熱法海水淡化在沿海電廠的應(yīng)用

鄭殿鋒，張 弘

(1．哈爾濱汽輪機(jī)廠輔機(jī)工程有限公司，哈爾濱150090;2．哈爾濱理工大學(xué)，哈爾濱150080)

目前，地球表面的72%被水覆蓋，但是淡水資源僅占所有水資源的0.75%，有近70%的淡水固定在南極和格陵蘭的冰層中，其余多數(shù)為土壤水分或深層地下水，不能被人類利用。地球上只有不到1%的淡水或約0.007%的水可被人類直接利用［1－2］。例如中國沿海的1個300 MW機(jī)組的發(fā)電廠，在采用海水冷卻凝汽器和海水沖灰的節(jié)水措施情況下，全廠鍋爐補(bǔ)充水等仍需淡水量3000 t/d左右，可見全國電廠每天的淡水消耗量是驚人的［3］。所以發(fā)展海水淡化技術(shù)，向海洋索取淡水已成為現(xiàn)代社會的當(dāng)務(wù)之急。本文根據(jù)國內(nèi)沿海電廠運(yùn)行情況，提出了一種通過熱法海水淡化的方法、參數(shù)設(shè)計和投資分析，以實現(xiàn)降低電廠對自然淡水的索取。

1 海水淡化方法及設(shè)計參數(shù)

海水淡化主要有熱法和膜法。熱法要求系統(tǒng)外給系統(tǒng)提供熱源，如多效蒸餾法(MED)、多級閃蒸法(MFS)等。而膜法即使用滲透膜，使海水除鹽轉(zhuǎn)化為淡水，它包括反滲透(RO)法以及膜法蒸餾(MD)［4］。目前商業(yè)化程度最高的屬低溫多效蒸發(fā)系統(tǒng)，即MED系統(tǒng)。MED系統(tǒng)靠低品位蒸汽驅(qū)動，在余熱利用方面具有不可比擬的優(yōu)勢，而且用在背壓機(jī)系統(tǒng)，可滿足系統(tǒng)的動力需求。

本文以某350 MW電廠為例，采用低溫多效MED系統(tǒng)，以0.547 MPa、292.4℃的5段抽汽作為熱源，對額定出力為的海水進(jìn)行淡化處理，可得到11 000 t/d淡水，產(chǎn)品水質(zhì)含鹽量TDS＜5 mg/L，可滿足每天的鍋爐系統(tǒng)補(bǔ)水和電廠工作人員生活用水的需求。

表1 主蒸發(fā)器設(shè)計參數(shù)Tab．1 Main evaporator design parameters

2 低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)的海水淡化系統(tǒng)

當(dāng)海水淡化系統(tǒng)的驅(qū)動蒸汽壓力達(dá)到0.3 MPa以上時，通常采用低溫多效+蒸汽壓縮噴射器的淡化工藝生產(chǎn)淡水。采用蒸汽壓縮噴射器設(shè)備后，能有效地提升淡化系統(tǒng)的效率。對于萬噸級低溫多效海水淡化系統(tǒng)來說，采用蒸汽壓縮噴射器，造水比可達(dá)到10倍以上［5］。所以本系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，采用4+2共6效設(shè)計，利用蒸汽壓縮噴射器將汽輪機(jī)抽汽作為動力蒸汽，引射主設(shè)備蒸發(fā)器中間第4效產(chǎn)生的二次蒸汽，混合后作為加熱蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器第1效［4］，如圖1所示。

圖1MED+TVC系統(tǒng)示意圖Fig．1 Schematic diagram of MED+TVC system

2.1 低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)方

案的主要設(shè)備與子系統(tǒng)

低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)方案的主要設(shè)備為蒸汽壓縮噴射器(TVC)、海水淡化主蒸發(fā)器、末效蒸汽冷凝器、真空系統(tǒng)射汽抽氣器、產(chǎn)品水及濃鹽水水泵。

子系統(tǒng)包括抽真空系統(tǒng)、海水進(jìn)料系統(tǒng)、產(chǎn)品水系統(tǒng)、濃鹽水排放系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水排放系統(tǒng)、首效凝結(jié)水系統(tǒng)。

2.2 主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)

主蒸發(fā)器設(shè)計參數(shù)如表1所示，各效系統(tǒng)熱力設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表2 1—6效系統(tǒng)熱力設(shè)計參數(shù)Tab．2 Thermal design parameters of 1－6 system

3 低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)水電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性分析

在進(jìn)行制水成本計算時，影響成本的最大的因素是蒸汽價格、電價和制造成本。人工費(fèi)包括工資、福利、保險等;設(shè)備設(shè)計壽命30 a，折舊按25 a計算，殘值5%;財務(wù)費(fèi)用按2.54%年息計算［6］;海水淡化國產(chǎn)化工程可爭取到國家(不含地方)6%的補(bǔ)貼，未計算在內(nèi)。制水成本計算數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 制水成本計算數(shù)據(jù)Tab．3 Water production cost calculation data元/t

從表3可知，當(dāng)熱源不計費(fèi)時，熱法海水淡化的制水成本很低。當(dāng)采用水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)時，電廠自身產(chǎn)出供電，則成本可降低約2.6元/t。水、電聯(lián)產(chǎn)指標(biāo)如表4所示。

從表4可知，增加海水淡化系統(tǒng)，初投資增加需10 500萬元。目前工業(yè)用水價格為6.5元/t，以電廠每天消耗水量6000 t/d計算，電廠每天支付的水費(fèi)為3.9萬元，除去海水淡化制水成本消耗，每年為電廠約節(jié)省788萬元左右。如果造水僅供自己使用，則需13.5 a即可收回成本，30 a使用壽命內(nèi)，可為電廠節(jié)約1.3個億。該系統(tǒng)設(shè)計海水淡化可產(chǎn)出11 000 t/d淡水，除去電廠自身用水，還可以將水賣出，以4元/d的價格計算，30 a可為電廠最多創(chuàng)收6000萬元左右。

表4 水、電聯(lián)產(chǎn)指標(biāo)Tab．4 Water and electricity cogeneration index

低溫多效工作蒸汽的驅(qū)動裝置為蒸汽壓縮噴射器，該設(shè)備成本低、壽命長、安全性好，整個系統(tǒng)無轉(zhuǎn)動部件，設(shè)備控制簡單，性能可靠。

4 結(jié)論

1)低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)海水淡化系統(tǒng)，依靠整個電廠的免費(fèi)熱源優(yōu)勢，采用少量、基本不影響汽機(jī)效率的汽機(jī)高壓缸抽汽作為驅(qū)動熱源，解決電廠的系統(tǒng)補(bǔ)水以及生活用水問題。

2)本系統(tǒng)較適合沿海電廠，取海水便捷，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制簡單。沿海電廠海水淡化系統(tǒng)雖然初投資較多，但從長遠(yuǎn)角度出發(fā)，可為電廠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

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