海水淡化工艺设计方案

海⽔淡化⼯艺设计⽅案

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：分析报告

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，为地⽅经济发展提供淡⽔资源保障。本项⽬结合2×1000MW发电机组的建设规模，暂按配套建设2×104m3/d规模的海⽔淡化装置设计；并对总规模为40×104m3/d海⽔淡化⼚作出展望。

本专题报告按本期⼯程⼚内⾃⽤的2×104m3/d规模和规划容量的40×104m3/d的海⽔淡化站分别进⾏⽐较论述。2 海⽔淡化技术概述

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）和反渗透法（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。

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、热效率⾼、寿命长等优点。但该装置海⽔的最⾼操作温度在110℃~120℃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70℃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，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－MED－TVC）⼯艺。

图2-2是LT－MED－TVC蒸馏装置的原理⽰意图。

图2-2 LT－MED TVC蒸馏装置的原理⽰意图

低温多效海⽔淡化装置的运⾏温度远远低于MSF装置的110℃，所以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的材质要求较低，⽽热效率较⾼。

多效蒸馏的操作弹性很⼤，负荷范围从110%变到40%，皆可正常操作，⽽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)的蒸汽作为热源，当提供的汽机抽汽参数⾼于低温多效加热蒸汽的压⼒和温度的要求时，可采⽤热压缩装置，可以进⼀步提⾼系统的热效率。

国外近⼏年MED发展迅速，MED单台最⼤产⽔量已达40000t/d，技术是成熟的。2.2 海⽔反渗透(SWRO)淡化技术

海⽔反渗透(SWRO)淡化技术在20世纪70年代后获得了很⼤发展。由于RO 膜材料的不断改进，以及能量回收效率的不断提⾼，SWRO技术越来越引起⼈们的关注，现也已成为蒸馏海⽔淡化系统的主要竞争对⼿。

反渗透是⽤⼀种特殊的膜，在外加压⼒的作⽤下使溶液中的某些组分选择性透过，从⽽达到淡化、净化或浓缩分离的⽬的。典型的海⽔反渗透处理⼯艺流程见图2-3。

图2-3 典型的海⽔反渗透⼯艺流程图

海⽔反渗透(SWRO)系统所需的能量决定于进⽔的含盐量、系统的浓缩倍率、进⽔温度及产品⽔的⽔质，其能耗⼀般为9～10kW?h/m3，若有能量回收装置，则所需能耗为3.5～6kW?h/m3。

海⽔反渗透SWRO设备除膜组件、⾼压泵、能量回收装置需要进⼝外，其它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 海⽔淡化⼯艺主要技术性能对⽐

常⽤的海⽔淡化⼯艺主要技术性能见表2-1。

表2-1 海⽔淡化⼯艺技术⽐较

要求不同；单机产⽔量的不同；变⼯况能⼒的不同；能（热）耗的不同等。蒸馏法在装置规模、预处理系统的要求、出⽔⽔质、运⾏可靠性以及电耗⽅⾯具有明显优势，但蒸馏法的总能耗⽐SWRO法⾼；从海⽔⽤量上看，由于SWRO法⽔的利⽤率⾼，因此取⽔量较少。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，对进⽔的⽔质要求低，但其变⼯况能⼒差，抽汽参数⾼，⼯作温度⾼，设备投资⼤，因⽽运⾏费⽤⾼。因此对于蒸馏法⼯艺推荐选⽤LT－MED－TVC⽅案。本专题将对SWRO和LT －MED－TVC两种⼯艺进⾏技术经济⽐较，结合各淡⽔⽤户的⽤⽔需求确定海⽔淡化⼯艺。3 电⼚海⽔淡化⽅案选择

3.1 海⽔淡化系统设计条件

按满⾜电⼚⾃⽤的2X104m3/d海⽔淡化规模及向地⽅供⽔的40X104m3/d海⽔淡化规模分别进⾏⽐较。3.2 反渗透膜法（SWRO）海⽔淡化技术⽅案(⽅案⼀)

3.2.1 海⽔反渗透预处理系统的选择

海⽔反渗透，其预处理的⽬的是防⽌悬浮杂质、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，确保海⽔膜免受机械和化学损失，使膜保持良好的性能和⾜够长的使⽤寿命。根据海⽔的取⽔⽅式不同、所处的⽔域⽔质不同，以及采⽤的海⽔淡化技术不同，采⽤的预处理⽅式不同。预处理系统的形式有：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。

常规的混凝澄清、介质过滤的预处理⽅式在⽬前已运⾏的海⽔反渗透系统中应⽤较多、运⾏使⽤时间较长，但其占地⾯积⼤，系统复杂，操作费⼒，运⾏维护都需特别精⼼才能使反渗透膜不受到污染。超滤（微滤）预处理⽅式在⽔处理领域已应⽤多年，也有许多成功的经验。微滤（超滤）对海⽔中的胶体、悬浮颗粒、⾊度、浊度、细菌、⼤分⼦有机物具有良好的分离能⼒，其去除率好于常规的预处理⽅式，采⽤微滤(或超滤)作为海⽔反渗透的预处理，可以满⾜反渗透的进⽔⽔质要求。此技术由于改进了反渗透进⽔⽔质，不仅延长了海⽔反渗透的清洗周期、反渗透膜的使⽤寿命，⽽且有助于提⾼系统的回收率、降低运⾏费⽤。且新技术占地⾯积⼩，操作、维护简单。

电⼚⼀般情况下海⽔⽔质较好、悬浮物及泥沙含量较少，根据相关⼯程的经验，海⽔反渗透淡化系统预处理可采⽤直接超（微）滤装置。3.2.2 海⽔淡化系统设置

1）⼯艺流程

海⽔—⾃清洗过滤器—超滤—海⽔反渗透—淡⽔箱—⽤户2）SWRO系统配置及设计参数

制⽔规模：2X104m3/d；4X104m3/d

单机容量：200m3/h；400 m3/h

设备套数：5套；50套

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) 300~500mg/L

设计⽔温：15℃~35℃3.2.3 淡化站布置

海⽔淡化站建（构）筑物包括：超滤、反渗透设备间，设备间内设置控制室、加药间、过滤间、⽔泵间、配电间等，室外设置各类⽔箱(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——海⽔取⽔泵——MED装置——淡⽔箱/池——⽤户3.3.2 海⽔淡化系统配置及设计参数

制⽔规模：2X104m3/d；4X104m3/d

单机容量：10000 m3/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110×108 kW?h。

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/m33）⼯程投资

根据近期国内海⽔淡化项⽬的实施情况，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，淡⽔反渗透为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）运⾏维护费⽤

两个⽅案的发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