海水淡化工艺方案

«MSsy

1前言

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c电厂在牛产电能的同时，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。

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

批

送样单位号-

样品类型：海水检测依据：

检测环境：检测温度25.5摄氏度湿度63%

分析编号101238101239分析编号101238101239

原号码头取水口原号码头取水口

水温N0；

盐度％。N0『

色度未检出未检出HCO；138140

SS8078CO；

浊度<3<3Ba2,<<

含沙量kg/m3Sr2,<<

DOMn"<<

高镒酸盐指数CODu.pH

BOD5fC02

非碳酸盐硬度

氨氮<<104104

mmol/1

碳酸盐硬度

TOC

mniol/1

负硬度

油

mmol/1

甲基橙碱度

硫化物<<

mmol/1

化学需氧量酚醐碱度

（02）mmol/1

K524436灼烧减量45823864

酸度

Na51865241

mmol/1

C£*670664全硅台（SiOj

Mg2,14571421溶硅量（SiOj

Fe2+胶硅量（SiOz）

Fe3+全固形物3675239156

A产<<溶解固形物3683239243

总硬度

NH<<105107

3mmol/1

cr1635216478

so/34283596

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'IOOOMW发电机组的建设规

模，暂按配套建设2xlO'm7d规模的海水淡化装置设计；并对总规模为40x

10'm3/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2x10%7d规模和规划容量的40x10m3/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镭法（俗称热法）和

反渗透法（俗称膜法）。蒸僧法主要有多级闪蒸（MSF）、低温多效蒸僧（LT-MED）

技术。

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

镭的淡化工艺，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

蒸镭装置小。目前绝大多数低温多效蒸僧装置都采用热压汽蒸播的方式来提高

热能效率，即低温多效加蒸汽压缩喷射器(LTT1ED-TVC)工艺。

图2-2是LT-MED-TVC蒸镭装置的原理示意图。

蒸汽吊自锅炉

二］排出海水

抽出蒸汽(1kg冷蒸汽1

图2-2LT-MEDTVC蒸储装置的原理示意图

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。

多效蒸播的操作弹性很大，负荷范围从110冬变到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70C左右，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。

海水反渗透（SWRO）淡叱技术

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R0

膜材料的不断改进，以及能量回收效率的不断提高，SWR0技术越来越引起人们

的关注，现也已成为蒸馈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2-3o

图2-3典型的海水反渗透工艺流程图

海水反渗透（SWR0：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/n?,若有能量回收装

置，则所需能耗为~6kW?h/m\

海水反渗透SWR0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。

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2T海水淡化工艺技术比较

海水淡化工艺比较SWROLT-MED-TVCMSF

产品水水质(mg/L)200500110110

电耗(kW?h/n?)?124

（有能量回收）

海水淡化工艺比较SWROLT-MED-TVCMSF

装置热耗190400190400

（kJ/kg）

进水预处理需设置完善的预要求进水浊度进水水质要求较低

处理系统小于20mg/L300mg/L

海水利用率35%55%25%40%（含冷却水量）

（或回收率）

排出海水的浓度原海水的倍原海水的倍原海水的倍

最大单机产水量相对较小6819091000

（m7d）

操作弹性（％）不限40-11080~110

从表2-1可以看出，蒸储法与反渗透法的主要技术区别在于：对进水水质

的要求不同；单机产水量的不同；变工况能力的不同；能（热）耗的不同等。

蒸馀法在装置规模、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，但蒸偏法的总能耗比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

此对于蒸镭法工艺推荐选用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

海水淡化系统设计条件

按满足电厂自用的2X10W/d海水淡化规模及向地方供水的40X10'm7d海水

淡化规模分别进行比较.

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7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

海水一自清洗过流器一超滤一海水反渗透一淡水箱一用户

2）SWRO系统配置及设计参数

制水规模:2X10W/d；4X10W/d

单机容量：200m3/h；400m7h

设备套数：5套；50套

反渗透海水淡化的回收率：40婷45%

产品水水质：TDS（固体溶解物总量）300^500mg/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、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105mx50m,105mX400mo

低温多效（LT-MED-TVC）蒸储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:2X10m7d;4X10,m7d

单机容量：10000m7d；25000m/d

设备台数：2合，16合

造水比：

产品水水质：TDS（固体溶解物总量）5mg/L。

抽汽量：两台机共量t/h；1334t/h

抽汽参数：压力为（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130mx80m；180mx560m。

4海水淡化方案的经济比较

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20000n?/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110x1（）8kWh。

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h/m,用于锅炉补给水处理的淡水反渗透

h/n?（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h/m3

低温多效蒸播方案耗电：淡化站电耗h/n?

3）工程投资

根据近期国内海水淡化项目的实施情况，LTMEDTVC海水淡化装置投资约为

800010000元d/m\SWR0海水淡化装置为40005000元d/m,淡水反渗透为

600~650元d/m\本报告暂按上限取值，即:方案一取5000元d/m3,方案二

3

取10000元d/mo

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：药品及膜更换费元//淡水（包括淡水反渗透部分）

低温多效蒸馅方案取：药品费元/招淡水

5）其它条件

标煤价：1000元/吨

蒸汽价格：按元/吨计

电费：厂用电价按元/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。

表4T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1289022890

制水成本（元/吨）

从表4T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。

外供型海水淡化方案的经济比较

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奥、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，第一是对于蒸储法的热价如何确定。

热价是影响蒸储法水价的主要因素，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，石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。

4.2.2比较计算的条件

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的热耗和出力按汽

轮机厂提供的1000MW现组热平衡图为依据。

4.2.2.2年发电量按发电年利用小时5500b计算。

年供淡水量按淡化装置年利用小时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h/m3

2）方案二：发电厂用电率先

淡化厂用电率h/nf

4.2.2.4财务分析的其它条件

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........元/n?计算相应的电价

4X10%7d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4-2。

表4-2技术指标

项目单位方案一（SWRO）方案二(LT-MED-TVC)

发电部分万元

总投资海水淡化部分万元

合计力儿

发电出力MW2x10002x

年发电量108kWh110

年供电量108kWh

年供淡水量10"m3

平均发电标煤耗kg/kWh

制淡水能（标煤）耗kg/m3

供电部分101t/a

年耗煤量供淡水部分10't/a

合计101t/a

表4-3方案一（SWRO）财务分析计算成果表

水价电价（元投资回收

投资方内部收益率

（元AO/MWh）期备注

（%）

不含税含税不含税含税（年）

10

10

10

10

10

10

10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

水价电价（元投资回收

投资方内部收益率

（元/一）/MWh）期备注

（%）

不含税含税不含税含税（年）

10

10

10

10

10

10

10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。

-------SWR0方案-----LT-MED-TVC方案

45O

43O

41O

2

M39O

W

/----------------------

H37O1-------------------------—

J--------------------

-35O—

爨

"33O

K

)31O一____

一___,

⑨--------------------

9O一—--

出2

一一一--------

27O

250

4.505.005.505.006.507.00

水价（不含税，元/0?）

图47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xl0$kWh的情况下，方案二年用煤

量比方案一多xlO"I（标煤），相应多排放二氧化碳约xlO,I。

•现电厂标煤价为100。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列出了部分蒸镭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5T蒸储法海水淡化工程实例

项目名称单机容量总容量海水淡化工艺海水预处理工

(m7d)(m'/d)艺

大港电厂海水淡化工

30006000MSF仅加酸、脱气

程

黄岛电厂海水淡化工

30003000LT-MED-TVC无预处理

程

黄骅电厂一期海水淡

1000020000LT-MED-TVC混凝沉淀

化工程

首钢京唐钢铁厂海水

1250050000LT-MED-TVC混凝沉淀

淡化工程

天津北疆发电厂一期微砂加速混凝

25000200000LT-MED-TVC

海水淡化工程沉淀

表5-2反渗透法海水淡化工程实例

项目名称单机容量总容量海水淡化海水预处理工艺