反滲透與低溫多效法海水淡化工藝在電站應用中的比較

許悠佳，沈明軍，徐軍

(神華國華(舟山)發(fā)電有限責任公司，浙江舟山 316012)

反滲透與低溫多效法海水淡化工藝在電站應用中的比較

許悠佳，沈明軍，徐軍

(神華國華(舟山)發(fā)電有限責任公司，浙江舟山 316012)

海水淡化是淡水資源緊缺的沿海電廠向海洋獲取新鮮淡水的主要方式，目前主要有反滲透膜法和低溫多效熱法等技術路線。對上述兩種技術從工藝、技術經濟性等方面進行綜合比較，分析各自的優(yōu)勢及存在的不足。最后根據(jù)舟山地域特點及地區(qū)海水淡化規(guī)劃，推薦適合舟山電廠的海水淡化技術。

海水淡化;反滲透;低溫多效;火電廠

1 概述

我國屬于缺水國家，人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，居世界第109位。淡水資源缺乏乃至危機影響了我國經濟可持續(xù)發(fā)展。舟山地處海島，淡水資源緊缺，作為全國首批海水淡化試點城市，正在大力發(fā)展海水淡化事業(yè)。國華舟山電廠二期工程擬建設12000d/t海水淡化項目，解決3、4號機組自用淡水。工程前期對反滲透法和低溫多效法海水淡化技術進行了較為深入的比較分析。

1．1 海水淡化技術

海水淡化是指從海水中獲取淡水的技術和過程，通過脫除海水中的大部分鹽類，處理后的海水達到生產和生活用水標準的處理技術，目前達到商業(yè)化規(guī)模的主要是反滲透法(SWRO)和蒸餾法［1－2］。蒸餾法技術分成多級閃蒸(MSF)、多效蒸餾(MED)、壓汽蒸餾(MVC)三種。目前低溫多效工藝在蒸餾法中應用最為廣泛。

1．2 反滲透技術

反滲透海水淡化工藝是在外加壓力作用下利用反滲透膜對物質選擇性透過的特性，對海水中溶解物質進行分離，達到制取淡水目的［3］。

1．3 低溫多效－蒸汽噴射器技術

低溫多效法是指海水在具有一定真空度的多級蒸發(fā)器中連續(xù)蒸發(fā)得到淡水的過程。其最高蒸發(fā)溫度70℃。特征是將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來并被分成若干效組，海水噴淋到鋁黃銅材質的管束上，在每一根管子上形成降膜，管內蒸汽被冷凝成淡水，同時鹽水在管外被加熱形成二次蒸汽進入下一效，作為熱源加熱下一級海水。通過多次蒸發(fā)和冷凝，得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水。

目前蒸汽噴射器(TVC)在低溫多效技術(MED)中廣泛應用，它以高壓蒸汽為動力將低壓蒸汽壓縮至較高的壓力，實現(xiàn)低壓蒸汽的再利用，是低溫多效技術的核心。

2 工藝流程及系統(tǒng)配置

2．1 反滲透法工藝流程

經預處理后的海水→超濾裝置(帶自清洗保安過濾器)→超濾水箱→超濾水泵→5 μm保安過濾器→一級海水膜高壓泵組→ 一級海水反滲透裝置→預脫鹽水箱。

國華舟山電廠二期工程 3、4號機組建設12000t/d反滲透法海水淡化工藝，需設計超濾膜組件6×222 m3/h，一級RO膜組件為3×167m3/h。

2．2 低溫多效法工藝流程

(二期循環(huán)水進水)海水→高效混凝沉淀預處理→低溫多效海水淡化裝置(利用3、4號機組中壓缸排汽)出水分別兩路，其產品水至機組工業(yè)儲水池→鍋爐補給水處理系統(tǒng)或全廠工業(yè)水、消防水等系統(tǒng);其排放水至脫硫系統(tǒng)。

建設單臺淡水產量12000t/d MED－TVC裝置，蒸汽耗量設計值50 t/h;至海水淡化裝置入口蒸汽壓力設計值0．35MPa(a);蒸汽溫度:290℃。蒸發(fā)器采用“4+2”效方案，TVC從第4效抽汽，采用平流進料方式，設計造水比10．4。

3 經濟性比較

3．1 SWRO與MED－TVC投資造價比較

根據(jù)浙江省電力設計院《神華國華舟山電廠海水淡化可行性研究－海水淡化方案選擇專題》，兩種工藝投資費用比較見表1。表中MED－TVC按國產方案計算，含海水預處理費用。

表1 SWRO和MED－TVC投資費用比較 萬元

參考河北滄東電廠已投產單套12000t/d低溫多效法海水淡化工程，MED－TVC主要設備現(xiàn)已國產化，總投資約12000萬元。

參考浙江某電廠UF－SWRO工藝，總投資約10000萬元。因此同規(guī)模海水淡化裝置MED整體投資比SWRO高20%左右。

3．2 運行費用比較

兩種工藝的運行費用比較見表2。表中年運行小時數(shù)按5500h計;按實際焓降法計算蒸汽成本約為30元/t(參考河北某電廠數(shù)據(jù));超濾膜按5年更換、RO膜按5年更換。

表2 SWRO和MED－TVC運行費用比較 元/t

3．3 造水成本比較

兩種工藝的海水淡化成本比較見表3。表中年運行小時數(shù)按5500h計。

表3 兩種海水淡化成本比較 元/t

低溫多效法海水淡化系統(tǒng)運行穩(wěn)定，維護簡單，可用率高，年可用率達98%以上，酸洗周期大于24個月。因此正常情況可以與機組運行小時相當，若按8000運行小時考慮，噸水固定資產折舊及攤銷費用約1．7元左右。例如天津大港電廠海水淡化成本5．71元/t［5］。

而反滲透法海水淡化系統(tǒng)超濾膜(UF)及反滲透膜(RO)易受進水水質的影響，預處理中出水SDI稍高就會對膜體產生一定的污染，且膜體更換成本高昂。一般情況下，反滲透工藝出水水質pH值過低，正常情況還需加碳酸鈣等后礦化處理藥劑，藥劑費用為0．15元/t。

燃煤電廠具有豐富的低品位蒸汽汽源，因此在低溫多效法海水淡化的應用上具有明顯的優(yōu)勢。綜上所述，結合實際數(shù)據(jù)MED成本約為6～7．5元/t，UF+SWRO約5～6元/t［4］。

3．3 熱、膜耦合海水淡化技術

反滲透海水淡化處理過程中能源費用約占30%～40%，即電力消耗為主。而低溫多效法海水淡化工藝決定成本的主要因素是蒸汽費用。海水淡化技術的推廣與降低能源消耗成本有直接關系，因此測算能源耗盡原則下的最佳熱膜產水比意義深遠。當蒸汽價格在合理范圍，采用背壓式方案海水淡化，實現(xiàn)能源循環(huán)經濟模式，以利用電廠蒸汽發(fā)展熱膜耦合海水淡化具有經濟可行性［5－6］。

2011年1月，世界上最大的熱膜聯(lián)產海水淡化廠在阿聯(lián)酋富察伊拉建成并投入使用，該廠采用MED+RO聯(lián)合技術，總產能59．5萬t/d，其中MED產能46萬t/d，RO產能13．6萬t/d［7］。

4 技術特點比較

4．1 低溫多效蒸餾海水淡化技術特點［8－9］

(1)能源利用率高。水、電聯(lián)產，經濟性好;

(2)產品水質好。低溫多效蒸餾海水淡化工藝產品水含鹽量低于5mg/L，產品水可直接作為一級除鹽系統(tǒng)進水，或直接經混床處理后作為鍋爐補給水，大大降低鍋爐補給水系統(tǒng)的改造費用。一級除鹽系統(tǒng)再生周期可從24h延長至3個月，鍋爐補給水處理系統(tǒng)運行費用降低;

(3)負荷調節(jié)能力好。低溫多效蒸餾海水淡化裝置可在50% ～100%額定負荷范圍內正常運行，平衡調節(jié)時間較短，一般為15min左右，對產品水需求變化有很好的適應性;

(4)對海水品質變化的適應性強。進料海水的預處理簡單;

(5)可靠性高。操作溫度低于70℃，減緩了設備的腐蝕和結垢，設備壽命可以達到30年;

(6)可用率高。設備運行維護簡單，設備年可用率可以達到98%以上，酸洗周期大于24個月。

4．2 反滲透法技術特點

(1)初期投資相對低，模塊化的配置可使系統(tǒng)靈活組合;

(2)產品水含鹽量小于200mg/L，若作為鍋爐補給水還需二級反滲透處理、和一級除鹽處理。硼含量高，長期飲用對人體可能會有影響，需要攙兌水庫淡水;

(3)后期檢修維護費用高。反滲透膜壽命3～5年左右，超濾膜品質參差，因不是通用件，不便更替其他品牌。通常系統(tǒng)設計壽命15～20年;

(4)設備投運率一般在80%～85%之間;

(5)系統(tǒng)受海水水質影響較大。

5 結語

反滲透法和低溫多效法海水淡化技術都是成熟的水處理技術。通過上述技術經濟比較分析，低溫多效法較反滲透海水淡化技術實際運行成本高出約1～2元/t。考慮火電廠具有較多的低品位熱源，低溫多效法可有效利用能源，經濟性好，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定、出水水質好。同時根據(jù)舟山群島新區(qū)規(guī)劃，將建設全國首個海洋電子產業(yè)基地，電子產業(yè)需要高品位水質，在條件成熟以后高品質蒸餾水可實現(xiàn)向周邊工業(yè)區(qū)供水。

舟山地區(qū)現(xiàn)有海水淡化裝置全部為反滲透膜法工藝［6］。鑒于目前國家正在推廣的大型熱、膜耦合海水淡化技術應用研究［7］，綜合考慮本地區(qū)海水淡化總體規(guī)劃，舟山電廠充分發(fā)揮自有低品位熱源的優(yōu)勢，推廣低溫多效海水淡化技術，為區(qū)域提供高品水質，推動國產海水淡化技術發(fā)展，具有深遠的戰(zhàn)略意義。通過比較探討后，舟山電廠海水淡化項目推薦采用國產低溫多效法海水淡化工藝。

［1］解利昕，李憑力，王世昌，等．海水淡化技術現(xiàn)狀及各種淡化方法評述［J］．化學進展，2003(22):1081－1084．

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Application comparison of RO and LT－MED desalination in power plants

The seawater desalination is the main way to obtain fresh water for a coastal power plant which was lack of freshwater resources．At present there are two main technical routes that are reverse osmosis method and low temperature multiple effect distillation(LT－MED)method．The comprehensive comparison of the two techniques is made．And the advantages and disadvantages are analyzed according to the regional characteristics and area planning of Zhoushan Islands．The most suitable seawater desalination technology for Zhoushan Power Plant is recommended．

sea water desalination;reverse osmosis;low temperature multiple effect distillation(LT－MED); thermal power plant

X703．1

B

1674－8069(2015)03－048－03

2014-12-15;

2015-02-24

許悠佳(1982-)，女，浙江定海人，碩士，工程師，主要從事電廠環(huán)境工程管理和研究。E－mail:youjia1218@163．com