２００６年９月第７卷第９期电力设备ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳｅｐ．２００６ＶＯＩ．７ＮＯ．９华能浙江分公司海水淡化系统研究庞胜林，刘金生（华能浙江分公司，浙江省台州市３１７６０４）摘要：华能浙江分公司４Ｘ１０００ＭＷ超超临界燃煤发电机组不仅主机采用了高效、环保、节能的新技术，而且全厂的生产、生活用淡水全部来源于采用“双膜法”工艺的海水淡化系统。以华能浙江分公司海水淡化工程为案例，介绍了膜法海水淡４ＪＣｘ＿艺中的多分系统，如海水取水系统、预处理系统、动力系统、脱盐系统等，以及工程运行情况。并对玉环工程的制水成本进行了分析。关键词：海水淡化；膜法工艺；设备选型；发电厂中图分类号：ＴＱ０８５华能浙江分公司位于浙江省台州市玉环县大麦屿经济开发区，地处浙东南沿海瓯江口北的乐清湾东岸，玉环岛西侧，为港口电厂。厂址三面环山，一面临水量：总制水量（一级海水淡化反渗透）为Ｉ４４０ｍ３／ｈ（３４５６０ｍ３／ｄ），分为６套，单套出力为２４０ｍ３／ｈ。海。华能浙江分公司的建设规模为一期建设２台１０００Ｍｗ超超临界机组，规划容量为４台１０００Ｍｗ（２）系统流程。海水一混凝澄清一超滤一一级反渗透一二级反渗透。（３）总平面布置。玉环海水淡化工程的总平面布置中充分利用了循环水系统的取排水系统的布置，紧靠防浪大堤一侧，自取水、混凝澄清、超滤过滤、反渗透制水、浓水排放，形成了完整流畅的布局。１．２海水淡化工艺中的主要系统超超Ｉ临界机组。玉环岛的陆地面积不足２００ｋｍ２，淡水来源主要为天然降水，由于陆地面积小，并且是丘陵地貌，集水面积不足，没有修建大型水库的条件，淡水资源紧张。平均水资源占有率仅６５６ｍ３／人，远低于浙江省（２４００ｍ３／人）和全国（２７００ｍ３／人）的平均水平。为了既不与地方居民“争水”，又能保障机组安全运行，海水淡化成了解决华能浙江分公司生产用水的唯一途径。１。２。１海水取水系统华能浙江分公司采用海水直流冷却，循环水取水口位于电厂附近乐清湾一１５．６ｒｌｆｌ等深线的海域，排水口设置在一５ｍ等深线附近的海域。海水淡化系统充分利用了电厂的循环水系统取水，以降低造价；１膜法海水淡化华能浙江分公司建设的是国家首台１０００Ｍｗ火同时利用发电厂余热使循环排放水温升高的有利条件，降低了海水淡化的运行能耗。考虑到海水经过循环冷却之后，冬季工况有１６℃左右的温升，夏季工况有９ｏＣ左右的温升。因此，该海水淡化系统采用了２路进水，一路取自循环水泵出口处（凝汽器人口侧），力发电机组，是国家“８６３”计划“超超临界燃煤发电技术”研究课题的组成部分。锅炉为三菱技术的直流炉，计划稳定运行后炉内加氧处理。由于是研究项目，“热法”中所用的蒸汽没有来源，也没有外来蒸汽，“热法”难以解决锅炉启动前所需的除盐水问题，为此，华能浙江分公司采用了“膜法”海水淡化系统。华能浙江分公司“膜法”海水淡化项目的新技术较集中，科技含量较高。其中混凝澄清处理部分是在原哈尔滨建筑大学“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术”成果基础上发展而来的，是第一次在海水项目中应用；在海水淡化的预处理中大规模使用超滤在世界上还是比较少的。在海水淡化中大量使用廉价的双相钢替代超级合金钢在国内也比较少。１．１一路取自虹吸井（凝汽器出口侧），并根据原海水的水温变化采用不同的进水方式，基本保证水温在２０～３０ｏＣ，调整后维持在２５℃左右。１．２．２海水预处理系统反渗透系统能否安全运行取决于预处理系统的运行情况。虽然反渗透膜能截留水中绝大部分溶解的与不溶解的物质，如离子、大分子有机物、胶体、病毒、细菌和悬浮固体颗粒，但是反渗透膜的主要作用还是脱盐。用反渗透膜来截留其他物质则会对其造成不可恢复的伤害。根据资料统计，造成反渗透（Ｒｏ）海水淡化基础资料（１）设计参数。海水含盐量：３４０００ｍｇ／Ｌ；水性能衰减的主要原因是膜被污染；膜元件的机械损坏是次要因素，如表１所示。温：１５～３２ｏＣ；万方数据１６电力设备第７卷第９期表１ＲＯ性能衰减的因素因素发生率／％机械损坏（水击、伸缩管件脱节）１膜降解（氧化与水解）４垤２膜污染无机胶体Ｂ８有机物ｎ４凝聚剂０微生物５硅结垢或硅污染４弘ｍ０其他无机物结垢Ｏ总计５＂７由表１可知，由膜污染引起的反渗透膜元件性能衰减占总因素的７７．７％；其次是膜的降鳃。海水反渗透（ＳＷＲＯ）给水预处理技术主要包括消毒、混凝、澄清、过滤等常规预处理工艺及以微滤（ＭＦ）、超滤（ＵＦ）和纳滤（ＮＦ）为代表的新膜法预处理工艺。预处理的目的为：①除去悬浮固体，降低浊度；②控制微生物的生长；③抑制与控制微溶盐的沉积；④调整进水温度和ｐＨ；⑤去除有机物；⑥控制金属氧化物和含硅化合物沉淀。１．２．２．１混凝澄清沉淀系统电厂附近海域为高含沙区，悬沙中值粒径为０．００３～０．００５２ＩＴｌｌｆｆｌ，属极细粉砂和粗黏土。根据实测，电厂取水口附近垂线平均含沙量大潮为０．２１４ｋｓ／ｍ３，中潮为０．２６０ｋｇ／ｍ３，小潮为０．０４１ｋｓ／ｍ３。为了降低海水中的含沙量以及海水中的有机物、胶体的含量，必须进行混凝澄清处理。混凝澄清系统为４座微涡旋折板式１０００ｍ３／ｈ的反应沉淀池，钢筋混凝土结构，设备内部没有转动部件，可有效地减少防腐成本。混凝沉淀处理后的水质见表２。经混合絮凝沉淀处理后水浊度小于５ＮＴＵ，运行参数为：（１）混合时间：３ｓ；（２）絮凝时间：１０ｍｉｎ；、（３）沉淀池上升流速：＜２．４ｍｍ／ｓ。表２混凝沉淀处理后的水质１．２．２．２过滤系统经过混凝澄蒋沉淀之后的海水仍然达不到ＳＷＲＯ进水水质的要求，还需进一步过滤才能满足其万方数据进水ＳＤＩ小于４的要求。目前国内投运的海水淡化工程基本上采用常规预处理方法，即多介质过滤和细砂过滤方式。常规预处理方法虽然在许多海水淡化工厂运行多年，但在设计、运行、维护等方面都必须很细心。新的膜法预处理工艺以其独特的技术优势和越来越低的价格优势，成为现代ＳＷＲＯ工程中代替传统预处理方法的首选。华能系统最近完成的２个海水淡化项目中华能浙江分公司和营口电厂分别采用了超滤工艺和传统的过滤工艺，预处理系统规模分别为３２００ｍ３／ｈ和１０００ｍ３／ｈ，预处理系统设备投资分别为３５００多万元和７００多万元，占地面积分别为３３ｍ×２４ｍ、７４ｍ×２１ｍ。设备投资同等类比相差１／３，而占地面积同等类比后者为前者的６倍之多。华能浙江分公司过滤系统采用了加拿大泽能（ＺＥＮＯＮ）公司浸入式ＺｅｅＷｅｅｄｑ０００型超滤膜。配套转动设备：透过液泵、反吸水泵、清洗水泵、真空泵、罗茨风机等。１．２．３动力系统由于选择不同的能量回收装置，ＳＷＲＯ动力部分的设置也不相同，但是都会设置高压泵和能量回收装置，只是增压泵有所不同。１．２．３．１高压泵高压泵是ＳＷＲＯ系统的心脏，它提供了克服海水渗透压的动力。正确选择高压泵是系统安全、经济运行的关键。由于大型的海水淡化装置只能采用多级离心泵，所以选择高压泵一般要考虑以下问题：①水泵的效率，应选择效率高的水泵，因为效率的高低直接影响系统的经济性；②选择高效率覆盖范围广的高压泵，因为ＳＷＲＯ的通量会衰减，水泵的工作点会漂移；③选择扬程变化时流量变化较小的高压泵，因为影响ＳＷＲＯ渗透压的因素较多，水泵要在不同的工作点工作，但是ＳＷＲＯ产能及回收率变化不大；④选择检修维护容易的高压泵。常用的多级离心泵从结构形式分则有水平中开式和多级串联式。水平中开式的结构特点是上下２个泵壳体对接，进出口管、部分蜗壳及流道铸造在下部泵壳体上；叶轮热装轴上对称布置，最大程度地减少了轴向推力，止推轴承承受的轴向推力较小，则振动较小，检修维护比较方便，维修时不需拆卸泵的管线便可直接取下泵的上壳。多级串联泵的结构特点是：每一级由１个位于扩散器壳体内的叶轮组成，扩散器用螺拴和连杆连在一起，各级以串联方式由固定杆固定在一起；叶轮按一个方向组装，用键固定在泵轴上，类似于串糖葫芦。其工作在最佳效率点时具有较高的效率，但偏离最佳效率点时效率则较低，振动增加；拆装难度较大。二者相比，水平中开式在结构上占有较大的优势，据称可以达到６ａ不开缸维修，缺点是其设备火电厂水处理与节水专题庞胜林等：华能浙江分公司海水淡化系统研究１７价格昂贵。１．２．３．２能量回收装置高压海水流经反渗透膜元件后除产水外，还有４５％－６０％的浓水只是克服了反渗透膜的水阻一段间压差，其中还蕴含了巨大的能量，所以“膜法”海水淡化必须设置能量回收系统。能量回收装置按照其能量转换形式基本上可以分为２种：一种是压能先转换为动能，动能再转化为压能；另一种是压能直接转化为压能。前者如水力涡轮机和涡轮增压器（Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ），其基本原理是高压水直接冲击叶轮，使其旋转产生机械能，同轴带动升压叶轮将给水压力升高；后者的压力转换器是依据钱伯斯（Ｃｈａｍｂｅｒｓ）等压原理设计制造的，是一种液一液直接传递压力的能量回收装置，如ＰＸ、Ｋｉｎｅｔｉｃ及Ｄｗｅｅｒ。其中ＰＸ由于没有能量形态的变化，消耗的能量只是维持陶瓷转子的转动和润滑，因而单只元件的能量回收效率可高达９５％左右。由于ＰＸ系列的能量回收装置具有回收效率高，噪声低等特点，逐渐受到用户的青睐。ＰＸ压力转换器从外型看很简单，类似于短的反渗透压力容器；它的内部只有一个没有轴的、多通道的陶瓷转子，它在流体动力学的作用下在一陶瓷套筒内呈悬浮状态转动。该转子的功能是使海水反渗透浓水的压能经过直接接触转换为海水反渗透给水的压能。它不同于其他２种采用同原理的能量回收装置，ＰＸ不用分离阀或活塞，虽然海水和浓水直接接触，但由于转子的精密性和水在其中的滞留时间很短，极大地降低了海水给水与反渗透浓水的混合程度（＜６％）。由于它仅有１个转动部件，没有机械密封和表面磨损，因而维护工作量很少。但是，由于ＰＸ目前单只最大出力较小，只有５０ＩＴｌ３／ｈ（２２０ｇｐｍ），较大的系统需要多只并联，因此，在特大型海水淡化系统上应用ＰＸ还有不同观点。１．２．４脱盐系统“膜法”海水淡化系统是靠海水反渗透膜脱盐的。早期的海水淡化复合膜是由脂肪族聚酰胺制成的复合物，盐透过率很高。新一代复合膜的材质是芳香族聚酰胺，膜性能有了显著提高。在选用膜时应选用高脱盐率、高通量、高膜面积、低压力的膜。目前已有公称脱盐率达９９．７％、产水量为２２．７ｎ１３／ｄ的商用膜元件。在选用反渗透膜元件时应综合考虑水通量、盐通量、污水量和盐透过量等参数。而这些参数往往是相互制约的，如提高压力，水通量则会增大，盐浓度差升高，容易结垢，盐通量也同时增大；如果要在高水通量条件下运行海水淡化系统，则很可能会造成不可逆的流量衰减现象。一般膜公司都有自己的设计软件，根据经验值确定以上参数的最佳点。但是从经济及安全方面考虑，脱盐系统的重点是确定膜元件的排列组万方数据合方式及系统回收率。随着新的预处理技术的应用，特别是低压膜（微滤、超滤及钠滤）的广泛应用，使高回收率成为可能。系统回收率直接影响到海水淡化ＲＯ系统的投资费用。增加回收率，则会减少所有工艺设备的容量（因为这些设备容量由给水流量及浓水流量决定）。一般来说，６０％以下的回收率在技术上没有任何问题。目前，国际上海水淡化工程的回收率一般在３８％～５０％之间，最高的一级两段法已经达到６７．５％。决定回收率的因素主要是原海水的水质、预处理系统出水水质、膜的性能、运行压力、综合投资和制水成本等。由于玉环项目采用超滤作为反渗透的预处理，原海水的含盐量通常在２８０００～３２０００ｍｓ／Ｌ之间，最低水温高于１５℃，因此在反渗透允许的设计条件下，回收率越高，系统的经济性越好。表３为按照回收率分别为４０％、４５％、５０％进行的技术经济比较数据。经比较，确定选用４５％的回收率。一级海水淡化系统共设６组，每组设有压力容器５８个，每个压力容器内装有７支膜元件，设计出力为２４０ｉｎ３／ｈ（５７６０Ｉｎ３／ｄ）；系统总出力为３４５６０ｎ１３／ｄ。表３不同回收率下的技术经济比较目前，在国内提供海水脱盐膜元件的厂商有ＤＯＷ、Ｔｏｒｙ、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ、科氏及几个本国厂商等，选择的余地不大。前３家的膜元件华能浙江分公司都使用过，短时间运行相差不大。２海水淡化系统运行情况和制水成本分析２．１海水淡化系统运行情况由于运行时间较短，并且是阶段运行，因此将有代表性的数据示列如下：（１）混凝澄清部分。来水浊度：４５～４００ＮＴＵ；混凝剂：ＦｅＣｌ，；加药量：１０×１０“原药液。产水浊度：≤３（５０％），≤５（９０％），≤１０（９９％）。（２）超滤部分。ＳＤＩ≤１．５（９９％），２（１００％）；浊度≤Ｏ．１（９５％）；Ｆｅ（全）≤５０Ｘ１０４（９５％），７０×１０４（１００％），去除率在９０％左右；细菌的去除率达到１００％；胶体硅去除率为７０％～９０％。１８电力设备第７卷第９期（３）脱盐部分。进水电导率：３７５５０舻／ｃｍ；产水电导率：２１２斗ｓ／ｃｍ；进水压力：４．４６ＭＰａ；系统回收率：４４．８％；脱盐率：９９．４４％；ＰＸ混水率：５．３％。工程海水淡化的制水成本４形ｔ左右与当地工业用水的水价已基本持平；从水质方面考虑，应该低于工业水的价格。因此沿海电厂选用海水淡化，不仅社会意义重大，经济技术上也是可行的。（２）海水淡化没有完美的解决方案。无论是“热法”还是“膜法”，没有最好的方法，只有适宜的方法。因此简单地说哪种方法好都是片面的。（３）海水淡化虽然不是一门新的技术，但我国目前大型的海水淡化工程项目少，经验也不多，与国际上著名的公司相比，采购成本及技术上我们还处于劣势，这不利于我国海水淡化产业的发展。（４）精心设计处理工艺，海水淡化对环境不会造成很大影响。像华能浙江分公司将浓盐水用于电解制取次氯酸钠，鲁北化工将浓盐水用做化工原料等。２．２制水成本分析海水淡化的运行成本是大家比较关注的问题，也是评价系统方案可行性的重要依据。根据玉环工程阶段运行时间的运行情况，综合考虑设备折旧、人工、药品、检修维护等方面的费用，以上网电价为基础，则１ｔ水的制水成本约为４元。表４列出了华能浙江分２４４万元，其中贷款为１４４３３万元，利率为６．１２％。表４华能浙江分公司海水淡化工程成本测算成本构成／元・ｔ＿项目年运行７０００公司海水淡化工程成本测算。该工程的动态投资为１９年运行６ｈ０００ｈ（５）发展海水淡化产业，可以振兴基础工业，特别是防腐材料、水泵等。４参考文献［１］王世昌．海水淡化工程．北京：化学工业出版社，２００３．［２］高从增，陈国华．海水淡化技术与工程手册．北京：化学工业出版社，２００４．收稿日期：２００６。０６－２４作者简介：３结论（１）沿海电厂采用海水淡化方案解决生产、生活用水无论在经济上还是技术上都是可行的。目前沿海城市淡水资源比较紧张，水价也在逐步上升，玉环庞胜林（１９７１－），男，工程师，从事电厂化学技术及管理工作；刘金生（１９６９一），男，高级工程师，从事电厂化学技术及管理工作。（责任编辑宋红梅）ＳｔｕｄｙｏｆＳｅａｗａｔｅｒＤｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｉｎＨｕａｎｅｎｇＺｈｅｊｉａｎｇＢｒａｎｃｈＣｏｍｐａｎｙＰＡＮＧＳｈｅｎｇ—ｌｉｎ．ＵＵＪｋｉ—ｓｈｅｎｇ（ＨｕａｎｅｎｇＺｈｅｊｉａｎｇＢｒａｎｃｈＣｏｍｐａｎｙ，Ｔａｉｚｈｏｕ３１７６０４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮｏｔｏｎｌｙｔｈｅｍａｉｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆＨｕａｎｅｎｇＺｈｅｊｉａｎｇＢｒａｎｃｈＣｏ．４×１０００ＭＷｕｌｔｒａｓｕｐｅｒ—ｃｒｉｔｉｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏａｌ。ｆ督ｅｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｆｉｅｎｄ炒ａｎｄｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇｅｔｃ．ｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｆｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｌｉｖｅｌｉｈｏｏｄｏｆｗｈｏｌｅｐｌａｎｔｓｔｅｍｓｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｆｒｏｍｔｈｅｓｃａｗａｔｅｒｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇ“ｄｏｕｂｌｅｍｅｍｂｒａｎｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔｓａｄｏｐｔｔｈｅｈｉｇｈｍｅｔｈｏｄ”ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｓｅａｗａｔｅｒｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｏｆＨｕａｎｅｎｇＺｈｅｊｊａｎｇＢｒａｎｃｈＣｏ．ａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｂｒｉｅｆｓｅｖｅｒｙｂｒａｎｃｈｓｙｓｔｅｍｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｍｅｔｈｏｄｓｅａｗａｔｅｒｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｕｃｈａｓ，ｓｅａｗａｔｅｒｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍ，ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｅｔｃ．，ａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｓｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗａｔｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅａｗａｔｅｒｄｅｓａｌｈａｔｉｏｎ；ｍｅｍｂｒａｎｅｍｅｔｈｏｄ；ｔｙｐｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ・综合信息・日前，泉州北５００ｋＶ输变电工程通过可研审查，标志着泉州第３座５００ｋＶ输变电工程即将开工建设。泉州北５００ｋＶ输变电工程已列入福建电网“十一五”规划，并通过了华东电网有限公司的审查。泉州北５００ｋＶ变电站是继泉州变电站、晋江变电站之后的第３座５００ｋＶ泉＇ｈｌ＝ｌｌ：变电站工程，站址定于泉州市洛江区河市镇，本期主变压器建设规模为２×１０００ＭＶＡ，计划于２００７年底建成投产，届时将大大缓解泉州北部用电的紧张局面。万方数据
