，不仅可满足其工业用水的需要， 而且还可为周边地区提供淡水水源。 在 推动和利用海水淡化技术方面，电厂有着其得天独厚的有利条件。因此滨海电厂 配套建设海水淡化装置已成发展趋势。 1.2水源及水质特点 某电厂取水具有海域辽阔、水量充沛、海水较清、悬浮物及有害微生物少等 特点，可大大节省海水取水成本及原料海水预处理成本。 海水水质分析报告如下: 分 析 报

2、 告 送样单位 批号: 样品类型： 海水 检测依据： GB17378. 4-2007 检测环境： 检测温度 25.5摄氏度 湿度 63% 分析编号 101238 101239 分析编号 101238 101239 原号 码头 取水口 原号 码头 取水口 水 温 18.6 19.1 NO- 3.00 3.00 盐 度 0 29.6 26.3 NO- 0.10 0.10 色 度 未检岀 未检岀 HCO 138 140 SS 80 78 CO2- 0.00 0.00 浊 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 高锰酸盐指数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 非碳酸盐硬度 mmol/l 104 104 TOC 0.28 0.2 碳酸盐硬度 mmol/l 1.18 1.16 油 0.036 0.024 负硬度 mmol/l 0.00 0.00 硫化物 0.01 0.01 甲基橙碱度 mmol/l 1.15 1.15 化学需氧量(0 2) 9.25 8.76 酚酞碱度 mmol/l 0.00 0.00 K 524 436 灼烧减量 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 胶硅量(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 总硬度 mmol/l 105 107 Cl- 16352 16478 SO2- 3428 3596 1.3海水淡化规模 根据建厂地区的缺水状况，电厂可针对性地提出水电联

5、产的方案，目前可解 决电厂的淡水用水，以后可根据需要适时配套建设大规模的海水淡化厂，为地方 暂按 海水 40 X 经济发展提供淡水资源保障。本项目结合2X 1000MV发电机组的建设规模， 配套建设2X 104m/d规模的海水淡化装置设计；并对总规模为 40X 104m/d 淡化厂作出展望。 本专题报告按本期工程厂内自用的2 X 104m/d规模和规划容量的 104m/d的海水淡化站分别进行比较论述。 2海水淡化技术概述 和反 海水淡化技术的种类很多，但适于产业化的主要有蒸馏法 (俗称热法) 渗透法(俗称膜法)。蒸馏法主要有多级闪蒸(MSF)、低温多效蒸馏(LT MED技 术。 2.1蒸馏法淡

6、化技术 2.1.1多级闪蒸(MSF) MSF是蒸馏法海水淡化最常用的一种方法，在 20世纪80年代以前，较大型 的海水淡化装置多数采用 MSF技术。大港电厂二期工程引进了美国的多级闪蒸 (MSF)海水淡化装置，是我国第一套大型的海水淡化装置。 MSF的典型流程示意图见图2-1。 多级闪蒸过程原理如下；将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室， 由于该 闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，故热盐水 进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化，从而使热盐水自身的温度降低, 所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。 MSF装置具有设备单机容量大、使用寿命长、出水品质好、造水比高、热效

7、率高、寿命长等优点。但该装置海水的最高操作温度在110C 120C左右，对传 热管和设备本体的腐蚀性较大，必须采用价格昂贵的铜镍合金、特制不锈钢及钛 材，因此设备造价高；设备的操作弹性小，多级闪蒸的操作弹性是其设计值的 80%- 110%不适应于产水量要求可变的场合。 2.1.2 低温多效蒸馏（LT MED） 低温多效蒸馏海水淡化技术是指盐水最高温度不超过70r的淡化技术，是 20世纪80年代成熟的高效淡化技术。其特点是将一系列的喷淋降膜蒸发器串联 布置。加热蒸汽被引入第一效，其冷凝热使几乎等量的海水蒸发， 通过多次蒸发 和冷凝，后面的蒸发温度均低于前面一效， 从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水，

8、最 后一效的蒸汽在海水冷凝器中冷凝。 第一效冷凝液返回锅炉，而其他效及海水冷 凝器的冷凝液收集后作为产品水。为提高热效率，目前多采用压汽蒸馏的淡化工 艺，压缩可采用蒸汽喷射器，称为热压缩（TVC;或采用机械蒸汽压缩机，即机 械压缩（MVC,由于受压缩机的限制，其单台装置的容量较其他蒸馏装置小。目 前绝大多数低温多效蒸馏装置都采用热压汽蒸馏的方式来提高热能效率，即低温 多效加蒸汽压缩喷射器（LT ME TVC工艺。 图2-2是LT MEBTVC蒸馏装置的原理示意图。 蒸汽来自锅炉 1kg蒸汽 排岀海水 2kg蒸汽 T=6 4X10 单机容量: 200m/h ; 400 m3/h 设备套数: 5套

9、；50套 13 反渗透海水淡化的回收率：40%45% 产品水水质：TDS （固体溶解物总量）300500mg/L 设计水温：15C 35C 3.2.3淡化站布置 海水淡化站建（构）筑物包括：超滤、反渗透设备间, 设备间内设置控制室、 （池）等设施。 （方案二） 加药间、过滤间、水泵间、配电间等，室外设置各类水箱 海水淡化站占地分别约 105mK 50m 105mX400m 3.3低温多效（LT MEBTVC蒸馏法海水淡化技术方案 3.3.1淡化工艺流程 低温多效淡化装置对进水的水质要求不高，鉴于本工程取水海域水质较清、 泥沙含量少，进入海水淡化站的海水水质较好。因此，本工程不设置预处理。为 防

10、止设备结垢，在进料液中加入聚磷酸盐类阻垢剂。 为防止海生物孳生，设置次 氯酸钠加药系统，以对进入的海水进行杀菌灭藻处理。 工艺流程为: 海水一一海水取水泵一一MED装置一一淡水箱/池一一用户 3.3.2海水淡化系统配置及设计参数 制水规模：2Xl0m/d ; 4X1C4mi/d 单机容量：10000 m/d ; 25000 m3/d 设备台数：2台；16台 造水比：12.5 产品水水质：TDS（固体溶解物总量）5mg/L。 抽汽量：两台机共 67t/h ； 1334t/h 抽汽参数：压力为0.55MPa （暂定），温度为300C 3.3.3海水淡化站布置 低温多效设备露天布置，另设控制室、加药

11、间、配电间等。室外布置淡水池 和水箱等设施。淡化站占地分别约 130mx 80m 180mx 560m 4海水淡化方案的经济比较 4.1自用型海水淡化厂的经济比较 对于与发电工程配套的自用型 20000 m3/d海水淡化装置，热法耗汽量约为 67t/h，不影响电厂的发电量，所产淡水为电厂自用，因此两种海水淡化方案的 经济比较仅针对其对发电厂本身的上网电价及煤耗的影响来进行。 4.1.1比较计算的条件 1）年发电量按发电年利用小时 5500h计算，为110X 108 kW?ho 2）厂用电 厂用电包括发电厂用水电和淡化用电两部分， 两个方案的发电厂用电率差别 很小，均按5 %考虑。 反渗透方案耗

12、电：淡化站电耗3.5kW?h/m3,用于锅炉补给水处理的淡水反渗 透0.5kW?h/m3 （为便于计算比较，淡水反渗透电耗按淡化站产淡水量进行了折 算），总电耗4.0kW?h/m3 低温多效蒸馏方案耗电：淡化站电耗 1.5kW?h/m3 3）工程投资 根据近期国内海水淡化项目的实施情况，LT MEDTVC海水淡化装置投资约 为8000 10000元？ d /m3，SWR海水淡化装置为4000 5000元？ d /m3，淡水反渗 透为600650元？ d/m3o本报告暂按上限取值，即：方案一取 5000元？ d /m3，方 案二取 10000 元？ d /m 3o 4）运行维护费用 两个方案的发

13、电部分维修费用基本相同。 海水淡化装置的运行维护费用： 反渗透方案取：药品及膜更换费1.20元/m3淡水（包括淡水反渗透部分） 低温多效蒸馏方案取：药品费0.20元/m3淡水 5）其它条件 标煤价：1000元/吨 蒸汽价格：按53.24元/吨计 电费：厂用电价按0.29元/kWh计算。 基本折旧费：低温多效设备属于热力设备，使用年限相对较长，因此其 固定资产折旧年限取25年；海水反渗透设施使用年限相对低温多效设备较 短，因此其固定资产折旧年限取 20年。 按电厂实际耗水量计算运行费用 4.1.2主要经济指标 按上述条件，两个方案的经济指标计算结果见表 4-1 0 表4-1海水淡化方案经济指标

14、项目 单位 方案一 方案二 海水淡化站投资 万元 12890 22890 制水成本 （元/吨） 5.15 8.39 从表4-1数据可以看出: 与方案二相比，方案一具有投资省、制水成本低的优点。 4.2外供型海水淡化方案的经济比较 4.2.1经济比较模式 外供淡水时，海水淡化方案的经济比较方法有两种。一种是仅就不同的淡 化装置方案计算其投资、成本，在相同的资本金内部收益率的条件下， 计算出不 同方案的水价。此方法存在两个问题，第一是对于蒸馏法的热价如何确定。 热价 是影响蒸馏法水价的主要因素，而热价的确定涉及到热电联产带来的效益以及固 定资产折旧在热和电中两种产品如何分摊，带有很大的人为因素。第

15、二是热价的 高低以及发电量的不同对发电部分（厂）的经济效益的影响没有考虑。 基于上述分析，本报告提出第二种比较模式，即将发电部分与制淡水部分 捆成一个厂来进行分析计算，即电厂有两种产品：电和淡水。不同方案在锅炉蒸 发量、年供淡水量以及投资方内部收益率相同的条件下，通过财务分析，假定电 价计算水价，或假定水价计算电价，取其低者为优。此种比较模式就避免了前述 第一种方法的问题。 422比较计算的条件 422.1汽轮发电机组在凝汽工况和抽汽工况下不同负荷率的热耗和出力按汽 轮机厂提供的1000MV机组热平衡图为依据。 4.2.2.2 年发电量按发电年利用小时5500h计算。 年供淡水量按淡化装置年利

16、用小时 7600h计算。 4.2.2.3 厂用电率 1） 方案一：发电厂用电率 5% 淡化厂用电率 3.5kW?h/m3 2） 方案二：发电厂用电率 5.66% 4.2.2.4 淡化厂用电率 财务分析的其它条件 3 1.5kW?h/m 标煤价：650元/吨（2008年惠安电厂煤价） 投资方内部收益率：10% 假定水价（不含税）从4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0元/m3计算相应的电 4-2。 4.2.3 4X10 4m/d经济比较计算结果 按上述条件，两个方案的技术指标计算结果见表 表4-2 技术指标 项目 单位 方案一（SWRO 方案二（LT-MED-TVC 总投资 发电部分 万

17、元 924659.94 924659.94 海水淡化部分 万元 211024.58 427577.67 合计 万元 1135684.52 1352237.61 发电出力 MW 2X 1000 2X 857.74 年发电量 108 kW?h 110 104.31 年供电量 8 10 kW?h 100.07 96.51 年供淡水量 4 3 10 m 12666.67 12666.67 平均发电标煤耗 kg/kW?h 0.2826 0.2358 制淡水能（标煤）耗 kg/m3 1.041 8.815 年耗煤量 供电部分 104 t/a 297.71 241.18 供淡水部分 104 t/a 13.1

18、8 106.91 合计 4 10 t/a 310.89 348.09 表4-3 方案一（SWR）财务分析计算成果表 水价 （元 /m3） 电价（元/MWh 投资方内部收益率 （%） 投资回收期 （年） 备注 不含税 含税 不含税 含税 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：本行数据是以假定本工程不设海水淡化时的电厂计算电价来计算水价。 表4-4 方案二（LT-MED-TVC财务分析计算成果表 水价 （元 /m3） 电价（元/MWh 投资方内部收益率 （%） 投资回收期 （年） 备注 不含税 含税 不含税 含税 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：本行数据是以假定本工程不设海水淡化时的电厂计算电价来计算水价。 图4-1 水价与电价关系曲线 上述计算结果说明，两个方案在经济效益相同的条件下, 随着水价上升，电价随之下降; 在相同的水价下，方案一的电价明显低于方案二的电价，或者说，在相 同的电价下，方案一的水价明显低于方案二的水价； 由于方案二的制水能耗远大于方案一的制水能耗，两个方案在年供水量 相同，方案二的供电量比方案一少 3.56 X 108 kW?h的

21、情况下，方案二年 用煤量比方案一多37.2 X 104 t （标煤），相应多排放二氧化碳约84.7 X 104 t 0 现电厂标煤价为1000元/吨，从上面的趋势可以看出，方案二的水价会 更高，即与方案一的水价差距会更大。 5海水淡化工程实例 近年来，随着电厂的建设，我国陆续投产了多项配套的海水淡化工程，表 5-1列出了部分蒸馏法海水淡化工程实例，表5-2列出了部分反渗透法海水淡化 工程实例。 表5-1蒸馏法海水淡化工程实例 项目名称 单机容量 （rm/d ） 总容量 (mi/d ) 海水淡化工艺 海水预处理工艺 大港电厂海水淡化工程 3000 6000 MSF 仅加酸、脱气 黄岛电厂海水淡化工程 3000 3000 LT-MED-TVC 无预处理 黄骅电厂一期海水淡化 工程 10000 20000 LT-MED-TVC 混凝沉淀 首钢京唐钢铁厂海水 淡化