反渗透与低温多效法海水淡化工艺在电站应用中的比较

许悠佳，沈明军，徐军

(神华国华(舟山)发电有限责任公司，浙江舟山 316012)

反渗透与低温多效法海水淡化工艺在电站应用中的比较

许悠佳，沈明军，徐军

(神华国华(舟山)发电有限责任公司，浙江舟山 316012)

海水淡化是淡水资源紧缺的沿海电厂向海洋获取新鲜淡水的主要方式，目前主要有反渗透膜法和低温多效热法等技术路线。对上述两种技术从工艺、技术经济性等方面进行综合比较，分析各自的优势及存在的不足。最后根据舟山地域特点及地区海水淡化规划，推荐适合舟山电厂的海水淡化技术。

海水淡化;反渗透;低温多效;火电厂

1 概述

我国属于缺水国家，人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，居世界第109位。淡水资源缺乏乃至危机影响了我国经济可持续发展。舟山地处海岛，淡水资源紧缺，作为全国首批海水淡化试点城市，正在大力发展海水淡化事业。国华舟山电厂二期工程拟建设12000d/t海水淡化项目，解决3、4号机组自用淡水。工程前期对反渗透法和低温多效法海水淡化技术进行了较为深入的比较分析。

1．1 海水淡化技术

海水淡化是指从海水中获取淡水的技术和过程，通过脱除海水中的大部分盐类，处理后的海水达到生产和生活用水标准的处理技术，目前达到商业化规模的主要是反渗透法(SWRO)和蒸馏法［1－2］。蒸馏法技术分成多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)、压汽蒸馏(MVC)三种。目前低温多效工艺在蒸馏法中应用最为广泛。

1．2 反渗透技术

反渗透海水淡化工艺是在外加压力作用下利用反渗透膜对物质选择性透过的特性，对海水中溶解物质进行分离，达到制取淡水目的［3］。

1．3 低温多效－蒸汽喷射器技术

低温多效法是指海水在具有一定真空度的多级蒸发器中连续蒸发得到淡水的过程。其最高蒸发温度70℃。特征是将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，海水喷淋到铝黄铜材质的管束上，在每一根管子上形成降膜，管内蒸汽被冷凝成淡水，同时盐水在管外被加热形成二次蒸汽进入下一效，作为热源加热下一级海水。通过多次蒸发和冷凝，得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。

目前蒸汽喷射器(TVC)在低温多效技术(MED)中广泛应用，它以高压蒸汽为动力将低压蒸汽压缩至较高的压力，实现低压蒸汽的再利用，是低温多效技术的核心。

2 工艺流程及系统配置

2．1 反渗透法工艺流程

经预处理后的海水→超滤装置(带自清洗保安过滤器)→超滤水箱→超滤水泵→5 μm保安过滤器→一级海水膜高压泵组→ 一级海水反渗透装置→预脱盐水箱。

国华舟山电厂二期工程 3、4号机组建设12000t/d反渗透法海水淡化工艺，需设计超滤膜组件6×222 m3/h，一级RO膜组件为3×167m3/h。

2．2 低温多效法工艺流程

(二期循环水进水)海水→高效混凝沉淀预处理→低温多效海水淡化装置(利用3、4号机组中压缸排汽)出水分别两路，其产品水至机组工业储水池→锅炉补给水处理系统或全厂工业水、消防水等系统;其排放水至脱硫系统。

建设单台淡水产量12000t/d MED－TVC装置，蒸汽耗量设计值50 t/h;至海水淡化装置入口蒸汽压力设计值0．35MPa(a);蒸汽温度:290℃。蒸发器采用“4+2”效方案，TVC从第4效抽汽，采用平流进料方式，设计造水比10．4。

3 经济性比较

3．1 SWRO与MED－TVC投资造价比较

根据浙江省电力设计院《神华国华舟山电厂海水淡化可行性研究－海水淡化方案选择专题》，两种工艺投资费用比较见表1。表中MED－TVC按国产方案计算，含海水预处理费用。

表1 SWRO和MED－TVC投资费用比较 万元

参考河北沧东电厂已投产单套12000t/d低温多效法海水淡化工程，MED－TVC主要设备现已国产化，总投资约12000万元。

参考浙江某电厂UF－SWRO工艺，总投资约10000万元。因此同规模海水淡化装置MED整体投资比SWRO高20%左右。

3．2 运行费用比较

两种工艺的运行费用比较见表2。表中年运行小时数按5500h计;按实际焓降法计算蒸汽成本约为30元/t(参考河北某电厂数据);超滤膜按5年更换、RO膜按5年更换。

表2 SWRO和MED－TVC运行费用比较 元/t

3．3 造水成本比较

两种工艺的海水淡化成本比较见表3。表中年运行小时数按5500h计。

表3 两种海水淡化成本比较 元/t

低温多效法海水淡化系统运行稳定，维护简单，可用率高，年可用率达98%以上，酸洗周期大于24个月。因此正常情况可以与机组运行小时相当，若按8000运行小时考虑，吨水固定资产折旧及摊销费用约1．7元左右。例如天津大港电厂海水淡化成本5．71元/t［5］。

而反渗透法海水淡化系统超滤膜(UF)及反渗透膜(RO)易受进水水质的影响，预处理中出水SDI稍高就会对膜体产生一定的污染，且膜体更换成本高昂。一般情况下，反渗透工艺出水水质pH值过低，正常情况还需加碳酸钙等后矿化处理药剂，药剂费用为0．15元/t。

燃煤电厂具有丰富的低品位蒸汽汽源，因此在低温多效法海水淡化的应用上具有明显的优势。综上所述，结合实际数据MED成本约为6～7．5元/t，UF+SWRO约5～6元/t［4］。

3．3 热、膜耦合海水淡化技术

反渗透海水淡化处理过程中能源费用约占30%～40%，即电力消耗为主。而低温多效法海水淡化工艺决定成本的主要因素是蒸汽费用。海水淡化技术的推广与降低能源消耗成本有直接关系，因此测算能源耗尽原则下的最佳热膜产水比意义深远。当蒸汽价格在合理范围，采用背压式方案海水淡化，实现能源循环经济模式，以利用电厂蒸汽发展热膜耦合海水淡化具有经济可行性［5－6］。

2011年1月，世界上最大的热膜联产海水淡化厂在阿联酋富察伊拉建成并投入使用，该厂采用MED+RO联合技术，总产能59．5万t/d，其中MED产能46万t/d，RO产能13．6万t/d［7］。

4 技术特点比较

4．1 低温多效蒸馏海水淡化技术特点［8－9］

(1)能源利用率高。水、电联产，经济性好;

(2)产品水质好。低温多效蒸馏海水淡化工艺产品水含盐量低于5mg/L，产品水可直接作为一级除盐系统进水，或直接经混床处理后作为锅炉补给水，大大降低锅炉补给水系统的改造费用。一级除盐系统再生周期可从24h延长至3个月，锅炉补给水处理系统运行费用降低;

(3)负荷调节能力好。低温多效蒸馏海水淡化装置可在50% ～100%额定负荷范围内正常运行，平衡调节时间较短，一般为15min左右，对产品水需求变化有很好的适应性;

(4)对海水品质变化的适应性强。进料海水的预处理简单;

(5)可靠性高。操作温度低于70℃，减缓了设备的腐蚀和结垢，设备寿命可以达到30年;

(6)可用率高。设备运行维护简单，设备年可用率可以达到98%以上，酸洗周期大于24个月。

4．2 反渗透法技术特点

(1)初期投资相对低，模块化的配置可使系统灵活组合;

(2)产品水含盐量小于200mg/L，若作为锅炉补给水还需二级反渗透处理、和一级除盐处理。硼含量高，长期饮用对人体可能会有影响，需要搀兑水库淡水;

(3)后期检修维护费用高。反渗透膜寿命3～5年左右，超滤膜品质参差，因不是通用件，不便更替其他品牌。通常系统设计寿命15～20年;

(4)设备投运率一般在80%～85%之间;

(5)系统受海水水质影响较大。

5 结语

反渗透法和低温多效法海水淡化技术都是成熟的水处理技术。通过上述技术经济比较分析，低温多效法较反渗透海水淡化技术实际运行成本高出约1～2元/t。考虑火电厂具有较多的低品位热源，低温多效法可有效利用能源，经济性好，且系统运行稳定、出水水质好。同时根据舟山群岛新区规划，将建设全国首个海洋电子产业基地，电子产业需要高品位水质，在条件成熟以后高品质蒸馏水可实现向周边工业区供水。

舟山地区现有海水淡化装置全部为反渗透膜法工艺［6］。鉴于目前国家正在推广的大型热、膜耦合海水淡化技术应用研究［7］，综合考虑本地区海水淡化总体规划，舟山电厂充分发挥自有低品位热源的优势，推广低温多效海水淡化技术，为区域提供高品水质，推动国产海水淡化技术发展，具有深远的战略意义。通过比较探讨后，舟山电厂海水淡化项目推荐采用国产低温多效法海水淡化工艺。

［1］解利昕，李凭力，王世昌，等．海水淡化技术现状及各种淡化方法评述［J］．化学进展，2003(22):1081－1084．

［2］刘勇，黄隆焜，海水淡化技术在沿海电厂的应用前景［J］．电力环境保护，2009，25(5):49－52．

［3］黄冬梅，吕玉娟，朱伟，等．膜法及海水淡化处理工艺在燃煤电厂中的应用［J］．科协论坛，2011(10):35－36．

［4］肖建群．沿海电厂海水淡化处理工艺方案的探讨［J］．重庆电力高等专科学校学报，2009，14(6):12－14．

［5］韦存忠，沈隼睿．膜法海水淡化技术在玉环电厂的应用［J］．电力科学与环保，2010，26(5):48－49．

［6］朱越杰，张宇，马彤．浅析与电厂结合生产海水淡化经济评价方法［J］．水处理技术，2013，39(5):45－48．

［7］赵飞，来海亮．国内海水淡化技术综述［J］．给排水动态，2012 (1):14－17．

［8］周振觉，何海丰，杨 升，等．舟山地区海水淡化技术应用状况［J］．水处理技术，2010，36(2):15－24．

［9］伍联营，肖胜楠，胡仰栋，等．热膜耦合海水淡化系统的优化设计［J］．化工学报，2012，63(11):3574－3578．

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

许悠佳(1982-)，女，浙江定海人，硕士，工程师，主要从事电厂环境工程管理和研究。E－mail:youjia1218@163．com