海水淡化工艺方案样本.docx
《海水淡化工艺方案样本.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海水淡化工艺方案样本.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
海水淡化工艺方案样本
1前言
1.1概况
国内淡水资源极为匮乏，全国660各种都市中，有400各种都市缺水，其中100各种都市严重缺水。
淡水资源短缺乃至水危机是国内经济社会可持续发展过程中最大制约之一。
电厂在生产电能同步，可运用其便宜热和电，进行海水淡化，不但可满足其工业用水需要，并且还可为周边地区提供淡水水源。
在推动和运用海水淡化技术方面，电厂有着其得天独厚有利条件。
因而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
某电厂取水具备海域辽阔、水量充沛、海水较清、悬浮物及有害微生物少等特点，可大大节约海水取水成本及原料海水预解决成本。
海水水质分析报告如下：
分析报告
送样单位
批号：
样品类型：
海水
检测根据：
GB17378.4-
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
NO3-
3.00
3.00
盐度‰
29.6
26.3
NO2-
0.10
0.10
色度
未检出
未检出
HCO3-
138
140
SS
80
78
CO32-
0.00
0.00
浊度
<3
<3
Ba2+
<0.01
<0.01
含沙量kg/m3
0.10
0.12
Sr2+
<0.001
<0.001
DO
3.42
4.15
Mn2+
<0.01
<0.01
高锰酸盐指数CODMn
1.54
1.64
pH
7.85
8.02
BOD5
5.86
6.75
fCO2
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（O2）
9.25
8.76
酚酞碱度mmol/l
0.00
0.00
K+
524
436
灼烧减量
4582
3864
Na+
5186
5241
酸度mmol/l
0.25
0.20
Ca2+
670
664
全硅量（SiO2）
2.00
1.00
Mg2+
1457
1421
溶硅量（SiO2）
1.80
0.96
Fe2＋
0.00
0.00
胶硅量（SiO2）
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
NH3
<0.01
<0.01
总硬度mmol/l
105
107
Cl-
16352
16478
SO42-
3428
3596
1.3海水淡化规模
依照建厂地区缺水状况，电厂可针对性地提出水电联产方案，当前可解决电厂淡水用水，后来可依照需要适时配套建设大规模海水淡化厂，为地方经济发展提供淡水资源保障。
本项目结合2×1000MW发电机组建设规模，暂按配套建设2×104m3/d规模海水淡化装置设计；并对总规模为40×104m3/d海水淡化厂作出展望。
本专项报告按本期工程厂内自用2×104m3/d规模和规划容量40×104m3/d海水淡化站分别进行比较阐述。
2海水淡化技术概述
海水淡化技术种类诸多，但适于产业化重要有蒸馏法（俗称热法）和反渗入法（俗称膜法）。
蒸馏法重要有多级闪蒸（MSF）、低温多效蒸馏（LT－MED）技术。
2.1蒸馏法淡化技术
2.1.1多级闪蒸（MSF）
MSF是蒸馏法海水淡化最惯用一种办法，在20世纪80年代此前，较大型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多级闪蒸（MSF）海水淡化装置，是国内第一套大型海水淡化装置。
MSF典型流程示意图见图2-1。
图2-1盐水再循环式多级闪蒸（MSF）原理流程
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，由于该闪蒸室中压力控制在低于热盐水温度所相应饱和蒸汽压条件下，故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地某些气化，从而使热盐水自身温度减少，所产生蒸汽冷凝后即为所需淡水。
MSF装置具备设备单机容量大、使用寿命长、出水品质好、造水比高、热效率高、寿命长等长处。
但该装置海水最高操作温度在110℃~120℃左右，对传热管和设备本体腐蚀性较大，必要采用价格昂贵铜镍合金、特制不锈钢及钛材，因而设备造价高；设备操作弹性小，多级闪蒸操作弹性是其设计值80%～110%，不适应于产水量规定可变场合。
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70℃淡化技术，是20世纪80年代成熟高效淡化技术。
其特点是将一系列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海水蒸发，通过多次蒸发和冷凝，背面蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量蒸馏水，最后一效蒸汽在海水冷凝器中冷凝。
第一效冷凝液返回锅炉，而其她效及海水冷凝器冷凝液收集后作为产品水。
为提高热效率，当前多采用压汽蒸馏淡化工艺，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），由于受压缩机限制，其单台装置容量较其她蒸馏装置小。
当前绝大多数低温多效蒸馏装置都采用热压汽蒸馏方式来提高热能效率，即低温多效加蒸汽压缩喷射器（LT－MED－TVC）工艺。
图2-2是LT－MED－TVC蒸馏装置原理示意图。
图2-2LT－MED-TVC蒸馏装置原理示意图
低温多效海水淡化装置运营温度远远低于MSF装置110℃，因此其能耗和管壁腐蚀及结垢速率均较低。
和MSF相比，其设备本体和传热管材质规定较低，而热效率较高。
多效蒸馏操作弹性很大，负荷范畴从110%变到40%，皆可正常操作，并且不会使造水比下降。
低温多效海水淡化装置可以用70℃左右，0.030-0.035MPa（a）蒸汽作为热源，当提供汽机抽汽参数高于低温多效加热蒸汽压力和温度规定期，可采用热压缩装置，可以进一步提高系统热效率。
国外近几年MED发展迅速，MED单台最大产水量已达40000t/d，技术是成熟。
2.2海水反渗入（SWRO）淡化技术
海水反渗入（SWRO）淡化技术在20世纪70年代后获得了很大发展。
由于RO膜材料不断改进，以及能量回收效率不断提高，SWRO技术越来越引起人们关注，现也已成为蒸馏海水淡化系统重要竞争对手。
反渗入是用一种特殊膜，在外加压力作用下使溶液中某些组分选取性透过，从而达到淡化、净化或浓缩分离目。
典型海水反渗入解决工艺流程见图2-3。
预解决
反渗入膜组件
保安过滤器
产品水
原水池
澄清池
海水
电动机
能量回收
浓水
混凝剂
杀菌剂
杀菌剂
除氯还原剂
消毒剂
高压泵
图2-3 典型海水反渗入工艺流程图
海水反渗入（SWRO）系统所需能量决定于进水含盐量、系统浓缩倍率、进水温度及产品水水质，其能耗普通为9～10kW•h/m3，若有能量回收装置，则所需能耗为3.5～6kW•h/m3。
海水反渗入SWRO设备除膜组件、高压泵、能量回收装置需要进口外，其他设备和器件均可以在国内加工制造，设备投资以及制水成本相对较低。
2.3海水淡化工艺重要技术性能对比
惯用海水淡化工艺重要技术性能见表2-1。
表2-1海水淡化工艺技术比较
海水淡化工艺比较
SWRO
LT－MED－TVC
MSF
产品水水质（mg/L）
200~500
1~10
1~10
电耗（kW•h/m3）
3.5~6.0
（有能量回收）
1~2
1.5~4
装置热耗
（kJ/kg）
−
190~400
190~400
进水预解决
需设立完善预解决系统
规定进水浊度不大于20mg/L~300mg/L
进水水质规定较低
海水运用率
（或回收率）
35％~55%
25％~40％（含冷却水量）
排出海水浓度
原海水1.6~1.9倍
原海水1.5~1.8倍
原海水1.7~2.2倍
最大单机产水量（m3/d）
相对较小
68190
91000
操作弹性（％）
不限
40～110
80～110
从表2-1可以看出，蒸馏法与反渗入法重要技术区别在于：
对进水水质规定不同；单机产水量不同；变工况能力不同；能（热）耗不同等。
蒸馏法在装置规模、预解决系统规定、出水水质、运营可靠性以及电耗方面具备明显优势，但蒸馏法总能耗比SWRO法高；从海水用量上看，由于SWRO法水运用率高，因而取水量较少。
在变工况能力上，SWRO法则没有限制。
与LT－MED－TVC相比，MSF装置单机容量大，对进水水质规定低，但其变工况能力差，抽汽参数高，工作温度高，设备投资大，因而运营费用高。
因而对于蒸馏法工艺推荐选用LT－MED－TVC方案。
本专项将对SWRO和LT－MED－TVC两种工艺进行技术经济比较，结合各淡水顾客用水需求拟定海水淡化工艺。
3电厂海水淡化方案选取
3.1海水淡化系统设计条件
按满足电厂自用2X104m3/d海水淡化规模及向地方供水40X104m3/d海水淡化规模分别进行比较。
3.2反渗入膜法（SWRO）海水淡化技术方案（方案一）
3.2.1海水反渗入预解决系统选取
海水反渗入，其预解决目是防止悬浮杂质、有机物、胶体物质、细菌、微生物等附着在膜表面或堵塞膜元件水流通道，防止海水膜表面结垢沉淀，保证海水膜免受机械和化学损失，使膜保持良好性能和足够长使用寿命。
依照海水取水方式不同、所处水域水质不同，以及采用海水淡化技术不同，采用预解决方式不同。
预解决系统形式有：
混凝、沉淀（澄清）、过滤（活性炭过滤器、多介质过滤器微滤、超滤、纳滤）等。
常规混凝澄清、介质过滤预解决方式在当前已运营海水反渗入系统中应用较多、运营使用时间较长，但其占地面积大，系统复杂，操作费力，运营维护都需特别精心才干使反渗入膜不受到污染。
超滤（微滤）预解决方式在水解决领域已应用近年，也有许多成功经验。
微滤（超滤）对海水中胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具备良好分离能力，其去除率好于常规预解决方式，采用微滤（或超滤）作为海水反渗入预解决，可以满足反渗入进水水质规定。
此技术由于改进了反渗入进水水质，不但延长了海水反渗入清洗周期、反渗入膜使用寿命，并且有助于提高系统回收率、减少运营费用。
且新技术占地面积小，操作、维护简朴。
电厂普通状况下海水水质较好、悬浮物及泥沙含量较少，依照有关工程经验，海水反渗入淡化系统预解决可采用直接超（微）滤装置。
3.2.2海水淡化系统设立
1）工艺流程
海水—自清洗过滤器—超滤—海水反渗入—淡水箱—顾客
2）SWRO系统配备及设计参数
制水规模：
2X104m3/d；4X104m3/d
单机容量：
200m3/h；400m3/h
设备套数：
5套；50套
反渗入海水淡化回收率：
40%~45%
产品水水质：
TDS（固体溶解物总量）300~500mg/L
设计水温：
15℃~35℃
3.2.3淡化站布置
海水淡化站建（构）筑物涉及：
超滤、反渗入设备间，设备间内设立控制室、加药间、过滤间、水泵间、配电间等，室外设立各类水箱（池）等设施。
海水淡化站占地分别约105m×50m，105mX400m。
3.3低温多效（LT－MED－TVC）蒸馏法海水淡化技术方案（方案二）
3.3.1淡化工艺流程
低温多效淡化装置对进水水质规定不高，鉴于本工程取水海域水质较清、泥沙含量少，进入海水淡化站海水水质较好。
因而，本工程不设立预解决。
为防止设备结垢，在进料液中加入聚磷酸盐类阻垢剂。
为防止海生物孳生，设立次氯酸钠加药系统，以对进入海水进行杀菌灭藻解决。
工艺流程为：
海水——海水取水泵——MED装置——淡水箱/池——顾客
3.3.2海水淡化系统配备及设计参数
制水规模：
2X104m3/d；4X104m3/d
单机容量：
10000m3/d；25000m3/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300℃
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130m×80m；180m×560m。
4海水淡化方案经济比较
4.1自用型海水淡化厂经济比较
对于与发电工程配套自用型0m3/d海水淡化装置，热法耗汽量约为67t/h，不影响电厂发电量，所产淡水为电厂自用，因而两种海水淡化方案经济比较仅针对其对发电厂自身上网电价及煤耗影响来进行。
4.1.1比较计算条件
1）年发电量按发电年运用小时5500h计算，为110×108kW•h。
2）厂用电
厂用电涉及发电厂用水电和淡化用电两某些，两个方案发电厂用电率差别很小，均按5％考虑。
反渗入方案耗电：
淡化站电耗3.5kW•h/m3，用于锅炉补给水解决淡水反渗入0.5kW•h/m3（为便于计算比较，淡水反渗入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
依照近期国内海水淡化项目实行状况，LT-MED-TVC海水淡化装置投资约为8000~10000元•d/m3，SWRO海水淡化装置为4000~5000元•d/m3，淡水反渗入为600~650元•d/m3。
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/m3。
4）运营维护费用
两个方案发电某些维修费用基本相似。
海水淡化装置运营维护费用：
反渗入方案取：
药物及膜更换费1.20元/m3淡水（涉及淡水反渗入某些）
低温多效蒸馏方案取：
药物费0.20元/m3淡水
5）其他条件
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，因而其固定资产折旧年限取25年；海水反渗入设施使用年限相对低温多效设备较短，因而其固定资产折旧年限取。
按电厂实际耗水量计算运营费用
4.1.2重要经济指标
按上述条件，两个方案经济指标计算成果见表4-1。
表4-1 海水淡化方案经济指标
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，方案一具备投资省、制水成本低长处。
4.2外供型海水淡化方案经济比较
4.2.1经济比较模式
外供淡水时，海水淡化方案经济比较办法有两种。
一种是仅就不同淡化装置方案计算其投资、成本，在相似资本金内部收益率条件下，计算出不同方案水价。
此办法存在两个问题，第一是对于蒸馏法热价如何拟定。
热价是影响蒸馏法水价重要因素，而热价拟定涉及到热电联产带来效益以及固定资产折旧在热和电中两种产品如何分摊，带有很大人为因素。
第二是热价高低以及发电量不同对发电某些（厂）经济效益影响没有考虑。
基于上述分析，本报告提出第二种比较模式，即将发电某些与制淡水某些捆成一种厂来进行分析计算，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似条件下，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办法问题。
4.2.2比较计算条件
4.2.2.1汽轮发电机组在凝汽工况和抽汽工况下不同负荷率热耗和出力按汽轮机厂提供1000MW机组热平衡图为根据。
4.2.2.2年发电量按发电年运用小时5500h计算。
年供淡水量按淡化装置年运用小时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%
淡化厂用电率1.5kW•h/m3
4.2.2.4财务分析其他条件
标煤价：
650元/吨（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计算相应电价
4.2.34X104m3/d经济比较计算成果
按上述条件，两个方案技术指标计算成果见表4-2。
表4-2 技术指标
项目
单位
方案一（SWRO）
方案二（LT-MED-TVC）
总投资
发电某些
万元
924659.94
924659.94
海水淡化某些
万元
211024.58
427577.67
共计
万元
1135684.52
1352237.61
发电出力
MW
2×1000
2×857.74
年发电量
108kW•h
110
104.31
年供电量
108kW•h
100.07
96.51
年供淡水量
104m3
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
供电某些
104t/a
297.71
241.18
供淡水某些
104t/a
13.18
106.91
共计
104t/a
310.89
348.09
表4-3 方案一（SWRO）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
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
7.34
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
上述计算成果阐明，两个方案在经济效益相似条件下，
●随着水价上升，电价随之下降；
●在相似水价下，方案一电价明显低于方案二电价，或者说，在相似电价下，方案一水价明显低于方案二水价；
●由于方案二制水能耗远不不大于方案一制水能耗，两个方案在年供水量相似，方案二供电量比喻案一少3.56×108kW•h状况下，方案二年用煤量比喻案一多37.2×104t（标煤），相应多排放二氧化碳约84.7×104t。
●现电厂标煤价为1000元/吨，从上面趋势可以看出，方案二水价会更高，即与方案一水价差距会更大。
5海水淡化工程实例
近年来，随着电厂建设，国内陆续投产了多项配套海水淡化工程，表5-1列出了某些蒸馏法海水淡化工程实例，表5-2列出了某些反渗入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（m3/d）
总容量（m3/d）
海水淡化工艺
海水预解决工艺
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
无预解决
黄骅电厂一期海水淡化工程
10000
0
LT-MED-TVC
混凝沉淀
首钢京唐钢铁厂海水淡化工程
12500
50000
LT-MED-TVC
混凝沉淀
天津北疆发电厂一期海水淡化工程
25000
00
LT-MED-TVC
微砂加速混凝沉淀
表5-2反渗入法海水淡化工程实例
项目名称
单机容量（m3/d）
总容量（m3/d）
海水淡化工艺
海水预解决工艺
黄岛电厂海水淡化工程
3000/10000
3000/10000
SWRO
自清洗过滤器+超滤
河北王滩电厂海水淡化工程
3600
10800
SWRO
自清洗过滤器+超滤
华能玉环电厂海水淡化工程
5760
34560
SWRO
“微旋涡”折板式反映沉淀池+浸没式超滤
浙能乐清电厂海水淡化工程
21600
SWRO
混凝澄清装置+超滤
华能营口电厂海水淡化工程
2400
9600
SWRO
反映沉淀池+多介质过滤+细砂过滤
大连庄河电厂海水淡化工程海水淡化工程
4240
12720
SWRO
反映沉淀池+超滤
福建宁德核电厂海水淡化工程
3630
14520
SWRO
混凝沉淀+均粒V型砂滤+细砂过滤
6结论
综合比较结论如下：
1）从经济、环境和社会效益三方面综合考虑，海水反渗入方案均有优势。
2）对于2×104m3/d海水淡化系统，为节约投资、缩短工期、减少占地面积，推荐采用海水反渗入方案。
3）对于40×104m3/d海水淡化系统，可以采用热膜结合淡化制水方案，以满足顾客不同用水水质需求，同步还可减少因热法大量抽汽对发电影响。
4）无论采用何种方案，海水淡化装置均为模块构成，可分期建设，不影响电站主机设备选型和订货。
海水淡化装置建设规模、进度及方案构成均可依照社会需求而定。
升级会员 