热法及膜法海水淡化经济性分析
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海水淡化技术及建设投资运行成本介绍1.海水淡化技术发展现状海水淡化又被称为海水脱盐,也就是从海水中获取淡水的技术和过程。
从海水中取出淡水或者除去海水中的盐分,都可以达到淡化的目的。
从这两条路线出发,海水淡化分为两类。
采用从海水中分离出淡水的方法又可以细分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂萃取法;而第二类则包括电渗析法和离子交换法。
其中目前得到大规模商业应用是反渗透法和蒸馏法。
(1)反渗透海水淡化技术对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜,一般将只能透过溶剂而不能透过溶液的薄膜称之为理想的半透膜。
当半透膜把不同浓度的溶液隔开后,在自然情况下,水流是从低浓度盐水侧往高浓度盐水侧流动;当在高浓度盐水侧加上一个适当的压力后,也会将水从高浓度侧压到低浓度侧,见图1。
反渗透海水淡化就是利用该原理,用高压泵将海水增压后,借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子得到淡水。
由于反渗透膜的截留粒度小于10×10-10 m,所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒,获得高质量的纯水。
图1. 反渗透海水淡化技术原理一般说来,反渗透海水淡化工艺包括四部分:预处理、反渗透、后处理及清洗系统,图2是一种反渗透海水淡化系统的典型工艺流程。
图2. 反渗透系统典型工艺流程图预处理系统的目的是为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性,保障良好的设计性能和长时间的安全运行,特别是为了保证膜的使用寿命(一般情况下,自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为5年,而海水膜的使用寿命为3年)而设置。
由于供给的源水不同,其水质组成与杂质成分千差万别,预处理系统也有很大的区别,在决定预处理系统时需要丰富的基础理论知识和工程实际经验。
反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压泵两部分组成,反渗透组件是整个系统的心脏部分,而高压泵是系统的关键部件。
高压泵把进水升压至不同的压力进入膜堆,透过膜的水作为产品水,而未透过膜的作为浓盐水排放。
其设计的核心在于根据不同的原水水质安排不同的回收率,以及通过流程及设备的选用使系统尽可能的节能。
海水淡化技术产业化的技术经济分析引言随着全球水资源日益紧缺,海水淡化技术成为解决淡水短缺问题的重要手段。
海水淡化技术的发展与应用对于维持社会生产生活的正常运行具有重要意义,同时也对技术经济产生了巨大影响。
本文将对海水淡化技术的产业化以及技术经济进行分析和探讨。
1. 海水淡化技术的产业化现状海水淡化技术是指利用各种方法将海水中的盐分和杂质去除,转变为适用于人类生产和生活的淡水。
目前海水淡化技术已经逐步实现产业化,并得到广泛应用。
其中常见的海水淡化技术主要包括膜法、热法和化学法等。
1.1 膜法海水淡化技术膜法海水淡化技术是目前应用最为广泛的海水淡化方法之一。
其通过使用特殊膜层,利用渗透性的差异将盐分和杂质从海水中分离出来。
膜法海水淡化技术具有能耗低、稳定性高、适用范围广等优点,已经在海水淡化领域取得了显著的成果。
1.2 热法海水淡化技术热法海水淡化技术是利用蒸发和冷凝原理,通过热能输入将海水蒸发,然后再使蒸汽冷凝成淡水。
这种方法虽然能够快速分离盐分,但能耗较高,运行成本相对较高,在实际应用中受到一定限制。
1.3 化学法海水淡化技术化学法海水淡化技术主要包括电渗析、异相电解和化学沉淀等方法。
这些方法往往与其他技术结合使用,能够有效地去除海水中的盐分和杂质。
化学法海水淡化技术在工业生产领域和紧急灾害救援方面具有重要应用前景。
2. 海水淡化技术产业化的意义海水淡化技术产业化对社会的可持续发展具有重要意义。
以下列举了海水淡化技术产业化的几个重要意义:2.1 解决淡水资源短缺问题全球淡水资源短缺已成为一个普遍问题,而大量的海水资源却未得到有效利用。
海水淡化技术的产业化将有助于满足日益增长的淡水需求,缓解淡水资源紧缺的问题。
2.2 促进海水资源的可持续利用海水淡化技术的产业化可以有效促进海水资源的可持续利用。
通过将海水转化为淡水,可以大大减少对淡水资源的依赖,并实现海水资源的循环利用,减少对环境的负面影响。
2.3 推动相关技术的研发与创新海水淡化技术的产业化将促进相关技术的研发与创新。
太阳能海水淡化实验系统的热经济分析摘要:本文对太阳能海水淡化实验系统还进行了热经济学分析。
在确定了淡水单价的基础上,以年度化热经济成本最小为目标函数,分析了年度化热经济成本与闪蒸压力、蒸发压力和最高海水温度的关系。
关键词:热经济学分析太阳能海水淡化热经济学是把火用分析法与经济因素以及优化原理有机结合起来的一门交叉学科。
近年来随着人们节能意识的增强,热经济学得到了飞速发展[1-3]。
1 系统的热经济学模型利用热经济学原理,根据太阳能海水淡化系统的各设备物流关系,得出图1所示的热经济学分析图。
图中Cs、Czh、Cln分别为闪蒸室、蒸发器、冷凝器的非能量年度化费用,包括初投资、运行费、维修费、折旧费等;Exhot代表从太阳能集热系统输出进入闪蒸室的具有最高海水温度的海水火用流,火用单价为chot;Exv1代表闪蒸室输出的水蒸汽火用流,火用单价分别cv1;Exv2代表蒸发器输出的水蒸汽火用流,火用单价分别cv2;Exd1代表蒸发器凝结排出的淡水的火用流,火用单价为cd1;Exd2代表冷凝器凝结排出的淡水的火用流,火用单价为cd2;Exbs代表闪蒸室输出的闪蒸后的海水火用流,火用单价为cbs;Exout代表蒸发器输出的蒸发后的海水火用流,火用单价为cout;Exc代表输入冷凝器的冷却水的火用流,单价为火用cc;Exco代表冷凝器排出的冷却水的火用流,火用单价为cco。
忽略真空泵、循环泵、排水泵、海水泵等的火用流。
由现金流量平衡原理,得闪蒸室、蒸发器、冷凝器的成本方程分别为:将太阳能海水淡化系统年度化热经济成本CT最小作为目标函数,即[4~5]:本次实验中,冷凝器排出冷却水和蒸发器排出浓海水没有再次利用,所以该火用流的火用单价cco和cout可认为是0。
则得系统目标函数为:2 淡水火用单价的计算在热经济学分析中认为系统中,能量消耗和非能量消耗越接近始端越小[6]。
同时,将太阳能集热器和热水罐合并为一个太阳能集热系统,热水管的火用损失忽略不计。
海水淡化方法及原理
海水淡化是指从海水中提取出大量的淡水,以满足人类对淡水的需求。
海水淡化的方法目前包括离子交换、压滤、热蒸发、多孔介质膜等,各有不同的原理和特点。
(1) 离子交换法:原理是用离子交换柱来交换海水中的钠离子和氯离子,同时使用某种离子交换树脂作为吸附剂,通过对离子的吸附和再生,从海水中去除钠离子和氯离子,形成淡水。
(2) 压滤法:原理是使用海水的高压力将海水压入滤膜系统中,渗透出淡水。
在渗透过程中,滤膜可以有效地阻止溶质的过滤,形成淡水。
(3) 热蒸发法:原理是通过将海水煮沸,将淡化水以气体的形式从溶液中煮出。
这种方法又称为热力学蒸发法。
(4)多孔介质膜法:原理是通过将多孔介质膜放置在海水中,利用膜的选择性透过性区分淡水盐度,使淡水分子通过膜表面,海水盐度分子不能透过膜表面,从而获得淡水。
①M SF 海水淡化系统热经济学优化分析胡三高1,周少祥1,梁双印1,张志明2,(1.华北电力大学,北京 102206;2.山东电力高等专科学校,山东济南 250002)摘 要:热经济学理论和方法在能量系统分析中占有重要地位。
本文以年度化平均淡水成本为目标函数,对M SF 海水淡化系统建立了较完善的优化模型,并就国产化日产3000吨M SF 海水淡化系统进行了较详细的浮动价格结构下的优化设计分析。
关键词:M SF ;海水淡化;热经济学;优化中图分类号:P 747 文献标识码:A 文章编号:100023770(2000)01200132051 热经济学优化模型的建立一般地,M SF 海水淡化系统年总费用由设备折旧费、燃料费(蒸汽费用)、辅助设备耗电费用、运行维护(包括工人工资和管理费费用和海水预处理费用等组成。
根据我们所提出的单耗分析的理论与实施原则[1],系统的年平均淡水成本C d 是由理论最低成本C m in d和附加成本组成,而附加成本又由不可逆附加成本C F 和系统固定费用附加成本C Z 组成,如下式所示:C d =C m in d +C F +C Z =C f b m in +C f 2b i +2C Z i =C f (b m in +2b i )+(Z d +Z op +Z t )(H ・m d )式中:C f 为燃料单价:b m in 为M SF 海水淡化系统理论最低单耗;b i 为第i 个子系统的附加单耗;Z d 为总系统设备投资的年折旧费用;Z op 为系统年运行维护等费用;Z t 为系统年海水预处理费用;m d 为系统淡水产量;H 为年运行小时数。
蒸馏法海水淡化装置的热性能通常以淡水热耗率、造水比等指标来表征[2],它们实质是一样的,都没有计及能量品位。
我们知道在热电厂中,能量品位至关重要。
为了计及能量品位,人们曾以不同形式把火用引入性能指标[2,3,4],如火用效率、单位火用耗等,然而火用只体现能量作功的理论可行性,与实际的作功量还有一定的距离。
一、海水淡化简介1、海水淡化的定义海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。
是实现水资源利用的开源增量技术,可以增加淡水总量,且不受时空和气候影响,水质好、价格渐趋合理,可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。
从海水中取得淡水的过程谓海水淡化。
2、海水淡化的主要用途海水淡化主要是为了提供饮用水和农业用水,有时食用盐也会作为副产品被生产出来。
海水淡化在中东地区很流行,在某些岛屿和船只上也被使用。
3、海水淡化综合简介海水淡化是人类追求了几百年的梦想。
早在400多年前,英国王室就曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。
从20世纪50年代以后,海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展,在已经开发的二十多种淡化技术中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法都达到了工业规模化生产的水平,并在世界各地广泛应用。
现在世界上有十多个国家的一百多个科研机构在进行着海水淡化的研究,有数百种不同结构和不同容量的海水淡化设施在工作。
一座现代化的大型海水淡化厂,每天可以生产几千、几万甚至近百万吨淡水。
淡化水的成本在不断地降低,有些国家已经降低到和自来水的价格差不多。
某些地区的淡化水量达到了国家和城市的供水规模,目前淡化水已经完全可用于农田灌溉。
4、海水淡化历史地球表面2/3的面积被水覆盖,但水储量的97%为海水和苦咸水,这些水是很丰富的。
但是,要利用海水必须经过淡化。
目前,全世界有一百二十多个国家和地区采用海水或苦咸水淡化技术取得淡水。
第一个海水淡化工厂于1954 年建于美国,现在仍在德克萨斯州的弗里波特(Freeport)运转着。
佛罗里达州的基韦斯特(Key West)市的海水淡化工厂是世界上最大的一个,它供应着城市用水。
表面看海水淡化很简单,只要将咸水中的盐与淡水分开即可。
最简单的方法,一个是蒸馏法,将水蒸发而盐留下,再将水蒸气冷凝为液态淡水。
这个过程与海水逐渐变咸的过程是类似的,只不过人类要攫取的是淡水。
另一个海水淡化的方法是冷冻法,冷冻海水,使之结冰,在液态淡水变成固态的冰的同时,盐被分离了出去。
海水淡化技术发展分析来源:大禹网发布日期:2012-05-01反渗透法就是在一定压力下(60公斤/平方厘米),将海水压入反渗透膜,这种膜只允许海水中的水分子透过,而将绝大部分盐分子截住,从而得到淡水。
目前世界上最大在建工程在以色列,日产33万吨。
海水淡化技术发展分析海水淡化是人类追求了数百年的梦想。
记者昨从河海大学新能源研究开发院了解到,由中科院院士张耀明和该院高工邹宁宇等专家共同研制的太阳能加热装置,能够作为海水淡化装置中清洁、无污染的能源,使海水“变”为饮用水。
据介绍,我国海岸线总长为32647公里,沿海和中西部地区也拥有极为丰富的地下苦咸水资源,实现海水和苦咸水淡化无疑是解决我国淡水紧缺的一条重要战略途径。
目前,在已经开发的20多种海水淡化技术中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法都达到一定水平,遗憾的是这些技术很难推广,因为这些淡化装备都是用电、煤等能源为代价换取水源的技术。
邹宁宇介绍,经过河海大学和南京玻纤院科技人员的努力和攻关,该院已经研制出高效高温的集热器,为海水淡化工业提供了关键技术。
据了解,太阳能淡化海水在工艺上和制造蒸馏水的方法相似,所不同的是,就是利用了可以让太阳光固定的“定日镜”和转变电能的“集热器”,让海水处于沸腾状态,蒸馏出其中的淡水,而这样产出的水可以直接饮用。
邹宁宇强调,在这个淡化过程中,不耗费任何能源,只是通过太阳蓄热,淡化过程后产生的盐,一是排回大海,同时还可以加工成食用盐及工业用盐,因此,这一技术堪称最经济的、拯救环境的新生态环保技术。
目前,国际上海水淡化应用的技术主要是热法和膜法,又分别称为蒸馏法和反渗透法。
蒸馏法就是将海水变成蒸汽,蒸汽冷却而得到高纯度淡水。
根据蒸发冷却的方式不同,蒸馏法又分成多级闪蒸和多效蒸馏两种。
其中,多级闪蒸是将热海水突然减压,产生蒸汽而得到淡水。
目前世界最大规模多级闪蒸工程在沙特阿拉伯,日产45万吨;多效蒸馏是在蒸汽冷却的同时,持续蒸发进而得到淡水,代表性工程在西班牙,日产3.5万吨。
热法海水淡化介绍1鼎联的海水淡化技术目前商业应用主流的海水淡化技术分为膜法和热法两大类。
膜法主要指的是反渗透海水淡化技术;热法海水淡化技术包括:多级闪蒸(MSF)、普通多效蒸发(MED)、热力压缩耦合多效蒸发技术(MED—TC)和机械蒸汽压缩蒸发技术(MVC)等几种。
(1)多级闪蒸(MSF)多级闪蒸是使海水依次通过多个温度、压力逐级减低的闪蒸室进行蒸发冷凝的海水淡化方法。
MSF需要串联较多的级数才能实现较高的造水比,且大多数级需要在真空条件下运行。
目前MSF主要适用于大规模的海水淡化项目,可以充分体现规模效益,减少投资和运行费用。
墨西哥炼油厂MFS海水淡化项目(2)普通多效蒸发(MED)普通多效蒸发是将前一效产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽使用,最后一效的二次蒸汽经过末端冷凝器冷凝后排出。
这样做的目的是利用二次蒸汽的气化潜热作为蒸发海水需要的热源,大大降低蒸发过程中的热能消耗。
同多级闪蒸相比,普通多效蒸发更为节能。
泰国炼油厂MED海水淡化项目(3)热力压缩耦合的多效蒸发技术(TC-MED)为了充分利用末效二次蒸汽的气化潜热,降低蒸发的能耗,在普通多效蒸发的基础上增加蒸汽喷射压缩器,就组成了热力压缩耦合的多效蒸发技术,其工作原理是:采用少量高温高压的热力蒸汽(≥0.5MPa)喷入蒸汽喷射压缩器,将末效蒸发器的部分二次蒸汽吸入,两种蒸汽混合后产生能够用于蒸发器加热的蒸汽,再次送回至第一效蒸发器使用。
末效蒸发器剩余部分的二次蒸汽经过末端冷凝器冷凝后排出。
由于回收利用了部分末效蒸发器的二次蒸汽,因此TVC-MED系统的造水比明显高于普通MED系统。
另外由于末效蒸发器需要被冷凝器冷凝的二次蒸汽明显减少,因此TVC-MED对冷却水的消耗量也明显小于普通MED。
台湾妈祖电厂MED-TC海水淡化项目(4)机械蒸汽压缩蒸发技术(MVC)机械蒸汽压缩蒸发技术是采用机械蒸汽压缩机对二次蒸汽进行压缩,使蒸汽的压力和温度得到提升,作为加热蒸汽再次送入蒸发器;加热蒸汽在蒸发器内通过换热将热量传给海水,而自身被冷却形成冷凝水。
海水淡化方法分类及技术要点分析一、海水淡化技术海水由于其含盐量非常高,而不能被直接使用,目前主要采用两种方法淡化海水,即蒸馏法和反渗透法。
蒸馏法主要被用于特大型海水淡化处理上及热能丰富的地方。
反渗透膜法适用面非常的广,且脱盐率很高,因此被广泛使用。
反渗透膜法首先是将海水提取上来,进行初步处理,降低海水浊度,防止细菌、藻类等微生物的生长,然后用特种高压泵增压,使海水进入反渗透膜,由于海水含盐量高,因此海水反渗透膜必须具有高脱盐率,耐腐蚀、耐高压、抗污染等特点,经过反渗透膜处理后的海水,其含盐量大大降低,TDS含量从36000毫克/升降至200毫克/升左右。
淡化后的水质甚至优于自来水,这样就可供工业、商业、居民及船舶、舰艇使用。
二、海水杀菌灭藻由于海水中存在大量微生物、细菌和藻类。
海水中细菌、藻类的繁殖和微生物的生长不仅会给取水设施带来许多麻烦,而且会直接影响海水淡化设备及工艺管道的正常运转,所以海水淡化工程多采用投加液氯、次氯酸钠和硫酸铜等化学剂来杀菌灭藻。
海水淡化,反渗透设备,除盐水设备三、混凝过滤因为海水具有周期性涨潮、退潮,水中常夹带大量泥沙,浊度变化较大,易造成海水预处理系统运转不稳定,故在预处理中要加入混凝过滤,目的在于去除海水中的胶体、悬浮杂质,降低浊度。
在反渗透膜分离工程中通常用污染指数(SDI)来计量,要求进入反渗透设备的给水的SDI<4。
由于海水比重较大,pH值较高,且水温季节性变化大,预处理系统常选用三氯化铁作为混凝剂,其具有不受温度影响,矾花大而结实,沉降速度快等优点。
四、电渗析法渗析是属于一种自然发生的物理现象。
如将两种不同含盐量的水,用一张渗透膜隔开,就会发生含盐量大的水的电介质离子穿过膜向含盐量小的水中扩散,这个现象就是渗析。
这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的,称为浓差渗析。
渗析过程与浓度差的大小有关,浓差越大,渗析的过程越快,否则就越慢。
因为是以浓差作为推动力的。
膜法热法海水淡化技术经济分析大连海水淡化工程研究中心华维国一、海水淡化方法概述:海水淡化是指从海水中获取淡水的技术和过程,通过脱除海水中的大部分盐类,使处理后的海水达到生活和生产用水标准的水处理技术,目前淡化方法已达数十种,达到商业化规模的主要有反渗透法和蒸馏法,也就是常说的“膜法”和“热法”,蒸馏淡化技术又分成多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏三种。
1、蒸馏法淡化技术蒸馏法又称蒸发法,是最早采用的淡化技术。
早期主要用于少量蒸馏水的生产和制糖工业的料液浓缩,近代工业逐渐用于电厂和大型工业锅炉供水。
蒸馏法与膜法不同,经蒸发所得的水就是蒸馏水,水质较高,产品水的含盐量(总固溶物)可以降到5ppm以下。
蒸馏法所能处理的原料水比其它方法更加广泛,原水含盐量从几百毫克/升到几万毫克/升都可适应。
蒸馏法海水淡化的装置类型较多,主要的有:多级闪蒸海水淡化、多效蒸发海水淡化和压汽蒸馏海水淡化。
以下对各种方法进行简介:(1)多级闪蒸技术(MSF)● 基本原理多级闪蒸是将海水加热到一定温度后,引入到一个闪蒸室,其室内的压力低于海水所对应的饱和蒸汽压,部分海水迅速汽化,冷凝后即为所需淡水;另一部分海水温度降低,流入另一个压力较低的闪蒸室,又重复蒸发和降温的过程。
将多个闪蒸室串联起来,室内压力逐级降低,海水逐级降温,连续产出淡化水。
● 工艺流程经过澄清和加氯消毒处理的海水,首先送入排热段作为冷却水。
离开排热段的大部分冷却海水又排回海中,小部分作为进料海水(补给海水),经预处理后,从排热段末级闪蒸室流入第一级闪蒸室,如技术原理所说明的那样,逐级降压,海水逐级降温,连续产出淡化水。
见图1-1。
多级闪蒸的造水比是指生产的淡水(蒸馏水)的重量与所消耗的加热蒸汽之比,是淡化厂经济效益的直接体现,通常小型装置的造水比较小,大型装置的造水比较高,如日产淡水几百吨或四、五千吨的装置,造水比一般为5-8左右;日产淡水万吨级的装置,造水比多在10以上,日产淡水四~五万吨的装置造水比可达到13-14。
图1-1 多级闪蒸流程图(2)多效蒸馏技术(MED)● 基本原理:将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来,蒸汽进入第一效蒸发器,与进料海水热交换后,冷凝成淡化水;海水蒸发,蒸汽进入第二效蒸发器,并使几乎同量的海水以比第一效更低的温度蒸发,自身又被冷凝。
这一过程一直重复到最后一效。
连续产出淡化水。
多效蒸馏分为低温和高温多效蒸馏。
高温多效蒸馏可安排更多的传热效数,以达到较高的造水比,其热效率较高。
但是,前几效盐水的蒸发温度较高,传热管易结垢且腐蚀速度快,因而对设备的材料要求高,需频繁清洗设备,对海水预处理要求也高。
针对高温多效蒸馏的缺点,发展了低温多效蒸馏技术,其特点是盐水的蒸发温度不超过70℃,减缓了设备的腐蚀和结垢;并得到10效以上的造水比。
● 工艺流程:海水在冷凝器中预热、脱气之后分成两股,一股排回大海,另外一股为进料液。
料液加入阻垢剂,引入到蒸发器温度最低的效组中。
喷淋系统把料液分布到顶排管上,自上向下的降膜过程中,一部分海水吸收了管束内冷凝蒸汽的潜热而汽化;冷凝液以淡化水导出,蒸汽进下一效组,剩余料液也泵入下一效组中,该效组的操作温度高于上一效组。
在新的效组中又重复了蒸发和喷淋过程,直到料液在温度最高的效组中以浓缩液的形式排出。
详见图1-2:图1-2 低温多效蒸馏工艺流程图(3)压汽蒸馏技术(VC)● 基本原理:海水蒸发过程所产生的二次蒸汽,经压缩机增压,蒸汽饱和温度相应提高,再输入到蒸发器管束内,作为进料海水蒸发的热源,并自身冷凝为淡化水。
上述过程周而复始,连续生产。
压汽蒸馏按操作温度可分为常压压汽蒸馏和负压压汽蒸馏两种。
从结构上,又分为水平管降膜喷淋式和垂直管式两种形式;前一结构的优点是料液自液体分布器出来之后,在水平传热管上以薄膜的形式分布,又依靠重力向下实现再分布,由于液膜分布薄且均匀,因而传热系数高,并且蒸发器结构简单,在海水淡化领域得到广泛应用。
● 工艺流程:进料海水用极少量阻垢剂预处理后,进入一个板式换热器,回收自蒸发器排放出的浓盐水和淡化水的热量。
之后,与循环的浓盐水混合,进入到蒸发器中,喷淋到水平传热管束的外表面上,喷淋量需刚好在管子表面形成连续的液膜,与管束内经压缩机增压的蒸汽(略低于浓盐水蒸发平衡压力)热交换。
管内蒸汽冷凝成淡水导出,管外一部分盐水产生蒸发,通过汽液分离器除去夹带的液滴之后,蒸汽进压缩机压缩并导入传热管束内。
如此构成了二次蒸汽的不断循环和潜热交换。
工艺流程见图1-3:图1-3 压汽蒸馏工艺流程图2、膜法海水淡化技术(1)电渗析技术(ED)● 基本原理:电渗析以直流电为推动力,利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性,使一个水体中的离子通过膜迁移到另一个水体中的物质分离过程。
● 主要特点:电渗析为无相变过程。
所耗电能主要用于迁移溶液中的电解质离子,所耗的电能与溶液浓度成正比,对于不导电的颗粒没有去除能力。
电渗析技术用于海水淡化时能耗大,大规模的海水淡化工程基本上不采用。
但将1000~3000毫克/升的苦咸水脱盐至500 毫克/升的饮用水是经济可行的。
(2)反渗透技术(RO)● 基本原理:用一张只透过水而不能透过盐的半透膜将淡水和盐水隔开,淡水会自然地透过半透膜至盐水一侧,这种现象称为渗透。
当渗透到盐水一侧的液面达到某一高度时,渗透的自然趋势被这一压力所抵消从而达到平衡。
这一平衡压力即为该体系的渗透压,如在盐水一侧加一个大于渗透压的压力,盐水中的水会透过半透膜到淡水处。
这种与自然渗透相反的水迁移过程称为反渗透。
● 工艺流程:进料海水经预处理,去除悬浮固体及其它有害物。
然后经高压泵增压后,进入膜脱盐设备,产出的中间淡水产品进入后处理设施(按淡水不同用途选择,如作饮用水,需pH调节和加氯杀菌设备),精制成终产品淡水。
浓盐水自膜脱盐设备排出。
见图1-4:图1-4 反渗透工艺流程图二、热法(MED)膜法(RO)海水淡化系统构成1、系统组成和投资(1)热法系统:万吨级热法低温多效(MED-TVC)主系统及设备序号系统组件名称单位主要产地技术成熟度备注一海水预处理系统1 高效初次沉淀池套中国成熟2 混凝絮凝处理池套中国成熟3 污泥处理系统套中国成熟二海水淡化系统1 主蒸发/冷凝器套中国成熟2 凝汽器套中国成熟3 自动反洗过滤器台德国成熟4 盐水泵(浓盐水台德国成熟5、系统建设周期比较:热法的主蒸汽器的设计需要根据安装淡化系统地区海水参数及蒸汽参数进行优化设计,根据设计结果开始主蒸发器的制造,所以建设周期较长。
膜法系统的反渗透膜组已经形成模块化,模组可根据造水量任意组合,系统组合方便,所以膜法系统建设周期短。
四、热法膜法系统运行1、热法膜法吨水运行成本分析1.1 固定成本分析:反渗透膜效率影响因素:在热法核心技术没有实现国产化之前,万吨级的热法海水淡化投资要比膜法高20%左右,由于热法核心技术的掌握和全部设备实现和国产化,目前万吨级的热法海水淡化系统与膜法的投资已经接近并相当,根据不同的地域投资额度在9500~11000万元之间变化,由于热法膜法系统的吨水投资额相当,所以分担固定成本费用的主要影响因素就要看热法膜法系统的年均造水量及运行效率,最后计算出两种工艺的在实际运行中的年吨水分摊的固定成本。
热法系统造水工艺主要靠大型的主蒸汽器蒸发换热实现的,只要换热传热过程稳定进行,外界因素不是影响热法系统造水量的主要因素。
膜法系统造水工艺主要靠过滤实现,过滤系统的元件质量和工作效率直接关系系统的运行效率,海水温度、反渗透膜的质量、预处理单元工作效率等因素都直接影响膜法系统的年造水量,外界因素是影响膜法系统造水量的主要因素。
我们在以往的膜法系统淡化水固定成本分析报告中,是把膜法系统处于理想状态,回避外界因素对造水量的影响,是按照系统的设计值常年不变的情况计算出来的。
但是我们通过对已投运的几个典型电厂膜法系统的多年运行数据进行统计分析,得出了外界因素对膜法系统年均造水量影响巨大。
下表为某电厂膜法系统年造水曲线:从上述曲线表可以看出,膜法系统由于受膜和海水温度等因素的影响,年实际出水量发生较大变化,远离设计曲线。
下表为某电厂热法系统年造水曲线:从上述曲线表可以看出,热法系统按照夏季海水温度20~30°设定主蒸发器的末端冷凝温度,在冬季运行时由于海水温度低于设计温度,使主蒸发器换热温差增大,提高了换热效率从而增加了造水出力,所以热法的年平均造水指数与设计值基本吻合。
我们在热法膜法系统淡化水固定成本分析报告中提出了热法膜法系统固定资产投资成本分析比较修正系数,简称:热膜固本修正系数,我们通过数年的统计分析和计算得出目前阶段“热膜固本修正系数”设定为0.8为宜;我们用两种淡化方法进行方案的论证和比较时,必须对固定资产投资进行修正后结论才具备科学性,否则我们的方案只能是理想状态,严重脱离实际。
在万吨级热法膜法淡化系统投资额相当的情况下,由于膜法的实际出水量与设计出水量约差20%,所以在同等规模的淡化系统中,膜法系统固定费用要多承担20%的固定资产折旧,必须对膜法的固定费用进行合理修正,这样才能核算出膜法淡化系统造水的实际成本,使得海水淡化技术方案更加公正、科学和合理。
装置投运率影响因素:海水淡化在客观上要求系统必须具备与之相适应的耐腐蚀性和严密性,这是系统的技术特点也是日常维护管理的重点、难点。
在海水淡化技术已经相当普及的今天要保证系统运行安全可靠,除了按着技术规范的要求严格把好系统元件的材质关外,大量的工作还是集中在日常的维护与管理上,下表为东北某电厂海水淡化系统投产以来的可靠性及系统停运时间表:项目02年03年04年05年06年07年08年09年停运小时1656203797 1814576 85114462270停运率(%) 18.923.29.1 20.76.6 9.716.526.0我们的统计资料表明:膜法系统的故障点均集中在高压泵、变频器和管路的腐蚀与漏泄上。
其中2005、2009年因设备计划检修分别停运 816、912小时。
必须承认:平均80%的利用率远不能满足大型火电企业的可靠性和供水要求。
《造水成本分析表》为设计数据,也称为理想设计,在实际工程系统中、特别是涉及海水淡化工艺选择方案的决策中必须对相关数据进行修正,否则数据的所报数据与实际运行不符。
(1)产水指标修正:《造水成本分析表》中为了统一比较,我们只给出了热法膜法系统产出水指标数值,没有考虑在后续的化学水单元继续处理所需要的费用。
如果海水淡化系统所产淡水直接为市政管网供水的话,热法膜法的出水都已达到饮用标准,无需再处理,如果海水淡化系统所产水用于电厂锅炉补水,则膜法和热法的产水指标对电厂化学水处理单元的继续处理费用有较大影响。