万吨海水淡化低温多效方案Word格式.docx
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制水站用水取自一、二期工程循环水供水管。
海水水质见下表:
序号
分析项目
海水水质指标
项目名称
单位
最大值
最小值
平均值
1
水温
℃
28.0
0.0
15.44
2
盐度
‰
31.742
31.568
31.66
3
pH
8.20
7.87
8.07
4
SS
mg/l
302.0
14.0
94.38
5
浊度
190.0
1.2
31.04
6
含沙量
kg/m3
0.29
0.04
0.10
7
DO
10.4
6.05
8.15
8
CODMn
4.77
2.52
3.76
9
BOD5
2.41
0.30
1.18
10
氨氮
0.568
0.243
0.34
11
TOC
6.4
0.25
5.90
12
油
0.1
0.025
0.09
13
硫化物
0.06
14
NH3
未检出
15
碱度
mg/l(asCaCO3)
158.0
143.0
148.2
16
NO2-
0.223
0.010
0.054
17
NO3-
9.12
1.935
3.40
18
CO2
4.84
4.82
19
Mg2+
1312.67
1238.37
1275.32
20
Ca2+
392.58
359.72
387.37
21
Na+
8829.10
6325.0
6756
22
K+
364.5
201.4
283.54
23
HCO3-
192.82
174.54
181.83
24
CO32-
0.00
25
SO42-
3293.90
2625.80
2911.40
26
Cl-
20393.68
19815.13
20069.31
27
TDS
35859
35200
35560
28
色度
备注:
(1)上述水质指标测定的时间为2002年1~12月。
(2)目前海水取样是在港口和电厂没有运行的情况下进行,在港口和电厂正式运行后,对海水会有些污染,海水中浊度、CODMn、BOD5、氨氮、TOC、油、硫化物、NH3等指标的数值会有所增加。
(3)由于地处浅滩,滩面细颗粒粉沙质淤泥在风浪的作用下,极易被掀扬悬浮,随涨潮进入港池。
因此有较大风浪时,海水的含沙量和悬浮物较高,历史上附近海域含沙量曾经达到2~4kg/m3,平日为0.2~0.4kg/m3。
设计海水取水口实测月平均水温,见下表:
取样时间
取水位置的月平均水温(℃)
表层下1m
表层下6m
表层下10m
2001/12
0.73
0.74
2002/1
-0.34
-0.35
-0.36
2002/2
2.65
2.57
2.55
2002/3
7.07
7.09
6.97
2002/4
12.59
12.36
12.29
2002/5
18.54
18.10
18.04
2002/6
23.40
22.16
22.10
2002/7
27.24
26.98
26.94
2002/8
27.46
27.19
2002/9
22.69
22.49
22.45
2002/10
14.64
14.53
14.49
(1)电厂供水泵房取水深度为表层下6m处;
(2)电厂冷却水排水温度比取水水温度约高10℃。
3.3.2淡水水源
电厂淡水用水均采用海水淡化水。
3.4蒸汽汽源
一、二期工程四台汽轮发电机组具备额定工况下600t/h,最大工况下1000t/h的抽汽能力,可供海水淡化设备制淡水用汽。
4.2海水淡化工艺方案
4.2.1海水淡化工艺
当前世界上广泛采用的海水淡化方式可分为膜法和热法两种,膜法是将含盐海水加压经过反渗透膜,水通过反渗透膜,而盐分不能通过,将海水和淡水分离。
热法主要是蒸馏分离,由于蒸馏分离工艺方式或动力方式不同,采用最为广泛的有低温多效(MED)、多级闪蒸(MSF)和机械压缩(MVC)。
低温多效工作温度低,设备的腐蚀和结垢比较轻,防腐材料要求低,设备费用相对较低,除垢等工作量少;
海水在换热面的低温侧,如发生泄漏,不污染成品水;
造水比较高,产品水品质高;
运行控制相对简单;
负荷调节范围比较大,负荷调节范围在40~110%之间;
单位制水电耗低。
多级闪蒸装置具有设备单机容量大、出水品质好、造水比高等优点。
但该装置海水的最高操作温度在110℃~120℃左右,对传热管和设备本体的腐蚀性较大,必须采用价格昂贵的铜镍合金、特种不锈钢及钛材,因此设备造价高。
闪蒸海水在换热面的高温侧,如有泄漏成品水要受到污染,如水质不满足要求则需要强迫停机处理;
调试工作量较大,但正常运行平稳,调节控制工作量很少。
另外,为了减轻结垢和腐蚀,对进入装置的海水必须加酸和进行脱气(脱除CO2和O2)处理,因而也增加了造水成本。
单位制水电耗大约是低温多效方式的两倍。
反渗透(RO)设备单机容量小,分组运行灵活,对用水负荷变化适应性强,可实现分水质供水,建设周期相对较短。
但其对海水预处理要求严格,日常运行维护和膜的更换量较大,制水电耗大,对海水温度适应性差。
目前,反渗透(RO)的配套设备性能有了新的发展,新型能量回收装置其转换效率高达89%~96%使能耗进一步下降。
除反渗透膜组件、高压泵、能量回收装置需要进口外,其他设备和器件均可以在国内加工制造。
随着膜技术的发展,膜的水通量不断提高,膜的寿命也在延长。
4.2.2本项目海水淡化工艺的选择
某某电厂建成初期对海水淡化工艺方式进行了广泛的调研和对比,某某电厂位于某海,冬季水温很低,水质较差,悬浮物、微生物及油污污染等不易控制,由于水质问题反渗透工艺对于某某地区使用需要对海水预处理及水质管理的工作量增加,该地区海水条件不适宜反渗透海水淡化工艺。
作为锅炉补给水,反渗透海水淡化产品水品质较差,需要二次反渗透处理,相对热法海水淡化产品水水质较高,可节省大量的再次水处理工作量,因此采用热法海水淡化工艺。
多级闪蒸和低温多效相比较,多级闪蒸工作温度高,需要对海水进行加酸脱气等预处理,设备的腐蚀及结垢比低温多效工艺严重,设备费用也相对较高,同时多级闪蒸设备的调试相对复杂,运行负荷调整范围小,设备腐蚀造成泄漏易造成产品水的污染。
经过通盘考虑,最终选定低温多效工艺方式。
某某一期工程引进法国SIDEM公司低温多效海水淡化装置,多年运行情况良好,设备可用率非常高,产品水品质高,运行稳定,控制简单,维护工作量小。
某某二期某某电厂实现了1.25万吨/日低温多效海水淡化装置的国产化制造和投产,设备的产水量、造水比和进口设备相比得到了改进,设备费用和工程造价得到降低,制水成本降低,取得了良好的效果。
对于某某电厂的海水条件和某某电厂海水淡化工程工艺方式的历史沿革考虑,本工程项目仍采用低温多效海水淡化工艺方式。
4.3海水淡化装置选型及技术条件
4.3.1海水淡化装置自主研发历程
低温多效蒸馏海水淡化技术(MED)具有淡化水品质高,设备构造简单,不受原海水浓度限制,对预处理无特殊要求等特点,是目前国际上海水淡化主流技术之一。
低温多效蒸馏技术的主要动力为低品质蒸汽,因此非常适合于有低品质热源的地区。
滨海电厂通过水电联产生产淡水,不但可以提供电厂自用水源,也可以向社会供水,水电联产海水淡化技术具有广阔的发展前景。
近年来,低温多效蒸馏技术已经成为建设大型淡化工厂的首选方案。
在某某集团公司的领导下,某某某某电力公司自2006年开始万吨级低温多效蒸馏海水淡化技术研发工作,并将“万吨级低温多效蒸馏海水淡化技术研发与应用”列入某某集团公司重大科技项目,通过低温多效海水淡化基础研究和应用技术研究,开发了TVC-MED设计计算软件,以及具有自主知识产权的万吨级海水淡化设计和制造技术,完成了万吨级低温多效蒸馏海水淡化装置的设计、制造、安装和调试工作。
2008年12月某某某某电力自主研发的1.25万吨/日低温多效海水淡化装置顺利投产,装置的淡水产量、水质、造水比及电耗等主要技术指标均达到并超过设计值。
该研究课题获得2009年度中国电力科学技术一等奖。
在2009年9月完成的《某某发电厂日产20万吨海水淡化工程可性行研究报告》中,制水站三期工程建设规模确定为日产2.5万吨,海水淡化主设备选型为2套国产自主化1.25万吨/日低温多效蒸馏海水淡化装置,并获某某集团的批准,但由于前几年淡水用户市场因素的影响项目并未实施。
与此同时某公司某某电力分公司在国内率先成功开发1.25万吨/日低温多效蒸馏海水淡化装置的基础上,又将“海水淡化产业化及大型化研究”列为某某集团2009年度重大科技项目,并在2009年初组织江苏双良空调设备股份有限公司、某某某某(北京)电力研究院有限公司和河某某某某某发电有限责任公司开展2.5万吨/日大型化低温多效蒸馏海水淡化装置的技术开发与研究工作,重点开展了以下工作:
(1)2.5万吨/日大型化低温多效蒸馏海水淡化集成技术研究与程序开发
在1.25万吨/天低温多效蒸馏海水淡化装置的基础上,进一步开展了主设备(蒸发器)的设计、系统参数选择等集成技术研究和装置设计计算程序,该程序软件通过中试装置试验得到进一步验证,并获得国家知识产权局颁发的软件著作权。
(2)2.5万吨/日大型化低温多效蒸馏海水淡化中试试验研究
2009年底某某某某(北京)电力研究院有限公司完成了2.5万吨/天大型化低温多效蒸馏海水淡化中试装置的设计工作,2010年1月江苏双良空调设备股份有限公司完成了中试装置设备制造工作,2010年4月河某某某某某发电有限责任公司完成了中试装置的施工工作。
2010年5月初至9月初,由某某某某(北京)电力研究院有限公司牵头对中试装置进行了分系统调试、整体性能试验和十三项单项试验,并形成了《2.5万吨/日大型化低温多效蒸馏海水淡化中试试验研究报告》。
2010年10月中国海水淡化与水再利用学会组织国内行业专家对中试研究项目进行评审,专家组一致认为:
国内首次研制的中试装置试验是成功的,为我国的海水淡化技术发展奠定了基础。
参与研发的四方已具备2.5万吨/天大型化低温多效蒸馏海水淡化装置的设计、制造能力。
4.3.2海水淡化装置的选型
在完成“2.5万吨/日大型化低温多效蒸馏海水淡化中试试验研究”的基础上,某某某某电力研究院在2010年10月至2011年7月之间,结合试验结果开展了大型化装置设计计算软件完善、工艺参数优化计算研究、TVC国产化可行性研究、腐蚀与防护及新材料应用等研究工作,并完成“某某某某自主研发2.5万吨/天低温多效蒸馏海水淡化概念设计”,2011年8月某某某某电力组织国内行业专家对自主研发2.5万吨/天低温多效蒸馏海水淡化概念设计进行评审,专家一致认为:
概念设计内容和深度合适,推荐的工艺方案参数合理,可开依据展某某电厂2.5万吨/天低温多效蒸馏海水淡化装置(MED-TVC)的工程设计。
某某研究院完成的海水淡化装置概念设计的主要内容如下:
4.3.2.12.5万吨/日海水淡化装置设计方案
2.5万吨/日MED-TVC装置,采用“7+3”效低温多效蒸馏海水淡化技术方案,其基本方案为:
采用横管降膜低温多效蒸发加蒸汽热压缩器(MEDTVC)的蒸馏淡化工艺。
采用10效蒸发器,串列式水平布置,海水平行进料。
为克服平流进料方式物料水过冷度较大的问题,在物料海水系统设置四个回热加热器,利用凝结水和二次蒸汽的热量预热物料海水,减小物料水的过冷,提高装置产水效率。
蒸汽热压缩器(TVC)设计在第7效的末端抽汽。
第10效后面设置凝汽器,冷凝第10效产生的蒸汽,同时加热全部进料海水。
抽真空系统为蒸汽喷射式,从凝汽器、第1效和第4效换热管末端抽气,维持系统运行真空度;
设置启动蒸汽喷射器,供设备启动时快速达到设定的真空度,缩短启动时间。
(1)主要设计参数
表4-12.5万吨/日MED-TVC装置主要设计参数
项目
保证值
额定装置出力
25,000吨/日
产品水质
TDS≤5mg/L
造水比
14.1
额定蒸汽耗量
73.7t/h
蒸发器总传热面积
121031m2
额定制水电耗
≤1.20kWh/m3
装置调节能力
40~110%
酸洗周期
2年
使用寿命
30年
(2)蒸发器主要结构参数
表4-22.5万吨/日MED-TVC装置蒸发器主要结构参数
参数名称
单位
设计值
备注
蒸发器效数
-
TVC抽汽位置
第7效
第1~7效换热面积
m2
15458×
第8~10效换热面积
4275×
蒸发器总换热面积
121031
换热管规格
mm
Φ25.4×
0.7
上三排为Φ25.4×
0.5
第1~7效换热管长度
m
有效段
第8~10效换热管长度
第1~7效换热管数
32286×
合计226002
第1~7效各效换热管列数
152
第1~7效各效换热管排数
214
第1~7效各效第1程管数
28412
第1~7效各效第2程管数
3874
第8~10效换热管数
13392×
合计40176
第8~10效各效换热管列数
74
第8~10效各效换热管排数
183
第8~10效各效第1程管数
11785
第8~10效各效第2程管数
1607
4.3.2.22×
1.25万吨/日海水淡化装置设计方案
采用2套1.25万吨/日MED-TVC装置,单套装置利用某某二期国产万吨级低温多效蒸馏海水淡化技术方案,其基本方案为:
采用横管降膜低温多效蒸发加蒸汽热压缩(MEDTVC)的蒸馏淡化工艺。
采用6效蒸发器,串列式水平布置,海水平行进料。
蒸汽热压缩器(TVC)设计在第4效的末端抽汽。
第6效后面设置凝汽器,冷凝第6效产生的蒸汽,同时加热全部进料海水。
抽真空系统为蒸汽喷射式,从凝汽器和第1效换热管末端两处抽气,维持系统运行真空度;
表4-31.25万吨/日MED-TVC装置主要设计参数(单套)
1,2500吨/日
10.88
47.9t/h
47574m2
表4-41.25万吨/日MED-TVC装置蒸发器主要结构参数表(单套)
第4效
第1~4效换热面积
10470.2×
第5、6效换热面积
2846.9×
47574
第1~4效换热管长度
9.69
第5、6效换热管长度
第1~4效换热管数
13597×
合计54868
第1~4效每效换热管列数
78
第1~4效每效换热管排数
178
第5、6效换热管数
5986×
合计11328
第5、6效每效换热管列数
52
第5、6效每效换热管排数
116
4.3.2.3两方案技术经济比较
(1)主要设计技术数据比较
表4-5两方案主要设计数据比较表
2×
1.25万吨/日
1×
2.5万吨/日
基本工艺型式
“4+2”MED-TVC
“7+3”MED-TVC
设计淡水产量吨/日
25000
设计蒸汽耗量t/h
95.8
73.7
设计制水电耗kWh/m3
蒸发器总换热面积m2
95148
121031
从表4-5中可以看出,两方案在淡水产量相同的情况下,电耗基本相同,2×
1.25万吨/日方案比1×
2.5万吨/日方案造水比低3.22,多耗蒸汽22.1t/h;
2.5万吨/日方案蒸发器总换热面积比2×
1.25万吨/日方案多。
(2)制水成本比较
2.5万吨/日装置造水比比2×
1.25万吨/日方案高3.22,制水热效率大幅提高。
但由于效间温差降低,效数增加,单位制水设备的换热面积增加,设备费用会有所提高。
由于燃料价格的持续走高,而海水淡化制水成本中热价所占比例达到50%以上,提高单位设备价格,提高造水比,降低制水成本中的热价,可综合降低制水成本。
2.5万吨/日装置的方案每吨淡水总的制水成本约低0.5~0.7元。
(3)技术成熟度比较
从技术成熟程度讲,2×
1.25万吨/日低温多效(MED-TVC)海水淡化方案,已有成熟工程经验,技术风险较低,1×
2.5万吨/日方案属创新项目。
(4)占地面积比较
从布置上考虑,2×
1.25万吨/日MED-TVC方案两套装置占地面积约50m×
100m,1×
2.5万吨/日方案占地面积约20m×
100m,2×
1.25万吨/日方案较1×
2.5万吨/日方案占地面积大得多,对某某电厂海水淡化站后续扩建容量影响较大。
4.3.2.4海水淡化装置的可靠性及风险分析
虽然1×
2.5万吨/日方案尚无工程应用,但其技术上是可行的,分析如下:
(1)1×
2.5万吨/日方案主要技术继承了1.25万吨/日成熟装置的技术方案
2.5万吨/日方案的核心部分---换热管束的布置虽然与1.25万吨/日有区别,但回热效采用双管板设计,单块管板的管列数、宽度与二期工程相同,仅管排数增加。
采用丝网除雾器分层布置,对称蒸汽通道设计,汽流速度略小于二期工程,技术上继承性强。
(2)1×
2.5万吨/日方案通过了中试研究结果的验证
本方案换热管材料、规格、管间距等结构参数,以及传热系数等热力性能参数经过中试试验验证。
(3)校核计算验证结果
经热力性能校核计算,1×
2.5万吨/日方案的淡水产量、造水比等关键性能指标计算偏差小于2%,总传热温差校核计算结果较设计计算值低15%,表明蒸发器传热面积均有足够裕量。
(4)与同容量进口设备进行对比
与同容量进口装置进行对比研究,在主设备、辅助设备的选型和系统参数选择等方面具有可比性,基本一致。
(5)下阶段工作
为了装置更加安全可靠,在下阶段的设计中重点抓好主设备(蒸发器)的设计、辅助设备选型和系统参数匹配等工作,力争将风险降到最低。
4.3.2.5海水淡化装置选型
2.5万吨/日方案在造水比、制水成本、占地面积等方面比2×
1.25万吨/日具有明显的优势,其技术方案是可靠的,风险较小。
进行综合技术经济比较后,推荐采用1×
2.5万吨/日低温多效(MED-TVC)海水淡化方案。
4.3.3海水淡化装置技术条件
根据某某(北京)某某电力研究院有限公司完成的概念设计,1×
2.5万吨/日低温多效(MED-TVC
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