膜法海水淡化系統(tǒng)在華能營口電廠的應(yīng)用

1、膜法海水淡化系統(tǒng)在華能營口電廠的應(yīng)用摘要：利用海水淡化來解決淡水資源匱乏的問題，前景非常廣闊。本文介紹和比擬了幾種常用的海水淡化技術(shù)，著重說明了膜法海水淡化系統(tǒng)在華能營口電廠的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：海水淡化；海水反浸透；華能營口電廠1前言1.1海水淡化的現(xiàn)狀海水淡化是通過設(shè)備或裝置去除海水中的鹽獲得淡水的工藝過程，海水淡化的方法分為熱法和膜法。經(jīng)過數(shù)十年的開展，海水淡化工藝技術(shù)得到了長足開展，建立規(guī)模和市場(chǎng)格局也在逐漸發(fā)生改變。已經(jīng)可以比擬經(jīng)濟(jì)地通過對(duì)海水、苦咸水和再生水的脫鹽大規(guī)模消費(fèi)飲用淡水。近十幾年來，我國已建成或待建的海水淡化工程已達(dá)20多項(xiàng)，其形式多樣。我國開展海水淡化的研究、建立和運(yùn)行已經(jīng)

2、多年，積累了一些經(jīng)歷。1.2海水淡化的意義隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅猛開展，淡水需求量持續(xù)增長，而淡水資源總量是有限度的，一味地索取勢(shì)必會(huì)造成當(dāng)?shù)氐Y源更加短缺，為此，開發(fā)第二水源的意義就變得非常重大。大自然給予了豐富的海水資源，利用海水淡化來解決淡水資源匱乏的問題，前景非常廣闊。假如利用海水淡化來解決電廠用水問題，開拓第二水源，不僅符合我國關(guān)于沿海地區(qū)積極利用海水淡化的產(chǎn)業(yè)政策，而且可為當(dāng)?shù)貎?chǔ)藏淡水資源，保證當(dāng)?shù)鼐用窈凸I(yè)用戶的淡水需求，支持當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)開展，具有良好的社會(huì)效益。2海水淡化的方法原理及技術(shù)性能海水淡化技術(shù)的種類很多，但適于產(chǎn)業(yè)化的主要有海水反浸透法sr和熱力淡化法。熱力法主要有多

3、級(jí)閃蒸sf、低溫多效lt-ed和壓汽蒸餾tv和v等技術(shù)。2.1海水反浸透sr淡化技術(shù)由于r膜材料的不斷改良和膜價(jià)格的下降，海水反浸透sr系統(tǒng)越來越引起人們的關(guān)注，現(xiàn)也已成為蒸餾法海水淡化系統(tǒng)的主要競(jìng)爭對(duì)手。目前在世界上已有許多使用一級(jí)海水反浸透系統(tǒng)從海水制取飲用水的海水淡化廠，以及采用海水反浸透sr裝置加離子交換方式制取鍋爐用水的實(shí)例。我國大亞灣核電廠60003/d、山東威海電廠25003/d、大連華能電廠20003/d等海水反浸透淡化系統(tǒng)也已運(yùn)行多年。2022年大唐王灘發(fā)電廠25,9203/d海水反浸透sr投運(yùn)，2022年浙江玉環(huán)發(fā)電廠34,5603/d海水反浸透sr投運(yùn)，2022年華能營口

4、電廠二期96003/d海水反浸透sr投運(yùn)。海水反浸透sr系統(tǒng)所需的能量決定于進(jìn)水的含鹽量、系統(tǒng)的濃縮倍率、進(jìn)水溫度及產(chǎn)品水的水質(zhì)，其能耗一般為910kh/3，假設(shè)有能量回收裝置，那么所需能耗為3.04.5kh/3。反浸透海水淡化應(yīng)用30年來，能耗降低了三分之二。2.2多級(jí)閃蒸sf蒸餾法sf是蒸餾法海水淡化最常用的一種方法，在20世紀(jì)80年代以前，較大型的海水淡化裝置多數(shù)采用sf技術(shù)。大港電廠二期工程引進(jìn)了美國的多級(jí)閃蒸sf海水淡化裝置，是我國第一套大型的海水淡化裝置。sf裝置的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備單機(jī)容量大、使用壽命長、出水品質(zhì)好、熱效率高。但由于裝置濃縮海水的最高操作溫度在110左右，對(duì)傳熱管和設(shè)備本

5、體的腐蝕性較大，必須采用價(jià)格昂貴的銅鎳合金、特制不銹鋼及鈦材，因此設(shè)備造價(jià)高。另外，為了減輕結(jié)垢和腐蝕，對(duì)進(jìn)入裝置的海水加酸和進(jìn)展脫氣脫除2和2，因此也增加了造水本錢。2.3低溫多效ed蒸餾法低溫多效海水淡化技術(shù)是指鹽水最高溫度低于70、采用低溫橫管噴淋技術(shù)的淡化技術(shù)。低溫多效蒸發(fā)器是將一系列的程度管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)布置，管內(nèi)是加熱蒸汽，噴射器把海水均勻噴淋在橫管熱交換器的管束上方，在橫管外表形成薄膜流下，在此過程中海水得到除氣并局部蒸發(fā)，熱交換效率高。加熱蒸汽被引入第一效，其冷凝熱使幾乎等量的海水蒸發(fā)，通過屢次蒸發(fā)和冷凝，后面的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水，最后一效

6、的蒸汽在海水冷凝器中冷凝。第一效冷凝液返回鍋爐，而其他效及海水冷凝器的冷凝液搜集后作為產(chǎn)品水。低溫多效海水淡化裝置的運(yùn)行溫度小于70，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于sf裝置的110，所以其能耗和管壁腐蝕及結(jié)垢速率均較低。和sf相比，其設(shè)備本體和傳熱管的材質(zhì)要求也較低。2.4壓汽蒸餾壓汽蒸餾的淡化工藝同低溫多效ed蒸餾法，不同的是壓汽蒸餾應(yīng)用熱耗非常低的熱泵，用壓縮蒸汽作為蒸發(fā)器熱管束的加熱蒸汽，是一種高效的蒸餾淡化法。壓縮可采用蒸汽噴射器，稱為熱壓縮tv；或采用機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)，即機(jī)械壓縮v，是僅僅依靠電能的淡化技術(shù)，只要有電，就可以消費(fèi)淡水，由于受壓縮機(jī)的限制，其單臺(tái)裝置的容量較其他蒸餾裝置校在低溫多效lt-ed海

7、水淡化裝置系統(tǒng)中，如提供的加熱蒸汽壓力較高，為進(jìn)步產(chǎn)水比，一般常采用lt-ed和熱壓縮tv結(jié)合的淡化裝置，即低溫多效加蒸汽噴射器的淡化裝置ed+e。2.5主要海水淡化技術(shù)性能比照根據(jù)國際淡化界的觀點(diǎn)，主要海水淡化技術(shù)性能比照匯總見下表。比擬工程海水反浸透法sr蒸餾法高溫低溫sfed和tvv產(chǎn)水純度300500pp10pp10pp10pp操作溫度常溫1107070原料水預(yù)處理要求高不需要要求低要求低淡化消耗能量電能熱能、電能熱能、電能電能電耗3.04.5kh/34.0kh/31.5kh/30.5kh/3熱電綜合能耗3.04.5kh/38.5kh/35.5kh/36.310kh/3原料水利用率35

8、55%1225%1540%1540%腐蝕結(jié)垢傾向較大較小較小建造材質(zhì)要求要求高要求低要求低對(duì)海水淡化技術(shù)比擬后得出：1海水反浸透sr與蒸餾法ed、v相比，在產(chǎn)品水純度上是有區(qū)別的，根據(jù)不同用水水質(zhì)要求，可選擇適宜的海水淡化方案。2海水反浸透sr消耗電能；ed主要消耗熱能。從綜合利用能源角度看ed可利用電廠余熱熱能。3海水反浸透sr裝置的進(jìn)口范圍比蒸餾法ed、v小，設(shè)備投資省，能量消耗低采用能量回收裝置后，建立周期短。4無論海水淡化規(guī)模大型、中型、小型，海水反浸透sr都合適，而多級(jí)閃蒸sf、低溫多效ed等合適較大型的海水淡化系統(tǒng)。5投資：100003/d蒸餾法海水淡化裝置投資約8000萬元，同樣

9、規(guī)模的全膜法反浸透海水淡化裝置投資約4000萬元就淡化裝置而言。反浸透海水淡化裝置的投資僅為蒸餾法海水淡化裝置投資的一半。6經(jīng)濟(jì)性：對(duì)于2臺(tái)日產(chǎn)25000噸海水淡化裝置，采用蒸餾法海水淡化工藝其造水本錢為5.35.9元/噸淡水就裝置本身而言，采用反浸透法海水淡化工藝其造水本錢約為4.0元/噸淡水。反浸透法海水淡化方法具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。如考慮到應(yīng)用熱法可能對(duì)發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率的影響，那么從經(jīng)濟(jì)上反浸透優(yōu)勢(shì)更為明顯。3華能營口電廠海水淡化系統(tǒng)3.1工程概況華能營口電廠，一期工程已建成2臺(tái)原蘇聯(lián)進(jìn)口320超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，分別于1996年1月和1996年12月投產(chǎn)，二期工程建立2臺(tái)600超超臨界機(jī)

10、組，分別于2022年9月和10月發(fā)電。電廠循環(huán)水采用海水直流供水系統(tǒng)，鍋爐補(bǔ)給水和局部工業(yè)水采用海水淡化獲得，一級(jí)海水反浸透出力為96003/d。海水淡化用海水夏季取自循環(huán)水泵出口水，冬季取自循環(huán)水排水。3.2設(shè)計(jì)根底資料華能營口電廠的海域位于渤海灣內(nèi)，海水水質(zhì)分析見下表：樣品編號(hào)及名稱營口電廠壩西北側(cè)海水采樣日期2022年10月19日工程檢測(cè)結(jié)果單位工程檢測(cè)結(jié)果單位外觀半透明氫氧根0.00g/ldn11.44g2/l重碳酸根164.7g/lph值7.76碳酸根g/l電導(dǎo)率63000s/硝酸根150g/lna11000g/l硫酸根2317g/ll18000g/l全固形物43124g/l全硬度1

11、/2(a+g)115.56l/l溶解固形物-g/la2(a計(jì)479.36g/l全硅(si2)4.39g/lg2(g)計(jì)1968.8g/l溶硅(si2)1.01g/l全堿度2.70l/l鐵fe23計(jì)0.19g/l酚酞堿度l/l銅u計(jì)0.03g/l備注水樣溫度：173.3工藝系統(tǒng)的描繪綜合多方面因素考慮，華能營口電廠海水淡化系統(tǒng)我院采用了海水反浸透sr淡化技術(shù)。3.3.1系統(tǒng)工藝流程海水淡化系統(tǒng)主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、海水淡化反浸透系統(tǒng)，鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)主要包括淡水反浸透系統(tǒng)以及離子交換系統(tǒng)。完好系統(tǒng)工藝流程如下：海水反響沉淀池清水池雙室多介質(zhì)過濾器雙室細(xì)砂過濾器海水保安過濾器海水高壓泵海水反浸透裝

12、置及能量回收裝置一級(jí)淡水箱一級(jí)淡水泵淡水保安過濾器淡水高壓泵淡水反浸透裝置二級(jí)淡水箱二級(jí)淡水泵離子交換系統(tǒng)3.3.2運(yùn)行控制指標(biāo)3.3.2.1反響沉淀池單臺(tái)設(shè)備出力：7003/h，原水濁度50800ntu時(shí)，出水濁度小于5ntu3.3.2.2過濾器系統(tǒng)出水水質(zhì)雙室雙層濾料過濾器正常出力：1453/h最大出力：2022/h雙室細(xì)砂過濾器正常出力：883/h最大出力：1203/h出水水質(zhì)：sdi4濁度：1ntu3.3.2.3海水淡化反浸透系統(tǒng)單臺(tái)設(shè)備出力：1003/h系統(tǒng)脫鹽率：一年內(nèi)99.5%三年內(nèi)99%系統(tǒng)回收率：40%3.3.2.4二級(jí)反浸透系統(tǒng)單臺(tái)設(shè)備出力：803/h系統(tǒng)脫鹽率：一年內(nèi)97

13、%三年內(nèi)95%系統(tǒng)回收率：80%4海水淡化系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及特點(diǎn)4.1海水淡化系統(tǒng)的運(yùn)行狀況華能營口電廠海水淡化系統(tǒng)自2022年4月底經(jīng)調(diào)試并投入運(yùn)行至今，海水淡化系統(tǒng)的運(yùn)行一直是穩(wěn)定的。下表為整套系統(tǒng)各單元水質(zhì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)各單元出水水質(zhì)表測(cè)點(diǎn)單位平均值進(jìn)水溫度20.2反響沉淀池出水濁度ntu5細(xì)砂過濾單元出水濁度ntu1sdi3一級(jí)反浸透單元進(jìn)水電導(dǎo)率s/70009000產(chǎn)水電導(dǎo)率s/360410一級(jí)反浸透進(jìn)口壓力pa4.75.0可以看出，通過一年多的運(yùn)行理論，各項(xiàng)產(chǎn)水指標(biāo)根本上到達(dá)了設(shè)計(jì)要求。4.2海水淡化系統(tǒng)的特點(diǎn)本期工程海水淡化系統(tǒng)的特點(diǎn)可以分為設(shè)備材料選擇、工藝系統(tǒng)及布置、節(jié)能減排的

14、措施等三個(gè)方面。4.2.1設(shè)備材料選擇4.2.1.1關(guān)鍵設(shè)備選用海水反浸透膜組件均采用d公司的優(yōu)質(zhì)膜產(chǎn)品；反浸透壓力容器采用美國deline公司的產(chǎn)品。海水增壓泵及海水高壓泵采用德國ksb公司的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品hgr3/7及rph100-180。能量回收裝置采用美國eri公司的px系列產(chǎn)品。4.2.1.2材質(zhì)選擇由于該海水淡化系統(tǒng)輸送介質(zhì)的特殊性海水的強(qiáng)腐蝕性，設(shè)備及管道材料的選擇均加強(qiáng)了對(duì)防腐性能的要求。所有管道、閥門及附件均根據(jù)接觸介質(zhì)的性質(zhì)選擇材料，并考慮相應(yīng)的壓力和溫度的影響。4.2.2選擇合理工藝系統(tǒng)及布置系統(tǒng)設(shè)備的布置在滿足平安運(yùn)行，方便檢修的前提下，盡可做到合理、緊湊，以減少各種介質(zhì)的能

15、量損失。4.2.3節(jié)能減排的措施海水淡化系統(tǒng)在節(jié)能上的措施主要有三個(gè)方面：一是海水淡化系統(tǒng)用水冬季取自循環(huán)水排水，這樣不僅可以節(jié)省海水壓力提升的電能，還可以充分回用該局部水的余熱；二是將海水反浸透sr方案的一級(jí)反浸透濃水能量通過能量回收裝置進(jìn)展回收，降低能耗；三是為系統(tǒng)中主要水泵設(shè)置變頻裝置，進(jìn)展變頻控制，節(jié)約能耗。由于水溫對(duì)反浸透裝置的產(chǎn)水流量影響較大，即水溫每變化1，在進(jìn)水壓力不變的情況下，其產(chǎn)水量大致增減2.7%。假如進(jìn)水水溫降低，在系統(tǒng)條件不變的情況下，將導(dǎo)致產(chǎn)水量的下降。為了保證在低溫情況下反浸透出力不變，本期工程海水淡化系統(tǒng)高壓泵采用變頻控制，改變進(jìn)水壓力，以保證反浸透系統(tǒng)足夠的推動(dòng)力，從而保證系統(tǒng)的產(chǎn)水才能。設(shè)置能量回收裝置的主要目的是反浸透的濃水能量得到回收，降低能耗，從而降低運(yùn)行本錢。反浸透系統(tǒng)高壓泵能量回收裝置采用美國eri公司的壓力交換式px能量回收裝置，其回收效率較高，可到達(dá)95，其高壓出口采用變頻的增壓泵控制流量。5完畢語華能營口電廠是我國東北地區(qū)第一個(gè)萬噸級(jí)的采用膜法海水淡化的電廠，具有冬季海水溫度偏低的特點(diǎn)，同時(shí)還采用了常規(guī)預(yù)處理。通過一年多