华能大连电厂海水淡化系统设计.pdf

大连理工大学 硕士学位论文 华能大连电厂海水淡化系统设计 姓名 刘军 申请学位级别 硕士 专业 控制工程 指导教师 董明 20091201 大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 我国的人均淡水资源量仅为世界平均值的1 4 属于贫水国家 沿海城市和岛屿地 区缺水更为突出 大连也是个严重缺水的城市 解决缺水的方法除了传统意义上的调水 蓄水 节水以及污水回收利用之外 海水淡化技术受到越来越多的重视 海水淡化是将 来解决淡水资源缺乏的必由之路 海水淡化技术目前主要有蒸馏法 结晶法和膜法 膜 法是通过一种膜 像筛子一样把水和溶解在海水中的盐份分开 目前 膜法主要包括电 渗析法和反渗透法 本系统采用二级反渗透的海水淡化方式 经过混凝 沉淀 过滤等预处理过程和一 二级反渗透处理过程 达到将海水淡化为纯净水的目的 该系统具有可连续供水 设备 利用率高等优点 针对反渗透深度处理工艺 开发并设计了能长时间连续供水的海水淡 化反渗透深度处理过程控制系统 该控制系统采用p l c 上位机的控制方式 具有自动 手动两种运行模式 p l c 具有抗干扰能力强 组网方便 适用于工业现场等特点 本系 统利用p l c 实现海水淡化处理过程的阀门及水泵电机的控制 对海水淡化系统的运行 进行全方位的监测 包括水质 水量 电导率等 并在系统出现异常时自动切换状态或 停机 以防止事故发生 采用上位机作为人机界面 能够方便直观地了解海水淡化处理 系统的工作阶段 能够通过工艺设备画面及时了解系统的运行情况及各种实时参数 并 能实现参数设定和异常报警 便于系统维修和调试 能够保证设备安全稳定运行 该控 制系统稳定性好 可靠性高 维护简便 易于实现功能扩展 便于整个海水淡化系统的 升级改造 海水淡化系统经过调试投入使用已经8 年 完全能够达到设计要求 该系统的开发 应用对于降低海水淡化成本 进一步壮大海水淡化产业 缓解我国部分沿海地区淡水严 重缺乏的现状 具有重要的借鉴意义 关键词 海水淡化 反渗透 控制系统 大连理工大学专业学位硕士学位论文 d e s i g no fs e aw a t e rd e s a l i n a t i o ns y s t e mo fd a l i a np o w e r p l a n to f h u a n e n g a b s t r a c t c h i n a sp e rc a p i t af r e s hw a t e ri so n l yaw o r l da v e r a g eo fl 4 c h i n ai saw a t e r p o o r c o u n t r y w a t e rs h o r t a g ei nc o a s t a lc i t i e sa n di s l a n da r e a sa r em o r ep r o m i n e n t d a l i a ni sa l s oa s e r i o u sw a t e rs h o r t a g ei nc i t i e s i na d d i t i o nt ot h em e t h o d st os o l v ew a t e rs h o r t a g ei nt h e t r a d i t i o n a ls e n s eo ft h ew a t e rt r a n s f e r w a t e rs t o r a g ea n dw a t e rc o n s e r v a t i o n a n dr e c y c l i n go f s e w a g e d e s a l i n a t i o nt e c h n o l o g i e sa r es u b j e c tt om o r ea n dm o r ea t t e n t i o n d e s a l i n a t i o ni st h e o n l yw a y t os o l v et h el a c ko ff l e s hw a t e rr e s o u r c e si nt h ef u t u r e d e s a l i n a t i o nt e c h n o l o g yi s c u r r e n t l ym a i n l yd i s t i l l a t i o n c r y s t a l l i z a t i o n a n dm e m b r a n e m e m b r a n em e t h o di ss e p a r a t e d t h ew a t e rf r o mt h es a l td i s s o l v e di ns e a w a t e rt h r o u g ham e m b r a n e a tp r e s e n t t h em e m b r a n e m a i n l yi n c l u d e se l e c t r o d i a l y s i sa n dr e v e r s e o s m o s i s t h es y s t e mu s e st w or e v e r s eo s m o s i sd e s a l i n a t i o nm e t h o d s a f t e rc o a g u l a t i o n s e d i m e n t a t i o n f i l t r a t i o nr op r e t r e a t m e n tp r o c e s s e sa n d t w op r o c e s sa n dr e a c ht h es e aw a t e r d e s a l i n a t i o nf o r t h ep u r p o s eo fp u r ew a t e r f o ra d v a n c e dt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fr e v e r s e o s m o s i s i tw a sd e v e l o p e da n dd e s i g n e dt h a ti sal o n gc o n t i n u o u sw a t e rs u p p l yt ot h ed e p t ho f s e aw a t e rd e s a l i n a t i o nr e v e r s eo s m o s i sp r o c e s sc o n t r o ls y s t e m t h ec o n t r o ls y s t e mu s e sp l c h o s tc o m p u t e rc o n t r o lm o d e w i t ha u t o m a t i ca n dm a n u a lt w om o d e so fo p e r a t i o n p l ch a sa s t r o n ga n t i i n t e r f e r e n c e n e t w o r kc o n v e n i e n tf o ri n d u s t r i a lf i e l da n do t h e rc h a r a c t e r i s t i c s t h e s y s t e mu s e sd e s a l i n a t i o np r o c e s sp l c t oa c h i e v et h ev a l v e sa n dp u m pm o t o rc o n t r o lo ft h e d e s a l i n a t i o ns y s t e mo p e r a t i o nf o raf u l lr a n g eo fm o n i t o r i n g i n c l u d i n gw a t e rq u a l i t y w a t e r c o n d u c t i v i t y e t c a n dt h es y s t e ma u t o m a t i c a l l ys w i t c h e sa b n o r m a ls t a t eo rs h u td o w nt o p r e v e n ta c c i d e n t s w i t hh o s tc o m p u t e r a sah u m a n m a c h i n ei n t e r f a c ef o re a s ya n di n t u i t i v e u n d e r s t a n d i n go ft h ew o r kp h a s eo f s e a w a t e rd e s a l i n a t i o np r o c e s s i n gs y s t e m st h a tc a ns c r e e n t h r o u g ht h ep r o c e s se q u i p m e n tt ok e e pa b r e a s to fs y s t e mo p e r a t i o nc o n d i t i o n sa n dav a r i e t yo f r e a l t i m ep a r a m e t e r s a n dc a na c h i e v et h ep a r a m e t e rs e r i n ga n da b n o r m a la l a r m e a s ys y s t e m m a i n t e n a n c ea n dd e b u g g i n g t oe n s u r et h a te q u i p m e n ts a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o n t h ec o n t r o l s y s t e mh a sg o o ds t a b i l i t y h i g hr e l i a b i l i t y m a i n t e n a n c ei ss i m p l ea n de a s yt oi m p l e m e n t e x t e n s i o n st of a c i l i t a t eu p g r a d i n go ft h es e a w a t e rd e s a l i n a t i o ns y s t e m w a t e rd e s a l i n a t i o ns y s t e mh a sb e e np u ti n t ou s et od e b u gh a sb e e n8y e a r s i sf u l l y c a p a b l et om e e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f t h es y s t e mi n r e d u c i n gt h ec o s to fd e s a l i n a t i o no fs e aw a t e r a n df u r t h e re x p a n dd e s a l i n a t i o ni n d u s t r y t o i i i 华能大连电厂海水淡化系统设计 a l l e v i a t es o m eo fc h i n a sc o a s t a la r e a s t h es t a t u so fas e r i o u ss h o r t a g eo ff r e s hw a t e rh a s i m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ea sr e f e r e n c e k e yw o r d s s e aw a t e rd e s a l i n a t i o n r e v e r s eo s m o s i s s y s t e mc o n t r o i v 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果 尽我所知 除文中已经注明引用内容和致谢的地方外 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果 也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果 与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意 若有不实之处 本人愿意承担相关法律责任 学位论文题目 坐6 邕太连电 连壅遴丝丕统遮让 作者签名 4 一日期 卑年卫月4 日 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定 在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学 允许论文被查阅和借阅 学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 学位论文题目 坐i 量太董垫 连盔遴丝丕统 作者签名 壶 i 竖日期 丑年 l 月二上日 导师签名 筹二耻日期 二圣兰互年上月 笙日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1课题背景 我国是被联合国认定的世界1 3 个最贫水的国家之一 我国淡水资源总量名列世界 第6 但人均占有量仅为世界平均值的1 4 位居世界第1 0 9 位 而且水资源在时间和地 区分布上很不均衡 全国6 6 9 座城市中有4 0 0 多座供水不足 其中严重缺水的有1 1 0 多 剧1 1 据有关专家估计 2 0 0 0 年全国城市缺水量达到4 0 0 亿立方米 1 4 个沿海开放城市 中有9 个严重缺水 大连就属其中之一 尽管 九五 期间引碧入连三期工程完工 使 大连的日供水能力达到11 0 万吨 但是2 0 0 0 年左右连续二年的大旱 作为大连市最大 水源的碧流河水库就达到历史最低库容 为了保证城市居民生活和工业用水 解决城市 的长远发展问题 2 0 0 0 年市政府提前启动了本应晚两年开工的英那河水库扩建和引英入 连应急工程 随着城市的进一步发展 和人民生活水平的提高 即便是这两项工程完工 后 如果再遇上三年严重的大旱 水荒的问题仍会摆在全体大连市民的面前 所以说水 的问题已经成为大连市可持续发展的一大制约因素 2 0 0 0 年由于大连面临空前的水危机 华能大连电厂下大力气加强了节水工作 取得 令人欣喜的成绩 全年共消耗原水2 0 5 万吨 较上年减少了5 3 万吨 考虑到2 0 0 0 年多 发电3 3 5 亿千瓦时所耗用的9 万吨 实际全年共节约原水6 2 万吨 取得了显著的社会 效益 但是随着全市用水形势的进一步紧张 如果大连仍维持缺雨干旱的局面 必将对 电厂的生产带来难以想象的冲击 仅仅进行节流措施并不能保证电厂用水的需求 还要 寻找新的可持续且稳定的水源 1 2 海水淡化的发展和现状 1 全球淡水资源情况 据统计目前世界已有1 0 0 多个国家淡水资源缺乏 其中严重缺少淡水的国家已达2 0 多个 严重影响着人类生存和社会发展 淡水资源短缺已成为制约经济和社会可持续发 展的重要因素之一 世界上淡水资源不足 己成为人们日益关切的问题 有人预言 1 9 世纪争煤 2 0 世纪争油 2 l 世纪可能争水 在寻求淡水资源方面各国纷纷把目光投向 大海 作为水资源的开源增量技术 海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径 向大海要淡水 已成为世界上许多临海国家新水源开发的战略决策 广阔的市场 促进 了技术产业的高速发展 2 2 海水淡化技术简介 华能大连电厂海水淡化系统设计 海水淡化的技术主要有蒸馏 冻结 反渗透 离子迁移 化学法等办法 海水淡化 虽然耗电耗能 成本很高 但是意义重大 有人估计 海水淡化可能是2 1 世纪诞生出 的一种新型的生产淡水的未来水产业 就目前经济技术水平而言 海水淡化的成本还是 比较高的 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 海水淡化或称海水脱 盐技术常用的有蒸馏技术和膜技术 此外还有冷冻法和萃取法等 3 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 两种方法都有 难以克服的弊病 蒸馏法会消耗大量的能源 并在仪器里产生大量的锅垢 相反得到的 淡水却并不多 这是一种很不划算的方式 冷冻法同样要消耗许多能源 得到的淡水却 味道不佳 难以使用 1 9 5 0 年 美国h a s s l e r 提出了反渗透的概念 4 1 1 9 6 0 年美国加利福尼亚大学的l o e b 和s o u r i r a j a n 研制出世界第一张不对称醋酸纤维素膜 从而使反渗透膜工业化应用成为 可能 5 卅 这种方法利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的 在通常情况下 半透膜 允许溶液中的溶剂通过 而不允许溶质透过 由于海水含盐高 如果用半透膜将海水与 淡水隔开 淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧 从而使海水一侧的液面升高 直到一 定的高度产生压力 使淡水不再扩散过来 这个过程是渗透 如果反其道而行之 要得 到淡水 只要对半透膜中的海水施以压力 就会使海水中的淡水渗透到半透膜外 而盐 却被膜阻挡在海水中 这就是反渗透法 反渗透法最大的优点就是节能 生产同等质量 的淡水 它的能源消耗仅为蒸馏法的1 4 0 因此 从1 9 7 4 年以来 世界上的发达国家 不约而同地将海水淡化的研究方向转向了反渗透法 3 国外海水淡化应用 海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区 但并不局限于该地区 第一个海 水淡化工厂于1 9 5 4 年建于美国 现在仍在得克萨斯的弗里波特 f r e e p o r t 运转着 由于世界上7 0 以上的人口都居住在离海洋1 2 0 公里以内的区域 因而海水淡化技术近 2 0 多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用 海水淡化 事实上已经成为世界许 多国家解决缺水问题 普遍采用的一种战略选择 其有效性和可靠性已经得到越来越广 泛的认同 水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供 由于海水淡化成本在很大程度上取 决于消耗电力和蒸汽的成本 水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供 大连理工大学专业学位硕士学位论文 动力 从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本 国外大部分海水淡化厂都是和发电 厂建在一起的 7 1 这是当前大型海水淡化工程的主要建设模式 如阿联酋建造了世界上 最大的多级闪蒸海水淡化厂 就是与发电厂联合生 8 实际上 一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程 就主要工艺过 程来说 包括海水预处理 淡化 脱盐 淡化水后处理等 其中预处理是指在海水进 入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理 如杀除海生物 降低浊度 除掉悬浮物 对反渗透法 或脱气 对蒸馏法 添加必要的药剂等 脱盐则是通过上列的某一 种方法除掉海水中的盐分 是整个淡化系统的核心部分 这一过程除要求高效脱盐外 往往需要解决设备的防腐与防垢问题 有些工艺中还要求有相应的能量回收措施 后处 理则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等处理 海水淡化过程无论采用哪种淡化方法 都存在着能量的优化利用与回收 设备防垢和防 腐 以及浓盐水的正确排放等问题 海水淡化技术的发展与工业应用 已有半个世纪的历史 在此期间形成了以多级闪 蒸 反渗透和多效蒸发为主要代表的工业技术 专家普遍认为 今后三 四十年在工业 应用上 仍将是这三项技术 唱主角 但反渗透的比重将越来越大 从地区上来讲 中东海湾国家仍将以多级闪蒸为首选 因为它具有大型化和超大型化 单台设备产水量 目前已高达日产淡水4 5 万吨 适应于污染重的海湾水以及预处理费用低的优势 然而在中东以外地区将以反渗透或膜法为首选 因为膜法的能耗和成本都具有优势 以 北美地区为例 近期的发展已经表明 在淡化和水处理方面都将以膜法为主 全球海水淡化市场己颇具规模 有1 2 5 个国家和地区在应用海水淡化技术 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 据统计 海水 淡化系统与生产量以每年1 0 以上的速度在增加 亚洲国家如日本 新加坡 韩国 印 尼与中国等也都积极发展或应用海水淡化做为替代水源 以增加自主水源的数量 截止 到2 0 0 1 年年底 全球共有1 5 2 3 3 座淡化工厂已建或即将建成 日产淡水3 2 4 0 万m 3 其中海水淡化工厂有4 6 0 0 多座 日产淡水1 9 0 0 万m 3 引 4 国内的发展 目前离子交换仍然是国内电厂锅炉补给水制备的主要方法 它的缺点是需要酸碱再 生 且有酸碱性废液排放 操作麻烦 当反渗透技术出现时 采用反渗透制备纯水的技 术就受到广泛重视 我国自2 0 世纪7 0 年代末首次在电厂水处理中引入反渗透技术以来 反渗透技术已经在我国电厂中得到了越来越广泛的应用 1 0 1 自1 9 7 9 年我国电力系统第 一套反渗透装置在大港电厂投人运行 至1 9 9 5 年已有9 个电厂采用反渗透作预脱盐处 理 并先后投人运行 运行时间最长的已有十多年 这些电厂有好的经验 也有失败的 华能大连电厂海水淡化系统设计 教训 总的来看反渗透在电厂水处理中的应用基本上是成功的 解决了苦咸水淡化的问 题 拓宽了补给水水源 保证了离子交换器的良好运彳亍 1 1 中国海水淡化虽基本具备了产业化发展条件 但研究水平及创新能力 装备的开发 制造能力 系统设计和集成等方面与国外仍有较大的差距 当务之急是尽快形成中国海 水淡化设备市场的完整产业链条 围绕制约海水淡化成本降低的关键问题 发展膜与膜 材料 关键装备等核心技术 研发具有自主知识产权的海水淡化新技术 新工艺 新装 备和新产品 提高关键材料和关键设备的国产化率 增强自主建设大型海水淡化工程的 能力 向海洋要淡水 已经形成了方兴未艾的产业 截至2 0 0 6 年底 中国日淡化海水 能力接近1 5 万吨 比上一年翻一番 中国在反渗透法 蒸馏法等主流海水淡化关键技 术方面均取得重大突破 完成了自主知识产权的3 0 0 0 吨 日低温多效海水淡化工程 以 及5 0 0 0 吨 日反渗透海水淡化工程 海水直流冷却技术己进入每小时万吨级产业化示范 阶段 中国海水淡化成本逐步下降 已接近5 元 立方米 1 2 1 1 3 技术路线 解决缺水的方法除了传统意义上的调水 蓄水 节水以及污水回收利用之外 海水 淡化技术受到越来越多的重视 海水淡化是将来解决淡水资源缺乏的必由之路 海水淡 化技术目前主要有蒸馏法 结晶法和膜法 膜法是通过一种膜 像筛子一样把水和溶解 在海水中的盐分分开 目前 膜法主要包括 电渗析法和反渗透法 1 3 根据水源情况和处理后的水质要求 我们采用预处理 二级反渗透的方法对海水 进行处理 变成淡化 反渗透海水淡化是一种以压力为驱动力的膜分离过程 是当今海 水淡化领域研究 开发的热点d 4 比较各种淡化方法 反渗透淡化法的投资费和运行费 都是低的 专家普遍认为反渗透海水淡化具有投资费省 能耗低 淡化成本低 建设周 期短等优点 1 5 舶 预计反渗透技术将是2 1 世纪海水淡化的主要方法 15 1 本系统采用可编程控制器 p l c 上位机的方式来实现对设备的控制 对于系统 的控制方面 具有可连续供水 设备利用率高等优点 针对反渗透深度处理工艺 开发 并设计了能长时间连续供水的海水淡化反渗透深度处理过程控制系统 该控制系统具有 自动 手动两种运行模式 在一 二级淡化水箱内设有超声波液位计 系统设备将根据 水箱的液位自动运行和停止 在自动方式下 一级反渗透装置的启停由一级淡水箱液位 的高低进行自动控制 二级反渗透装置的启停由二级淡化水箱液位的高低进行自动控 制 一 二级反渗透装置之间并没有控制方面的联系 多介质过滤器和活性炭过滤器与 大连理工大学专业学位硕士学位论文 一级反渗透装置进行联锁 由一级反渗透的启停控制多介质过滤器和活性炭过滤器的运 行 在手动方式下 可以单独操作每个泵的启停和阀门的开关 具体采用p l c 上位机 的方式来实现对设备的控制 p l c 具有抗干扰能力强 组网方便 适用于工业现场等特 点 1 7 本系统利用p l c 实现海水淡化处理过程的电磁阀及水泵电机的控制 并在系统 出现异常时自动切换状态或停机 以防止事故发生 采用工控机作为人机界面 能够方 便直观地了解海水淡化处理系统的工作阶段 并能实现参数设定和异常报警 便于系统维 修和调试 系统稳定性好 可靠性高 维护简便 易于实现功能扩展 便于整个海水淡 化系统的升级改造 该系统的开发应用对于降低海水淡化成本 进一步壮大海水淡化产 业 缓解我国部分沿海地区淡水严重缺乏的现状 具有重要的意义 l8 1 1 4 章节安排 1 第一章 绪论 本章主要介绍编写本文的背景 采用的海水淡化技术的发展 和现状 以及海水淡化系统采取的技术路线 2 第二章 海水淡化系统分析 本章主要分析了本系统采用的水源及其水质和 产水的要求 海水淡化系统在工艺方面的主要设备构成 3 第三章 海水淡化系统设计 本章主要介绍了海水淡化系统工艺流程设计 4 第四章 控制系统设计与实现 本章主要介绍了控制系统设计目标 软硬件 构成 5 第五章 控制系统实现 本章主要介绍了该系统的控制实现和海水淡化系统 的调试过程 6 结论 主要对海水淡化系统的实际运行效果做一总结 华能人连电厂海水淡化系统设计 2 海水淡化系统分析 2 1 海水淡化系统的水源和水质 海水淡化系统用水水源为华能大连电厂附近海域的海水 全年的海水温度在牝5 之间 反渗透膜要求海水温度在15 3 0 之间 为了满足这一要求 选取来自汽轮机 凝汽器冷却水的入口水或冷却水排水 海平面5n l 以下水 作为海水淡化系统的水源 这是因为华能大连电厂的凝汽器冷却水供水方式采用海水直流供水系统 这种供水方式 是循环水泵直接从海水涵洞中取水 经过凝汽器后排入大海 为了有效利用发电厂循环 水从凝汽器中带出的热能 海水淡化系统所需海水夏季取循环冷却水的给水 冬季采用 循环冷却水的排水 海水换热后温升在1 0 左右 能够很好的解决冬季海水温度时反 渗透装置处出力降低的问题 海水淡化系统水源的主要水质指标如下 p h 为8 0 9 8 1 7 浊度为0 5 5 4 3 8 0n t u 总溶解固体 含盐量 为3 5 2 4 0 3 5 5 3 0m e l 悬浮固体为小于1 0m e l c o d t m n 化 学耗氧量 为1 0m e l 该水源含盐量高 悬浮物少 浊度低 属于高盐低浊水 其水 质详见表2 1 根据该水源的水质情况和产水水质指标要求 本系统采用二级反渗透的 海水淡化方式 经过混凝 沉淀 过滤等预处理过程和一二级反渗透处理过程 达到将 海水淡化为纯净水的目的 2 2 海水淡化系统产水水质指标 整个的海水淡化处理过程需要进行混凝 沉淀 过滤等预处理过程 一级反渗透处 理过程和二级反渗透处理过程几个阶段 每个阶段的水质都需要达到一定的水质要求 具体为 混凝 沉淀 过滤后的水的水质污染指数s d i 小于等于4 一级反渗透的进水 水质要求残余氯含量为0m e l 比色法 一级反渗透产水的含盐量小于3 5 0m e l 一级反渗透装置的回收率 产水水量与进水水量的比值 达到4 0 一级反渗透膜脱盐 率 产水的含盐量与进水的含盐量的比值 在系统投产运行一年内大于9 9 三年内的 脱盐率大于9 7 二级反渗透产水的含盐量小于7m e l 二级反渗透装置的回收率达到 8 0 二级反渗透膜脱盐率在系统投产运行一年内大于9 8 三年内的脱盐率大于9 7 五年内的脱盐率大于9 5 海水淡化系统一级反渗透装置产水量为2 5 0 0n 1 3 d 二级反 渗透装置的产水量为2 0 0 0n 1 3 d p h 值为7 8 之间 以降低二级反渗透产水对后续设备 的腐蚀程度 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 3 海水淡化系统构成与工艺流程 根据海水淡化系统水源及其水质情况和产水水质的要求 参照已经成型的水处理技 术 海水淡化系统主要由3 个系统组成 预处理系统 一级反渗透系统和二级反渗透系 统 海水经过这三个系统的处理 水质接近纯净水 含盐量非常低 表2 1华能大连电厂海水水质分析报告 t a b 2 1 r e p o r tw a t e rq u a l i t ya n a l y s i so f d a l i a np o w e rp l a n to fh u a n e n g 预处理系统的主要作用是去除水中的比较大的不溶悬浮物 由于厂房有限 故不能 采用常规的混凝沉淀池和滤池对海水进行预处理 而且 海水池里的海水是经过粗砂过 滤的 浊度比较低 故采用直接接触混凝的方式就可以达到处理的效果 出水的污染指 数s d i 值基本可以达到4 满足一级反渗透的进水要求 由于海水的含盐量很高 必须经过两级反渗透才能把海水变为纯净水 一级反渗透 系统的主要作用是把海水变为一般淡水 二级反渗透的主要作用是把淡水变为纯净水 华能大连电厂海水淡化系统设计 海水处理的简单流程如图2 1 所示 预处理系统 包括混凝 一级反渗透二级反渗透 沉淀 过滤系统系统 锋讨程 图2 1 海水的简单流程图 f i g 2 1s i m p l ef l o wc h a r to fs e aw a t e r 2 3 1 预处理系统 预处理系统主要包括海水池 海水泵 多介质过滤器 无烟煤和石英砂 活性碳 过滤器 过滤器反洗系统 次氯酸钠加药系统以及p a c 碱式聚合氯化铝 加药系统 预处理系统主要用来去除原水中的悬浮物 胶体 微生物等 并把处理后的水作为后面 的一级反渗透系统的进水 1 电解海水制n a c l o 次氯酸钠 加药系统 本系统主要包括电解槽 供水泵 加药泵 电解槽酸洗设备及系统的控制设备等 主要作用是杀菌 灭藻 同时其过量的余氯可以抑制预处理系统内生物的滋生 保证系 统免遭二次污染 同时增强絮凝效果 次氯酸钠加入到海水池中 多介质过滤器入口处 次氯酸钠浓度一般在1 3m g l 因此本系统配置n a c l 0 加药系统1 套 2 p a c 碱式聚合氯化铝 加药系统 本系统主要包括贮存罐 计量箱 计量泵 凝聚剂p a c 碱式氯化铝 的作用是将水 中微小的胶体 悬浮物 甚至大分子有机物通过电中和 混凝 架桥 网捕使之形成较 大颗粒的悬浮物 由于系统进水为海水 其中含有较高量的悬浮物 有机物和胶体等杂 质 这些杂质往往带有一定量的同性电荷 它们相互排斥 难以自动聚集成大颗粒 p a c 碱式聚合氯化铝 是长链的高分子聚合物 在水中可形成带电荷的a 1x o h yc 1 3 x y 长链多功能基团 它具有压缩胶体双电层的作用 同时对异性电荷也可以起到中和的作 用 而且每一个基团都可以吸附水中分散的悬浮物 有机物 胶体等小颗粒杂质 使其 凝聚成大颗粒的矾花 并与p a m 助凝剂结合后 生成大颗的矾花 颗粒 在多介质过 滤器中将其去掉 p a c 加药量一般约为1 0m g l 絮凝剂所采用聚合碱式氯化铝 p a c 液体 执行标准是g b l 5 8 9 2 2 0 0 3 具体 一8 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 如表2 2 所示 表2 2 聚合碱式氯化铝标准 t a b 2 2s t a n d a r do fp a c 3 海水池 海水池是水泥池内涂乃海水腐蚀的环氧材料防腐 用于存储海水 为海水淡化系统 提供水源 4 多介质过滤器 多介质过滤器是将混合 絮凝 沉淀集成一体 包括无烟煤和石英砂两层滤料 它 能有效的去除水中的颗粒 细菌 有机物 悬浮物 浊度和部分胶体 使出水污染指数 s d i 值小于4 此设备是针对受污染水源专门设计的 它可以滤除经一级加药后所形成 的矾花和原水带来的颗粒 多介质过滤器具有以下特性 可以极为有效地控制对反渗透系统非常敏感的胶体 悬浮物 具有独特的均匀布水方式 使过滤达到最大效果 能长期满足反渗透膜污染指 数 s d i 4 的要求 采用进口特殊布水水帽 带空气擦洗的反洗装置 能力强 时间短 水耗低 气源来自罗茨风机 选用较通常地下水为低的流速 以适应水源水质波动的可能性 单台过滤器反洗周期长 采用的7 台直径为3 2 0 0m m 立式罐体内填精选的石英砂和无烟煤颗粒 采用动 态备用运行方式 罐体内衬耐海水腐蚀的氯丁橡胶 5 活性炭过滤器 此设备的作用是去除多介质过滤器产水中泄漏的小分子有机物及原水中的氧化性 氯 以保护还需设备长期稳定运行 活性炭过滤器具有以下特性 可以极为有效地控制对反渗透系统非常敏感的氧化性氯及有机物 具有独特的均匀布水方式 使过滤达到最大效果 华能大连电厂海水淡化系统设计 采用进口特殊布水水帽 选用较低的流速 以适应水源水质波动的可能性 单台过滤器反洗周期长 采用的4 台直径为3 2 0 0m n l 立式罐体内填活性炭 正常运行下4 台使用 过滤 器反冲洗安排在用水低谷时进行 一般在晚上 罐体内衬耐海水腐蚀的氯丁橡胶 6 过滤器反洗系统 反洗水箱 设置此水池的目的是贮存用于多介质过滤器和活性炭过滤器的反冲 洗用水 水源来自多介质过滤器产水 其容积按二台多介质过滤器的一次反冲洗用水量 设计 混凝土结构 内壁用耐海水腐蚀的环氧防腐 反洗水泵 设2 台反洗水泵 1 用1 备 为多介质过滤器及活性炭过滤器提供反 洗服务 它采用耐海水的合金材料 每台出力为4 0 0m 3 h 扬程为o 2m p a 罗茨风机 本设备在系统中的作用是为多介质过滤器提供充足的压缩空气 用 于过滤器反冲洗时的空气擦洗 在过滤器运行过程中 其滤料表面会粘附大量的杂质 甚至造成滤料结成泥球 若只用水进行冲洗很难奏效 而用压缩空气进行鼓泡擦洗 同时借助水的作用 很容易将滤料表面粘附的杂质或泥球剥落或打散 然后由水流带出 提高反冲洗的效果 因过滤器的空气擦洗时的所需的风量要大 但时间短 一般在1 0 分钟左右 风压低 一般为0 0 7 0 2m p a 过滤器每台的用气量为2 2n m 3 r a i n 因 此本系统设2 台罗茨风机 1 用1 备 提供气源 2 3 2 一级反渗透系统 一级反渗透系统主要包括5 微米保安过滤器 一级高压泵及能量回收装置 高压泵 配套的变频装置 一级反渗透装置 一级淡水箱 亚硫酸氢钠加药系统和阻垢剂加药系 统 一级反渗透系统主要用来去除海水中的9 9 的盐分 使预处理系统来的海水变为淡 水 并把处理后的水作为后面的二级反渗透系统的进水 1 5 微米保安过滤器 5 微米保安过滤器的作用是截留来自预处理产水中大于5 微米的颗粒进入反渗透系 统 这种颗粒经高压泵加速后可能击穿反渗透膜组件 造成大量漏盐的情况 同时划伤 高压泵的叶轮 过滤器中的滤元为可更换卡式滤棒 当过滤器进出口压差大于设定的值 通常为0 0 7 4 1m p a 时应当更换 每列反渗透配置一台出力为1 3 0m 3 h 的5 微米保 安过滤器 采用3 1 6 l 不锈钢外壳 内装5 2 根进口滤棒 该滤棒是由聚丙烯喷熔制成 锥形结构 深层过滤 它具有纳污量大 寿命长 易更换的优点 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 一级高压泵及能量回收装置 本装置为反渗透膜组提供足够进水压力 每套反渗透装置都由并联的2 台高压泵及 2 套能量回收装置组成 选用每台高压泵的出力为6 5 m 3 h 扬程为4 2 m p a 高压泵的形 式为多级离心泵式的 通流部分为不锈钢9 0 4 l 材质 具有效率高 能耗低 寿命长的 特点 同时 为了节约电耗 每台高压泵均配置一台变频装置 每套能量回收装置由2 台压力交换能量回收单元并联的 每台出力为6 5 m 3 h 一级高压泵及能量回收装置的具 体流程如图2 2 所示 图2 2 一级高压泵及能量回收装置流程图 f i g 2 2 f l o wc h a r to ff w s th i g h p r e s s u r ep u m p sa n de n e r g yr e c o v e r yd e v i c e s 3 一级反渗透装置 一级反渗透装置是整个海水淡化系统脱盐的主要执行机构 它主要负责脱除水中的 可溶性盐分 胶体 有机物及微生物 使出水达到设计要求 根据水质情况 反渗透 装置采用的膜为适用于海水的复合膜 选用膜为美国陶氏公司生产的高脱盐率的s w h r 3 8 0 的海水膜 其单根脱盐率可达9 9 6 膜的长度为1 0m 当反渗透回收率为4 0 时 经软件计算 最佳的方案是每列反渗透膜组采用一段的排列 设置1 7 根可安装6 根 1m 长膜元件的压力容器 这样设计的优点是 每一根膜通量相对较平衡 且浓水流量 相对较高 第一根膜元件不易受到污染 4 一级淡水箱 一级反渗透系统设置一台一级淡水箱 用以暂存一级反渗透的产水 作为二级反渗 透系统的进水 水箱的容积为5 0m 3 5 亚硫酸氢钠加药系统 华能大连电厂海水淡化系统设计 该系统主要包括亚硫酸氢钠溶解箱 计量箱和加药计量泵 溶解箱的作用是溶解袋 装的固体粉末状的亚硫酸氢钠试剂 计量箱的作用是存储一定浓度的亚硫酸氢钠溶液 通过加药计量泵把亚硫酸氢钠加到5 微米保安过滤器之前的海水中 加n a h s 0 3 还原剂 的目的是确保去除预处理中剩余的氧化性余氯 以防止其漏进反渗透装置内 氧化破坏 反渗透膜元件 还原剂所采用亚硫酸氢钠 n a h s 0 3 固体粉末 执行标准h g t 3 8 1 4 1 9 8 0 具体如表2 3 所示 表2 3 亚硫酸氢钠标准 t a b 2 3s t a n d a r do fn a h s 0 3 项目指标限值 含量 以s 0 2 计 o h 5 0 9 1 溶液 水不溶物 氯化物 c 1 铁 f e 砷 a s 重金属 以p b 计 加药量 6 4 0 6 7 0 4 o 5 0 o 0 3 o 0 5 0 0 0 4 0 0 0 0 2 0 0 0 1 0 5m g l 6 阻垢剂加药系统 该系统主要包括阻垢剂计量箱和加药计量泵 计量箱的作用是溶解稀释浓的液体阻 垢剂药品 并存储阻垢剂溶液 通过加药计量泵加入到5 微米保安过滤器之前 阻垢剂 为进口复合阻垢剂 该药剂是一种分散型隐蔽药剂 采用美国陶氏公司的产品 型号是 f l o c o n l3 5 具体标准如表2 4 所示 表2 4 阻垢剂标准 t a b 2 4s t a n d a r do fs c a l ei n h i b i t o r 项目 指标限值 化学成份 纯度 配制浓度 加药量 复合有机化合物 1 0 0 3 0 1 2m g l 大连理工大学专业学位硕士学位论文 阻垢剂有如下作用 使原水s t i f f 海水淡化厂已从中东布遍各大洲 当前除中东国家外 都以反渗透法为首选技术 美国已基本上不再发展蒸馏法 在膜法中除海水反渗透外 纳滤 超滤和微滤都已全面进入水脱盐和水处理 领域 而且后二者 水处理膜 增长速度远高于脱盐膜技术 我国反渗透淡化技术已经步入成熟发展阶段 有必要在沿海城市发展以海水淡化为基础的补充水 源 并开发自有系列技术 积极从事国际市场的开发 3 会议论文 马会英 安降龙 海水淡化技术中的蒸馏法与反渗透处理技术 2004 海水脱盐淡化处理可弥补淡水资源的日益缺乏 介绍了闪蒸 蒸馏 反渗透等处理技术 反渗透处理技术发展前景很好 4 会议论文 张维润 海水与苦咸水资源利用 2001 介绍了国内 外海水淡化应用概况及反渗透海水淡化技术近几年的进展 运转耗能海水淡化降到4kwh m3 苦