2006年 9月 第 7卷 第 9期
电 力 设 备
Electrical Equipment
S ep 12006 Vo .l 7 No. 9
海水淡化及其在电厂中的应用
阮国岭
(国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 ,天津市 300192)
摘要 : 文章介绍和分析了多级闪蒸 、多效蒸馏和反渗透 3种海水淡化技术在电厂中应用的现状和发展趋势 。结合我国 海水淡化技术的进展以及存在的问题 ,提出了从水电联产 、扩大规模 、提高技术水平和综合利用 4个方面降低海水淡化 成本的措施 。针对海水淡化面临的形势 ,提出了加快我国海水淡化产业发展的建议 ,如海水淡化纳入国家水资源发展规 划 ;海水淡化作为公益事业享受与传统水资源建设项目一样的财政补贴政策等 。 关键词 : 海水淡化 ;多级闪蒸 ;多效蒸馏 ;反渗透 ;发电厂 中图分类号 : TQ085+ 147
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
地 点 西沙永兴岛 天津大港电厂 浙江舟山嵊山镇 大连长海县大长山岛 大连长海獐子岛 浙江嵊泗菜园镇 山东烟台长岛县 大连华能电厂 山东威海华能电厂 天津示范工程 山东威海荣成石岛 大连石化公司 浙江嵊泗菜园镇 山东黄岛电厂 浙江嵊泗洋山镇 山东黄岛电厂 天津开发区 河北王滩电厂 山东青岛电厂 河北黄骅电厂 浙江玉环电厂 合 计
10 000
RO
10 000
RO
20 000
M ED
34 560
RO
118 860
建成年份 1982 1989 1997 1999 2000 2000 2000 2001 2001 2003 2003 2003 2004 2004 2005 2006 2006 2006 2006 2006 2006
海水淡化又称海水脱盐 ,是从海水中获取淡水的 技术和过程 。从海水中取出淡水或除去海水中的盐 分 ,都可以达到淡化的目的 。从海水中分离出淡水的 方法有蒸馏法 、冷冻法 、反渗透法 、水合物法和溶剂萃 取法 。分离 出盐 类 的方 法则 有 电渗 析和 离 子交 换 法 [1 ] 。商业应用的海水淡化法主要是蒸馏法和反渗 透法 ,本文主要介绍这 2种淡化技术 。
(4) 适用范围 。适合大 、中 、小型海水及苦咸水 淡化系统 。
几种主要的海水淡化方法列于表 1。
表 1 几种主要的海水淡化方法
淡化方法
反渗透
低温多 效蒸馏
多级闪蒸 压汽蒸馏
主设备投资
低
较低
稍高
稍高
取水及预处 理投资
高
低
稍高
低
运行费用
较低
较低
较低
稍高
设备使用寿命 长 (需换膜 )
水质 (含盐量 ) /mg·L - 1
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第 7卷 第 9期
图 2 低温多效蒸馏工艺流程图
(3) 低温多效蒸馏的主要优缺点 。热效率比多级 闪蒸高 , 30 ℃左右的温差可使造水比 达 到 10左右 ;操 作负荷可从 40% ～110%变化 ,造水比不会下降 ,弹性 较大 ;能耗较低 ;前处理较简单 ,化学药剂消耗较少 ; 系统的操作安全可靠 ,即便发生传热管泄漏 ,也仅仅 降低产量而不会影响水质 。但其设备体积较大 ,装置 费用较高 。
(3 ) 主 要 优 缺 点 。单 机 容 量 大 , 最 大 的 可 达 7. 6万 t / d;产品水盐度 3 ～10 m g /L;工程投资高 ; 动 力消 耗 大 ; 设 备 的 操 作 弹 性 小 (设 计 值 的 80% ～
图 1 多级闪蒸工艺流程图
110% ) ,不适用于造水量要求可变的场合 ; 传热管腐 蚀穿孔时将污染水质 。
3 海水淡化的技术经济分析
3. 1 海水淡化成本及其构成
随着淡水资源紧缺已成为全球性危机 ,越来越 多的国家意识到淡水作为一种有限资源 ,必须有偿 使用 ,因而海水淡化制水成本分析方法在世界上逐 渐趋向于统一 ,即海水淡化制水成本由 2方面组成 : 运转费用 和维 修 费用 ; 在 确 定 比 例 下 的 投 资 回 收 分摊 。
水的操作费用 ,通常在浓盐水排放管线上安装能量回 收装置 。目前常用的能量回收装置主要有透平式和 正位移式 。
反渗透膜组件有多种结构形式 ,最常用的是中空 纤维和螺旋卷式 。目前反渗透膜组件的使用寿命为 3～5年 。
(3) 主要优缺点 。反渗透为无相变过程 , 能耗 低 ,每 t淡水耗电为 3. 0～5. 5 kW h; 工程投资及造水 成本较低 ;装置紧凑 ,占地较少 ;操作简单 ,维修方便 。 反渗透的预处理要求严格 ,反渗透膜需要定期更换 , 海水温度低的情况下需加热处理 。
设计或承建单位 杭州水处理 美国 Envirogenics 杭州水处理 海水淡化所 海水淡化所 杭州水处理 杭州水处理 上海半岛水处理 上海半岛水处理 海水淡化所 杭州水处理 美国 CNC 杭州水处理 海水淡化所 杭州水处理 海水淡化所 法国 W eir 浙江欧美公司 浙江欧美公司 法国 Sidem 美国 CNC
表 2 我国现有海水淡化厂
规模 /m3 ·d - 1
工 艺
200
ED
6 000
M SF
500
RO
1 500
RO
500
RO
1 000
RO
1 000
RO
2 000
RO
2 000
RO
1 000
RO
5 000
RO
5 600
RO
1 000
RO
3 000
M ED
1 000
RO
3 000
RO
10 000
M ED
2 我国海水淡化技术进展
2. 1 我国海水淡化发展历程
我国研究海水淡化技术起步较早 ,也是世界上少 数几个掌握海水淡化先进技术的国家之一 。国家海 洋局 1972年在杭州第二海洋研究所建立了海水淡化 研究室 ,后来发展为国家海洋局杭州水处理技术开发 中心 ,主要从事膜法淡化过程的研究和开发 。经国务 院批准 , 1984 年组建了国家海洋局天津海水淡化与 综合利用研究所 ,在从事蒸馏法海水淡化过程研发的 同时还在膜法海水淡化 、海水直接利用 、海水化学物 质提取及深加工等方面进行了多项开创性的工作 。 除了从事海水淡化研究的这 2家主体队伍之外 ,我国 船舶工业院所 、大专院校也从事了海水淡化技术的研 究和开发工作 。随着膜技术的进步 ,国内已形成了多 家以反渗透淡化技术为主体的水处理技术公司 ,国外 的海水淡化公司也分别通过代理机构或设立办事处 在我国开拓海水淡化市场 。
(2) 工艺流程 。将经过澄清和加氯消毒处理的 海水送入排热段作为冷却水 ,流出排热段的大部分冷 却水又排回海中 ,小部分作为进料海水 (补给海水 ) 经预处理后从排热段末级闪蒸室进入第一级闪蒸室 , 逐级降压 ,海水逐级降温 ,即可连续产出淡化水 。多 级闪蒸工艺流程图见图 1。多级闪蒸的造水比 ,是所 得淡水 (蒸馏水 ) 的质量与所耗加热蒸汽的质量之 比 ,是淡化厂经济效益的直接体现 。小型装置的造水 比较小 ,大型装置的造水比较高 ,如日产淡水几百 t 或四五千 t的装置 ,造水比一般为 5 ～8; 日产淡水 1万 的 t 装置 ,造水比多在 10 左右 ;日产淡水四五万 t 的装置 ,造水比可达 13～14。
我国在电渗析 、反渗透和蒸馏法海水淡化技术 (多级闪蒸 、压汽蒸馏和低温多效蒸馏 )等方面 ,都取
Hale Waihona Puke 得了相当大的进展 。我国已建成的海水淡化厂的情 况列于表 2。
2. 2 我国海水淡化技术评估
我国海水淡化技术虽在近年有较大的发展 ,但与 国外先进水平相比差距较大 ,主要表现在以下方面 :
(1) 海水淡化研究虽然起步较早 ,但研制分散 、 引进重复 、创新能力较差 ,技术发展缓慢 。
(4) 适用范围 。多效蒸馏与多级闪蒸的适应条 件基本相同 。
1. 3 海水反渗透 ( SW RO )
(1) 基本原理 。用一张只透过水而不能透过盐 的半透膜将淡水和盐水隔开 ,淡水会自然地透过半透 膜至盐水一侧 ,这种现象称为渗透 。当渗透到盐水一 侧的液面达到某一高度时 ,渗透的自然趋势被这一压 力所抵消从而达到平衡 。这一平衡压力即为该体系 的渗透压 ,如在盐水一侧加一个大于渗透压的压力 , 盐水中的水会透过半透膜到淡水处 。这种与自然渗 透相反的水迁移过程称为反渗透 。
(4) 适用范围 。以火电厂或核电厂的背压或抽 汽透平的低位蒸汽为热源 ,生产高中压锅炉补充水或 生活用水 。
1. 2 多效蒸馏技术 (M ED )
(1) 基本原理 。将一系列的水平管喷淋降膜蒸 发器串联起来 ,蒸汽进入第一效蒸发器 ,与进料海水 热交换后冷凝成淡化水 ;海水蒸发 ,蒸汽进入第二效 蒸发器 ,并使几乎同量的海水以比第一效更低的温度 蒸发 ,自身又被冷凝 。这一过程一直重复到最后一 效 ,连续产出淡化水 。
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阮国岭 :海水淡化及其在电厂中的应用
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膜结合 ,不断采用新的预处理技术 ; ⑤关 注 环境 问 题 ,减少或 避 免 浓 水 排 放 ; ⑥研 发 淡 化 新 技 术 , 提 供可持续水源 。
< 500
技术成熟程度
成熟
长 5 成熟
长 5 成熟
长 5 成熟
装置操作弹性
好
好