海水淡化簡介

海水淡化發(fā)展現(xiàn)狀及主要技術(shù)簡介基本概念發(fā)展歷史與現(xiàn)狀主流技術(shù)分析蒸汽-壓縮式淡化海水淡化淡水：含鹽量<1g/L（NaCL)。海水：含鹽量約為35g/L，其主要成分表如下：基本概念鹽類NaCLMgCL2MgSO4CaSO4K2CO3CaCO3MgBr2總計含量g/L27.23.81.71.20.90.10.135比例%77.710.94.83.42.60.30.3100海水淡化基本技術(shù)分類如下：技術(shù)分類超過50年的研究開發(fā)歷史。1950-1985年，經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)、開發(fā)和商業(yè)化階段。研究開發(fā)的重點是蒸餾法、冷凍法和膜法。1985年以后，蒸餾法中的多級閃蒸、低溫多效和膜法中的反滲透成為主流。近年來，將蒸餾法和膜法耦合的技術(shù)越來越受到關注。國外發(fā)展與現(xiàn)狀多級閃蒸法（MSF）：最成熟、應用最廣泛、規(guī)模最大。多為海灣國家所采用。低溫多效法（MED）：經(jīng)過30多年的發(fā)展已趨于成熟。以色列IDE公司的低溫多效裝置（LT-MED）被認為是當前蒸餾法中最有競爭力的淡化設備。反滲透法（RO）：70年代后期建造了第一座海水淡化廠，隨著反滲透膜和海水預處理技術(shù)的完善，目前已成為極具市場競爭力的技術(shù)，在歐洲和亞洲廣泛使用。國外發(fā)展與現(xiàn)狀截至2005年底，世界上共有12300個淡化工程，總生產(chǎn)能力4700×104m3/d。中東地區(qū)，多級閃蒸法（MSF）的市場占有率超過70%；其他各洲，反滲透（RO）的市場占有率最高。見下圖：國外發(fā)展與現(xiàn)狀主要趨勢：1、多種技術(shù)共存互補、并行發(fā)展。2、工程規(guī)模大型化。已出現(xiàn)百萬噸級的海水淡化工程（韓國斗山集團在沙特承建）。3、成本降低。目前淡化水的最低銷售價格折合人民幣已降至4元/噸。4、海水淡化與資源化利用形成產(chǎn)業(yè)鏈。海水淡化工程與發(fā)電廠相結(jié)合、與鹽業(yè)制鹵生產(chǎn)相結(jié)合。5、政府支持力度加強。國外發(fā)展與現(xiàn)狀我國水資源嚴重短缺。據(jù)估算，2010-2020年，北方和沿海4省(市)缺水總量將分別達到166-255億噸和273-293億噸。海水淡化的市場潛力大。1958年，開始研究海水淡化技術(shù)。起步階段為電滲析技術(shù)，1965年開始研究反滲透技術(shù)，1975年開始研究蒸餾技術(shù)。目前，反滲透技術(shù)裝備方面，國內(nèi)已具備了單機規(guī)模萬噸級以上工程設計和建設能力；蒸餾技術(shù)裝備方面，近年來在萬噸級項目上有所突破。國內(nèi)現(xiàn)狀與進展政策保障。海水淡化已被列入多項規(guī)劃：《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要》、《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》、《高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》、《國家“十一五”海洋科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》（國發(fā)[2007]15號）。2005年8月，《海水利用專項規(guī)劃》中提出，至2010年、2020年我國建成和在建的海水淡化工程的生產(chǎn)能力將分別達到100萬噸/d、280萬噸/d。2007年4月，科技部啟動“海水淡化與綜合利用成套技術(shù)研究和示范”項目，支持海水資源利用技術(shù)研究。國內(nèi)現(xiàn)狀與進展2008年，我國已建成52套海水淡化裝置。45套采用反滲透技術(shù)、4套采用低溫多效技術(shù)、1套采用多級閃蒸技術(shù)、1套采用壓汽蒸餾技術(shù)、1套采用電滲析技術(shù)。但裝置總體使用率較低，有的還不到50%。目前，全國在建和待建的海水淡化工程總規(guī)模已達195.8萬噸/d，分布見下圖。國內(nèi)現(xiàn)狀與進展國內(nèi)現(xiàn)狀與進展目前國內(nèi)淡化的海水，基本上就地消化。海水淡化的市場應用前景，主要可分為3個方面：1、沿海電廠供水。同時利用電廠的電能和熱能為海水淡化提供動力，實現(xiàn)水電聯(lián)產(chǎn)。2、沿海城鎮(zhèn)及工業(yè)供水。取代長距離輸送，節(jié)約供水成本。另外，由于沿海地區(qū)降雨充沛，入?？谒|(zhì)含鹽量降低，屬于亞海水，其淡化成本要很多。根據(jù)已有數(shù)據(jù)，亞海水的噸水處理成本可降至2-2.5元。3、海水淡化產(chǎn)業(yè)鏈延長。淡化后的濃海水，可開發(fā)制鹽、提溴、鉀等產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)現(xiàn)狀與進展主要困難和差距：1、技術(shù)差距。主要體現(xiàn)在核心部件、材料裝備的開發(fā)制造、系統(tǒng)設計和集成等方面。關鍵設備仍需進口，國內(nèi)的反滲透膜仍需進口，還沒有一家企業(yè)擁有蒸餾法日產(chǎn)萬噸以上項目的全部自主知識產(chǎn)權(quán)和成套能力。2、規(guī)模差距。06年數(shù)據(jù)，我國海水淡化總產(chǎn)量只占世界0.3%。規(guī)模小，淡化成本難以降下來。3、實施機制。國內(nèi)還沒有專門的機構(gòu)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，沒有形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。4、示范投入。國家投入不足，規(guī)模示范不夠。5、推廣機制。淡化海水面臨著并入市政管網(wǎng)難和價格體系瓶頸等問題。國內(nèi)現(xiàn)狀與進展目前應用最廣泛的、能達到商業(yè)化規(guī)模的主要有蒸餾法和反滲透法，即“熱法”和“膜法”。其中熱法中的多級閃蒸（MSF）、低溫多效（MED）和膜法中的反滲透（RO）是目前國內(nèi)外市場上主流的3種技術(shù)。三種技術(shù)工藝流程見下圖。主流技術(shù)分析多級閃蒸（MSF）主流技術(shù)分析低溫多效（MED）主流技術(shù)分析反滲透（RO）主流技術(shù)分析三種技術(shù)總體比較見下表。主流技術(shù)分析技術(shù)種類常用領域優(yōu)勢劣勢多級閃蒸（MSF）多用于工業(yè)用水、發(fā)電用水（與火電廠或核電廠結(jié)合的大型或超大型海水淡化工程）1、單機容量大（最大可達到5萬t/d），遠超MED和RO法；2、對原料水預處理要求低；3、設備整體性強，易于大型化和超大型化。1、工程投資較高，為RO法的近2倍；2、設備占地面積大，動力消耗大，能耗高；3、設備的操作彈性?。?、傳熱管腐蝕穿孔后，將會污染水質(zhì)。低溫多效（MED）工業(yè)用水、發(fā)電用水和民用領域1、熱效率比MSF高；2、操作彈性較大；3、產(chǎn)品水質(zhì)好，可直接用于鍋爐用水；4、防腐性能較好，預處理較簡單，化學藥劑消耗低；5、系統(tǒng)可靠，傳熱管泄漏時不會影響水質(zhì)；6、設備啟停較快。1、設備體積較大，成本較高；2、結(jié)垢很難清理。反滲透（RO）較適合民用、普通工業(yè)領域1、能耗低，工程投資及造水成本較低；2、防腐性能優(yōu)越；3、單臺裝機容量較低,但易于單元式疊加；4、裝置緊湊，占地較少，操作簡單，維修方便。1、原料水的水質(zhì)要求較高，預處理要求嚴格；2、運行成本較高，反滲透膜需要定期更換；3、產(chǎn)品水質(zhì)較低。（注：3=滿意；2=中等；1=低質(zhì)量、易出故障；0=性能不好）三種技術(shù)概念性比較序號比較項目MSFMEDRO1.產(chǎn)品水質(zhì)3322.發(fā)展情況3323.預處理要求3324.操作人員要求2325.裝置維護要求2226.運行穩(wěn)定性3337.操作彈性2338.工藝可靠性232合計202318參考《火力發(fā)電廠化學設計技術(shù)規(guī)程條文說明》（DL/T5068-2006），3種技術(shù)的主要參數(shù)比較見下：三種技術(shù)主要參數(shù)比較項目MSFMEDRO產(chǎn)品水質(zhì)（mg/L）5-105-10300-500操作溫度（℃）≈110<705-45裝置總能耗（kWh/m3）8.05.05.0-6.0（有能量回收）原水預處理不需要要求低要求高水利用率（%）12-2515-40<40腐蝕結(jié)垢傾向較大，要加酸和脫氣較小建造材質(zhì)要求高低以15000噸/d的海水淡化工程為例，估算3種技術(shù)的設備投資成本如下：主流技術(shù)分析名稱MSFMEDRO設備投資成本（萬元）16000150008000同樣以15000t/d的海水淡化工程為例，估算3種技術(shù)的單位造水成本，見下表：（注：3種淡化裝置的年利用率均按95%計算，年生產(chǎn)天數(shù)為360天。）（注：3種淡化裝置的年利用率按95%計算，年生產(chǎn)天數(shù)為360天。）主流技術(shù)分析項目MSFMEDRO化學藥品消耗0.3220.1620.391熱力消耗1.601.600電力消耗4.02.05.7人員工資福利0.0250.0250.038大修及檢修維護費0.440.420.22管理費0.0040.0040.007膜更換費用000.923固定資產(chǎn)折舊1.351.270.90單位造水成本（元/噸）7.745.488.183種主流海水淡化技術(shù)均是可行的，對于技術(shù)的選擇目前并不存在“唯一的”最佳解決方案。通常情況下，單獨設立的海水淡化廠適合采用反滲透法，有熱電廠（或核能發(fā)電廠）配套的話，熱法蒸餾技術(shù)更為經(jīng)濟可靠。主流技術(shù)分析直接利用熱泵的蒸發(fā)器和冷凝器作為熱源和冷源，結(jié)合閃發(fā)式蒸餾裝置進行海水淡化。其中閉式熱泵海水淡化系統(tǒng)主要由壓縮機、封閉式熱交換器、冷凝器、蒸發(fā)器、海水泵、和換熱器等組成。如下圖：開式熱泵系統(tǒng)，可以簡化設備，并降低投資和能耗。蒸汽-壓縮式淡化（熱泵式蒸餾）蒸汽-壓縮式淡化鹽水蒸餾水鹵水高壓低壓熱T

（溫度）=100oCP（壓力）

=1.00atm（物理大氣壓）T=101oCP=1.04atm采用PROII進行模擬計算，分析開式熱泵海水淡化系統(tǒng)中，不同換熱溫差下每噸淡化水的壓縮能耗，其中壓縮機絕熱效率取75%，熱泵蒸發(fā)壓力設為100KPa。蒸汽-壓縮式淡化換熱溫差(℃)12345蒸發(fā)溫度(℃)99.83599.83599.83599.83599.835壓縮后蒸汽溫度(℃)104.27108.72113.41117.63122.09冷凝溫度(℃)100.83