海水淡化专题汇报材料.docx
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海水淡化专题汇报材料
图号
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F5171K-
0
百万千瓦机组燃煤发电优化设计工程
海水淡化专题报告
浙江省电力设计院
建设部设证甲级A133007109
建设部勘证甲级120001-kj
2010年6月
百万千瓦机组燃煤发电优化设计工程
海水淡化专题报告
批准:
审核:
校核:
编写:
内容摘要:
本专题针对本工程具体工程条件,配合锅炉引风机驱动方式优化专题研究的小汽机驱动引风机方案中乏汽供热课题,海水淡化系统做膜法和热法的方案比较。
热法投资较高,单位运行成本仅略低于膜法,单位造水成本更远高于膜法,经综合经济分析,本工程建议投资及造水成本均较低的膜法方案。
1工程概况
本工程最终规模41000MW机组及煤炭基地的淡水补给水源,总用水量为1500t/h(按湿法脱硫方案估算),年总用水量将达到1095104t/a(按全年每天供水3.0104t/d计)。
从六横岛目前的淡水资源情况,用地表水解决舟山煤炭基地煤电一体工程淡水补给水根本不可能,采用海水淡化工艺解决本工程的淡水问题是目前的根本途径。
因此,在淡水供应上着重进行海水淡化工艺及处理方式的专题研究。
2电厂区域海水水质特点
本工程厂址附近海域盐度主要受天气影响,平面分布较为均匀,垂直随深度增加而增大,但变幅很小,据有关测验资料,厂址附近表层盐度为25.5‰,底层盐度为25.56‰。
海水含盐量约28000~30000mg/l。
厂址附近海域泥沙来源主要为长江来沙,冬季含沙量大于夏季,根据有关水文测验资料,厂址附近海域大潮平均含沙量为0.217kg/m3,落潮实测含沙量为0.554kg/m3~0.079kg/m3,在潮周期内最大含沙量一般出现在涨急或落急后。
本工程海水水质特点:
含沙量高,悬浮物含量高。
3海水淡化方案比选
海水淡化技术国际上是上世纪40年代研究开发的,开始以蒸馏法为主,60年代又研究开发了反渗透技术,逐步形成了以蒸馏法和反渗透法(SWRO)为主的海水淡化产业。
蒸馏法以多级闪蒸(MSF)为主,另外有低温多效蒸馏(LT-MED)和低温压汽蒸馏(VC)等。
根据2008年的统计资料(GWI,2008),RO法已占海水淡化量的61,适用于大型海水淡化的主流技术只有SWRO、MSF以及MED。
我国自八十年代以来,已建或在建海水淡化工程30余项,已成为仅次于沙特、阿联酋及美国的第四大海水淡化市场。
3.1多级闪蒸法(MSF)介绍
3.2低温多效蒸发法(LT-MED-TVC)介绍
3.3反渗透法(SWRO)介绍
3.4海水淡化方案比较与选择
3.4.1上述三种海水淡化技术在国际上均已相当成熟,通过淡化后的水质均能满足本工程的水质要求。
由于各技术的淡化原理、工艺不同,初次投资及运行费用也各不相同,简单的技术经济比较如下:
表3.4.1海水淡化技术经济比较
比较项目
反渗透膜脱盐(SWRO)
低温多效蒸发
(LT-MED-TVC)
多级闪蒸
(MSF-BR)
1
海水利用率
/
25%~40%(含冷却水量)
12~25%
2
回收率
35%~55%
/
/
3
造水比
/
6~15
4~12
4
热耗(MJ/m3)
/
190~400
190~400
4
电耗
0.6*+2.5~4.0kWh/m3
1.0*+1~2kWh/m3
1.5~4kWh/m3
4
预处理系统
需设置完善的预处理系统
要求进水浊度20mg/L~300mg/L
加酸脱CO2,真空脱氧、网状过滤器等
5
操作温度
15~35C
~70C
~110C
6
腐蚀倾向
较低
较大
大
7
结垢倾向
有
高
较高
8
材质要求
较低
较高
高
9
出水水质
一级300mg/L
二级10mg/L
1mg/L~10mg/L
1mg/L~10mg/L
排出海水浓度
原海水的1.6~1.9倍
原海水的1.5~1.8倍
原海水的1.7~2.2倍
10
吨水(每小时)造价(万元)
~8
~17
~23
11
吨水制水成本(元)
5~6
6~7
7~8
说明:
*号电量为预处理部分耗电。
由以上比较可见,膜法热法各有优劣,膜法的主要优势是投资低,上马快;热法的主要优势是运行稳定可靠,操作维护简单,出水水质好,对海水水质适应性强。
结合本工程锅炉引风机驱动方式优化专题研究的小汽机驱动引风机方案中乏汽供热课题,本工程海水淡化系统做膜法和热法的方案比较。
由于低温多效蒸发技术较MSF技术投资省,能耗低,结合项目实际情况,热法仅做MED-TVC方案。
4海水淡化工程设想
4.1方案一:
SWRO工艺设计
4.1.1淡化水量
由于本工程属于浙能舟山煤电一体化项目中电厂部分,煤炭基地先于电厂建设,目前已投入运行。
海水淡化车间按规划容量(煤炭基地+4X1000MW机组)一次建成,预留扩建设备位置。
本工程所需各级淡化水量详见表4-1
表4.1各级淡化水量表
项目
用水点
一期水量(t/h)
二期水量(t/h)
总水量(t/h)
一级RO
二级RO进水
233
193
426
煤炭基地需用水
331
/
331
电厂其他用水量
132
132
264
脱硫用水
260
260
520
总计
956
585
1541
二级RO
锅炉补给水
109
109
218
电厂生活用水
15
15
30
煤炭基地生活用水
34
/
34
脱硫用水
40
40
80
总计:
198
164
362
本期工程制水量(一级RO)按煤炭基地及2X1000MW机组考虑,制水容量为1000t/h,当电厂再扩建2X1000MW机组时,再同步增加500t/h制水量,达到1500t/h的最终制水规模。
4.1.2海水预处理部分
在海水淡化处理站内按海水原水水量的要求,设置海水原水处理装置。
4.1.3SWRO工艺设计
本工程海水淡化部分采用以下工艺处理流程:
经预处理后的海水→自清洗保安过滤器→超滤装置→超滤水箱→超滤水泵→5保安过滤器→一级海水膜高压泵组→一级海水反渗透装置→一级淡水箱→二级淡水高压泵→二级淡水反渗透装置→预脱盐水箱
经超滤装置处理后出水水质达到技术指标如下:
水回收率:
≥90%
胶体硅去除率:
≥90%
出水污染指数(SDI):
≤2
出水浊度:
≤0.2NTU
一级海水反渗透系统出水水质可达到如下技术指标:
水的回收率:
45%
单套装置处理:
约250t/h
总脱盐率:
一年内≥99.5%;三年内≥99%;
二级淡水反渗透系统的技术指标
水的回收率:
≥85%
单套装置处理:
100t/h
总脱盐率:
一年内≥98%;三年内≥97%
产品水的水质调整:
一级反渗透产水含盐量仍然有200~250mg/L左右,且水中离子组成以NaCL为主,因此具有较强的腐蚀性。
一般采用掺混天然淡水、添加碳酸盐硬度(或石灰)和缓蚀剂联合处理、加碱、碳酸钙矿石过滤等方式调整水质。
由于六横地处海岛,天然水源即水库水,低碳酸盐硬度的水库水不符合掺混水水质的要求,因此本工程产品水水质调整拟采用加石灰和缓蚀剂联合处理方案。
一级反渗透产水除用于二级反渗透进水外,其余工业用水全部采用加石灰和缓蚀剂,药品投加量根据工业水流量按比例投加。
水质调整后产品水硬度、碱度和pH值需达到如下控制指标:
总硬度:
40mg/L(以CaCO3计);
碱度:
40mg/L(以CaCO3计);
pH值:
8.0~9.0。
4.1.4主要设备规范
表4.1.4主要设备规范
编号
名称
规范
本期数量
(2X1000MW+煤炭基地)
规划数量
(4X1000MW+煤炭基地)
备注
1
超滤保安过滤器
Q=280m3/hp=1.0MPa
9
13
滤芯部分耐海水腐蚀
2
超滤膜组件
Q=280m3/hp=1.0MPa
8
12
回收率>90%
3
超滤水箱
V=1000m3
φ10000
2
2
钢制内、外防腐
4
一级RO提升泵
Q=555m3/h
p=0.40MPa
4
6
5
一级RO保安过滤器
Q=555m3/h
p=0.60MPa
4
6
耐海水不锈钢制
6
一级RO高压泵
Q=250m3/hp=6.1MPa
4
6
过流件材质:
双相钢,变频
7
一级RO能量回收装置
Q=305m3/hp=6.1MPa
4
6
回收率>90%
8
一级RO增压泵
Q=305m3/hp=0.40MPa
4
6
过流件材质:
双相钢,变频,外壳耐压6.1MPa
9
一级RO膜组件
Q=250m3/h
p=6.0MPa
4
6
脱盐率99.5%(一年内),回收率45%
10
一级淡水箱
V=500m3,
φ9500
2
2
钢制内、外防腐
11
二级RO高压泵
Q=120m3/hp=2.0MPa
2
4
过流件材质:
316L
12
二级RO膜组件
Q=100m3/h
p=2.0MPa
2
4
脱盐率98%回收率85%
13
二级淡水箱
V=500m3,
φ9500
2
2
钢制内、外防腐
4.2方案二:
MED-TVC工艺设计
4.2.1淡化水量
为便于比较,当采用MED-TVC淡化工艺时,本期工程制水量仍按1000t/h即24000t/d考虑,最终制水规模按1500t/h即36000t/d考虑。
4.2.2海水预处理部分
MED-TVC装置进料海水通过喷嘴喷淋使其在装置加热面上沸腾,为了保证喷淋喷嘴不被污染物污堵、防止传热管结垢腐蚀、延长淡化装置的酸洗周期,需控制进料海水的悬浮物含量,我国采用MED-TVC工艺的北疆电厂、黄骅电厂、曹妃甸电厂等均对海水进行了预处理。
MED-TVC进水悬浮物要求≤50mg/l,具体要求需根据厂商资料。
根据目前海水预处理的经验,拟对海水采用絮凝反应沉淀池,并预留远景设施的位置。
主要工艺流程如下:
混凝剂、杀菌剂杀菌剂
↓↓
原料海水→列管式混合器→翼片隔板絮凝池→接触絮凝沉淀池→海水清水池→至热法海水淡化系统
4.2.3MED-TVC工艺设计
国际上主流MED-TVC单机规模在1万t/d以上,国内单机容量最大的MED-TVC引进设备是北疆电厂4×25000t/d装置。
由上海电气自主设计的12500t/d的MED-TVC装置也已在黄骅电厂投入运行。
考虑运行的灵活性,本工程设置2×12000t/dMED-TVC,并预留一套位置,最终达到3×12000t/d的制水量。
热法运行成本很大一块取决于蒸汽的价格,本方案采用的蒸汽是驱动锅炉引风机做功后的乏汽,属废汽利用,因此可根据可利用乏汽的量尽量降低造水比(GOR)。
造水比(GOR)是产品水重量与所耗蒸汽重量的比值,造水比低,设备投资低。
通常为了节约能源降低单位造水成本,应尽量提高造水比,造水比提高,则要求蒸发器的效数或级数增多,设备初投资增大,这样又间接提高了单位造水成本,另外造水比太高也会增加结垢和腐蚀的风险。
通常MED-TVC的造水比为6~15,本工程若采用汽动引风机方案,其乏汽参数为:
名称
符号
单位
THA
工作压力
P
MPa(a)
0.12
工作温度
T
℃
217.8
焓值
H
kJ/kg
2909.767
流量
G
t/h
290
通常,蒸汽成本在造水成本中所占比重约为40%,所以造水比是衡量装置性能的重要指标,因本工程使用风机乏汽作为驱动海水淡化装置的热源,经济成本很低。
所以在方案设计过程中,为了充分完全利用乏汽,以吨水投资和运行成本作为主要优化目标,而非造水比,降低设备造价(即减少设备折旧及维护成本),进而获得最优的造水成本。
经计算选用MED-TVC工艺形式,设备主要技术参数如下:
蒸发器效数:
5
抽汽效:
5
出力:
12000t/d
第一效加热蒸汽温度:
65℃
末效蒸发器温度:
48℃
第一效加热蒸汽流量:
121t/h
消耗加热蒸汽流量:
78.1t/h
第一效至第五效的进料水流量:
1663t/h
造水比:
6.4(未考虑抽真空)
MED-TVC淡化装置采用5效系统,最后一效蒸发器同冷凝器相连。
可设置蒸汽压缩装置,从系统第5效抽取蒸汽到第一效作为加热蒸汽。
经过预处理的海水流经冷凝器,吸收蒸汽冷凝潜热后温度升高后,分别进入各效级进行喷淋,海水经过蒸发器上部的喷淋喷嘴向管束喷淋,在每一根管子上形成降膜,并被管内蒸汽加热产生二次蒸汽,同时管内蒸汽被冷凝成淡水,盐水在管外所产生的二次蒸汽进入下一效级的换热管束,作为热源加热下一级海水,并被冷凝成为淡水,依此类推蒸发和冷凝重复进行。
第一效产生的蒸馏水返回锅炉,以补偿提供蒸汽消耗的淡水,第二效以后的蒸馏水经过逐效闪蒸冷却,在最后一效用产品水泵抽出并输入到产品水罐中。
浓缩盐水也象蒸馏水一样,经过逐效闪蒸以提高系统的热效率。
最后产生的浓盐水排放。
用于系统造水的蒸汽压力暂定为0.12MPa(绝压)的饱和蒸汽。
由于该处蒸汽的压力和温度高于低温多效的进汽压力和温度。
可采用直接减温减压进入蒸发器作为加热蒸汽或利用蒸汽热压缩喷射器(MED-TVC)的形式,抽取装置中部分低压蒸汽混合后作为蒸发器加热蒸汽。
对于低温多效蒸馏海水淡化装置,在正常运行的过程中,需要对装置进行抽真空,以保持装置内的负压状态。
通常,需要使用喷射真空泵。
对于喷射真空泵,有水射真空泵、蒸汽喷射真空泵和空气喷射真空泵等。
由于蒸汽喷射真空泵具有造价低、能耗低等优点,本工程使用蒸汽喷射真空泵。
MED-TVC淡化装置设有手动和自动控制两档,在装置的启动阶段采用手动控制,先往蒸发器中补入蒸汽,温度上升到一定值时启动真空泵,在蒸发器中建立真空。
蒸发器内的温度和压力逐步达到额定值,稳定之后进入自动操作状态。
此时,整台装置被一台工业控制计算机所控制,开始自动而稳定的造水。
4.2.4设备规范
装置的产水容量:
每天24000t淡水
产品水最高盐含量:
10mg/L
装置配置:
单机产量1.2万吨/天,2台
单机1.2万吨/天装置的主要参数如下:
进料水:
额定进料量1663t/h,海水最大需求量2315t/h,设计海水含盐量30000mg/L
浓盐水排放:
1163t/h,盐含量43110mg/L
进料温度:
0~30℃
最高操作温度:
68C
电力供应:
3相,380V,50Hz
蒸发器的直径:
6~7m
每效蒸发器干重量:
110t
蒸发器效数:
5
单台设备尺寸:
60(L)10(W)13(H)
设备总干重:
700t
4.2.5主要辅助设备规范
(1)流程泵
海水提升泵
数量3(2用1备)
流量4500t/h
扬程40m
材质SS316L或其他耐海水材质
浓盐水排放泵
数量2(1用1备)
流量1300t/h
扬程25m
材质SS316L或其他耐海水材质
冷凝水返回泵
数量2(1用1备)
流量150t/h
扬程30m
材质SS304或等同材质
淡水泵
数量2(1用1备)
流量600t/h
扬程25m
材质SS304或等同材质
酸洗泵
数量1
流量300t/h
扬程35m
材质SS316L或其他耐海水材质
阻垢剂计量泵
流量25l/h
扬程4.2bar
消泡剂计量泵
流量25l/h
扬程4.2bar
(2)海水过滤器
自动清洗过滤器3台(2用1备)2套共用
Q=2300t/h
(3)板式换热器
浓盐水换热器(钛材)1台
成品水换热器(钛材)1台
凝结水换热器(钛材)1台
(4)抽真空系统
启动抽气器:
1台
抽气器型式:
射汽抽气器
抽气要求:
1小时内将蒸发器内压力降至20kPa.a
消音器要求:
控制排汽噪声不高于85dB
运行抽气器:
1台
抽气器型式:
两级射汽抽气器
动力蒸汽参数:
0.8MPa250℃1~2t/h
正常运行抽气压力:
7kPa.a
极限真空抽气压力:
<5kPa.a
冷凝器型式:
两级管板式换热器
蒸汽冷凝器冷却水:
海水
蒸汽冷凝器冷却水进口温度:
48℃
蒸汽冷却器冷却水流量:
332t/h
换热器管束材料:
钛材
5SWRO与MED-TVC方案的经济比较
5.1本期24000t/d制水量
5.1.1投资费用比较
表5.1.1投资费用比较表(单位:
万元)
方案一
方案二
项目
SWRO
4×6000t/d
MED-TVC
2×12000t/d
设备投资
9700
17500
安装费用
1350
1350
土建费用
3600
2650
建设期贷款利息
356
522
总计
15006
22022
说明:
(1)MED-TVC按上海电气提供方案计算,单套设备8000万,如采用进口设备,设备价格将上浮20%~30%.
(2)含海水预处理费用。
(3)建设期贷款利息按建设期为3年,注册资本金占动态总投资20%计。
5.1.2运行费用比较
表5.1.2运行费用比较表(单位:
元/吨)
方案一
方案二
项目
SWRO
4×6000t/d
MED-TVC
2×12000t/d
化学药品消耗
0.60
0.30
电力消耗
0.87
0.44
蒸汽消耗
/
1.72
工资福利费用
0.17
0.17
检修维护费(含膜更换费)
1.76
0.64
单位运行成本
3.4
3.27
说明:
(1)年运行小时数按5500小时计。
(2)成本电价按0.29元/kWh计。
(3)蒸汽价格11元/吨。
(4)工资按8万元/人.年,共12人考虑。
(5)超(微)滤膜按5年更换,RO膜按3年更换计;年检修维护费按总投资的2%计。
5.1.3造水成本比较
表5.1.3造水成本比较表(单位:
元/吨)
方案一
方案二
项目
SWRO
4×6000t/d
MED-TVC
2×12000t/d
银行贷款利息
0.63
0.92
固定资产折旧费用
1.82
2.67
单位运行成本
3.40
3.27
前10年单位造水成本
5.85
6.86
第11~15年单位造水成本
5.22
5.94
15年后单位造水成本
3.40
3.27
说明:
(1)财务费用按10年等额还本付息考虑。
(2)固定资产折旧按15年考虑。
5.2远期36000t/d制水量
5.2.1投资费用比较
表5.2.1投资费用比较表(单位:
万元)
方案一
方案二
项目
SWRO
6×6000t/d
MED-TVC
3×12000t/d
设备投资
14250
26250
安装费用
2025
2025
土建费用
4900
4125
建设期贷款利息
514
787
总计
21689
33187
说明:
(1)MED-TVC按上海电气提供方案计算,如采用进口设备,设备投资将上浮25%~40%
(2)含海水预处理费用。
(3)建设期贷款利息按建设期为3年,注册资本金占动态总投资20%计。
5.2.2运行费用比较
表5.2.2运行费用比较表(单位:
元/吨)
方案一
方案二
项目
SWRO
6×6000t/d
MED-TVC
3×12000t/d
化学药品消耗
0.60
0.30
电力消耗
0.87
0.44
蒸汽消耗
/
1.72
工资福利费用
0.12
0.12
检修维护费(含膜更换费)
1.76
0.64
单位运行成本
3.35
3.22
说明:
(1)年运行小时数按5500小时计。
(2)成本电价按0.29元/kWh计。
(3)蒸汽价格11元/吨。
(4)工资按8万元/人.年,共12人考虑。
(5)超(微)滤膜按5年更换,RO膜按3年更换计;年检修维护费按总投资的2%计。
5.2.3造水成本比较
表5.2.3造水成本比较表(单位:
元/吨)
方案一
方案二
项目
SWRO
6×6000t/d
MED-TVC
3×12000t/d
银行贷款利息
0.60
0.92
固定资产折旧费用
1.75
2.68
单位运行成本
3.35
3.22
前10年单位造水成本
5.70
6.82
第11~15年单位造水成本
5.10
5.90
第15年后单位造水成本
3.35
3.22
说明:
(1)财务费用按10年等额还本付息考虑。
(2)固定资产折旧按15年考虑。
6结论
MED-TVC法运行稳定可靠,操作维护简单,出水水质好,对海水水质适应性强,而且电耗较低(吨水电耗较膜法低1.5kW),但由于其投资太大,即使全国产化,本期24000t/d制水量,MED-TVC方案较SWRO方案投资高约7016万元,考虑了设备折旧和财务费用(银行利息)的造水成本明显高于膜法。
因此在本工程条件下,即使采用乏汽,热法经济效益也不明显,由此本工程建议投资和造水成本均较低的SWRO方案。
下一阶段在针对膜法的系统设计中还应进一步优化核定全厂淡水需水量,尽量降低系统制水量以降低工程造价。
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