熱法海水淡化在沿海電廠的應(yīng)用

鄭殿鋒，張 弘

(1．哈爾濱汽輪機(jī)廠輔機(jī)工程有限公司，哈爾濱150090;2．哈爾濱理工大學(xué)，哈爾濱150080)

目前，地球表面的72%被水覆蓋，但是淡水資源僅占所有水資源的0.75%，有近70%的淡水固定在南極和格陵蘭的冰層中，其余多數(shù)為土壤水分或深層地下水，不能被人類(lèi)利用。地球上只有不到1%的淡水或約0.007%的水可被人類(lèi)直接利用［1－2］。例如中國(guó)沿海的1個(gè)300 MW機(jī)組的發(fā)電廠，在采用海水冷卻凝汽器和海水沖灰的節(jié)水措施情況下，全廠鍋爐補(bǔ)充水等仍需淡水量3000 t/d左右，可見(jiàn)全國(guó)電廠每天的淡水消耗量是驚人的［3］。所以發(fā)展海水淡化技術(shù)，向海洋索取淡水已成為現(xiàn)代社會(huì)的當(dāng)務(wù)之急。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)沿海電廠運(yùn)行情況，提出了一種通過(guò)熱法海水淡化的方法、參數(shù)設(shè)計(jì)和投資分析，以實(shí)現(xiàn)降低電廠對(duì)自然淡水的索取。

1 海水淡化方法及設(shè)計(jì)參數(shù)

海水淡化主要有熱法和膜法。熱法要求系統(tǒng)外給系統(tǒng)提供熱源，如多效蒸餾法(MED)、多級(jí)閃蒸法(MFS)等。而膜法即使用滲透膜，使海水除鹽轉(zhuǎn)化為淡水，它包括反滲透(RO)法以及膜法蒸餾(MD)［4］。目前商業(yè)化程度最高的屬低溫多效蒸發(fā)系統(tǒng)，即MED系統(tǒng)。MED系統(tǒng)靠低品位蒸汽驅(qū)動(dòng)，在余熱利用方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，而且用在背壓機(jī)系統(tǒng)，可滿(mǎn)足系統(tǒng)的動(dòng)力需求。

本文以某350 MW電廠為例，采用低溫多效MED系統(tǒng)，以0.547 MPa、292.4℃的5段抽汽作為熱源，對(duì)額定出力為的海水進(jìn)行淡化處理，可得到11 000 t/d淡水，產(chǎn)品水質(zhì)含鹽量TDS＜5 mg/L，可滿(mǎn)足每天的鍋爐系統(tǒng)補(bǔ)水和電廠工作人員生活用水的需求。

表1 主蒸發(fā)器設(shè)計(jì)參數(shù)Tab．1 Main evaporator design parameters

2 低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)的海水淡化系統(tǒng)

當(dāng)海水淡化系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)蒸汽壓力達(dá)到0.3 MPa以上時(shí)，通常采用低溫多效+蒸汽壓縮噴射器的淡化工藝生產(chǎn)淡水。采用蒸汽壓縮噴射器設(shè)備后，能有效地提升淡化系統(tǒng)的效率。對(duì)于萬(wàn)噸級(jí)低溫多效海水淡化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用蒸汽壓縮噴射器，造水比可達(dá)到10倍以上［5］。所以本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用4+2共6效設(shè)計(jì)，利用蒸汽壓縮噴射器將汽輪機(jī)抽汽作為動(dòng)力蒸汽，引射主設(shè)備蒸發(fā)器中間第4效產(chǎn)生的二次蒸汽，混合后作為加熱蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器第1效［4］，如圖1所示。

圖1MED+TVC系統(tǒng)示意圖Fig．1 Schematic diagram of MED+TVC system

2.1 低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)方

案的主要設(shè)備與子系統(tǒng)

低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)方案的主要設(shè)備為蒸汽壓縮噴射器(TVC)、海水淡化主蒸發(fā)器、末效蒸汽冷凝器、真空系統(tǒng)射汽抽氣器、產(chǎn)品水及濃鹽水水泵。

子系統(tǒng)包括抽真空系統(tǒng)、海水進(jìn)料系統(tǒng)、產(chǎn)品水系統(tǒng)、濃鹽水排放系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水排放系統(tǒng)、首效凝結(jié)水系統(tǒng)。

2.2 主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

主蒸發(fā)器設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，各效系統(tǒng)熱力設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 1—6效系統(tǒng)熱力設(shè)計(jì)參數(shù)Tab．2 Thermal design parameters of 1－6 system

3 低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)水電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性分析

在進(jìn)行制水成本計(jì)算時(shí)，影響成本的最大的因素是蒸汽價(jià)格、電價(jià)和制造成本。人工費(fèi)包括工資、福利、保險(xiǎn)等;設(shè)備設(shè)計(jì)壽命30 a，折舊按25 a計(jì)算，殘值5%;財(cái)務(wù)費(fèi)用按2.54%年息計(jì)算［6］;海水淡化國(guó)產(chǎn)化工程可爭(zhēng)取到國(guó)家(不含地方)6%的補(bǔ)貼，未計(jì)算在內(nèi)。制水成本計(jì)算數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 制水成本計(jì)算數(shù)據(jù)Tab．3 Water production cost calculation data元/t

從表3可知，當(dāng)熱源不計(jì)費(fèi)時(shí)，熱法海水淡化的制水成本很低。當(dāng)采用水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)，電廠自身產(chǎn)出供電，則成本可降低約2.6元/t。水、電聯(lián)產(chǎn)指標(biāo)如表4所示。

從表4可知，增加海水淡化系統(tǒng)，初投資增加需10 500萬(wàn)元。目前工業(yè)用水價(jià)格為6.5元/t，以電廠每天消耗水量6000 t/d計(jì)算，電廠每天支付的水費(fèi)為3.9萬(wàn)元，除去海水淡化制水成本消耗，每年為電廠約節(jié)省788萬(wàn)元左右。如果造水僅供自己使用，則需13.5 a即可收回成本，30 a使用壽命內(nèi)，可為電廠節(jié)約1.3個(gè)億。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)海水淡化可產(chǎn)出11 000 t/d淡水，除去電廠自身用水，還可以將水賣(mài)出，以4元/d的價(jià)格計(jì)算，30 a可為電廠最多創(chuàng)收6000萬(wàn)元左右。

表4 水、電聯(lián)產(chǎn)指標(biāo)Tab．4 Water and electricity cogeneration index

低溫多效工作蒸汽的驅(qū)動(dòng)裝置為蒸汽壓縮噴射器，該設(shè)備成本低、壽命長(zhǎng)、安全性好，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，設(shè)備控制簡(jiǎn)單，性能可靠。

4 結(jié)論

1)低溫多效+蒸汽壓縮噴射器(MED+TVC)海水淡化系統(tǒng)，依靠整個(gè)電廠的免費(fèi)熱源優(yōu)勢(shì)，采用少量、基本不影響汽機(jī)效率的汽機(jī)高壓缸抽汽作為驅(qū)動(dòng)熱源，解決電廠的系統(tǒng)補(bǔ)水以及生活用水問(wèn)題。

2)本系統(tǒng)較適合沿海電廠，取海水便捷，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制簡(jiǎn)單。沿海電廠海水淡化系統(tǒng)雖然初投資較多，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度出發(fā)，可為電廠帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

［1］王世昌．海水淡化工程［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003．WANG Shichang．Desalination engineering［M］．Beijing:Chemical Industry Press，2003．

［2］劉萬(wàn)琨．海水淡化和電廠水電聯(lián)產(chǎn)［J］．東方電氣評(píng)論，2007，21(2):1-14．LIU Wankun．Seawater desalting and water/electricity/heat producing at power plant［J］．Dongfang Electric Review，2007，21(2):1-14．

［3］王浩，楊小柳．中國(guó)水資源態(tài)勢(shì)分析與預(yù)測(cè)［M］．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1998:1-38．WANG Hao，YANG Xiaoliu．Trend and forecast on China water resource［M］．Beijing:China Agriculture Technology Press，1998:1-38．

［4］楊洛鵬，沈勝?gòu)?qiáng)．低溫多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)熱力分析［J］．化學(xué)工程，2006，34(11):20-24．YANG Luopegn，SHEN Shengqiang．Thermal analysis of low-temperature multi-effect seawater distillation system［J］．Chemical Engineering，2010，9(2):144-148．

［5］沈勝?gòu)?qiáng)．TVC在MED海水淡化裝置中的作用和性能分析［J］．熱科學(xué)與技術(shù)，2010，9(2):144-148．SHEN Shengqiang．Role and performance of TVC in MED desalination plant ［J］．Thermal Science and Technology，2010，9(2):144-148．

［6］解利昕，李憑力，王世昌．海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀及各種淡化方法的評(píng)述［J］．化工進(jìn)展，2003，22(10):1081-1084．XIE Lixin，LI Pingli，WANG Shichang．Review of seawater desalination and comparison of desalting processes［J］．Chemical Industry and Engineering Progress，2003，22(10):1081-1084．