翟光华

（东北电力设计院，长春市人民大街4368号， 130021）

摘要：利用海水淡化来解决淡水资源匮乏的问题，前景十分广阔。本文介绍和比较了几种常用的海水淡化技术，着重说明了膜法海水淡化系统在华能营口电厂的应用。

关键词：海水淡化；海水反渗透；华能营口电厂

1前言

1.1海水淡化的现状

海水淡化是通过设备或装置去除海水中的盐获得淡水的工艺过程，海水淡化的方法分为热法和膜法。
经过数十年的发展，海水淡化工艺技术得到了长足发展，建设规模和市场格局也在逐渐发生改变。已经能够比较经济地通过对海水、苦咸水和再生水的脱盐大规模生产饮用淡水。
近十几年来，我国已建成或待建的海水淡化项目已达20多项，其形式多样。我国开展海水淡化的研究、建设和运行已经多年，积累了一些经验。

1. 2海水淡化的意义

随着地区经济的迅猛发展，淡水需求量持续增长，而淡水资源总量是有限度的，一味地索取势必会造成当地淡水资源更加短缺，为此，开发第二水源的意义就变得十分重大。
大自然给予了丰富的海水资源，利用海水淡化来解决淡水资源匮乏的问题，前景十分广阔。如果利用海水淡化来解决电厂用水问题，开辟第二水源，不仅符合我国关于沿海地区积极利用海水淡化的产业政策，而且可为当地储备淡水资源，保证当地居民和工业用户的淡水需求，支持当地经济的可持续发展，具有良好的社会效益。

2海水淡化的方法原理及技术性能

海水淡化技术的种类很多，但适于产业化的主要有海水反渗透法（SWRO）和热力淡化法。热力法主要有多级闪蒸（MSF）、低温多效（LT-MED）和压汽蒸馏（TVC和MVC）等技术。

2.1海水反渗透（SWRO）淡化技术

由于RO膜材料的不断改进和膜价格的下降，海水反渗透SWRO系统越来越引起人们的关注，现也已成为蒸馏法海水淡化系统的主要竞争对手。目前在世界上已有许多使用一级海水反渗透系统从海水制取饮用水的海水淡化厂，以及采用海水反渗透SWRO装置加离子交换方式制取锅炉用水的实例。我国大亚湾核电厂6000 m3/d、山东威海电厂2500 m3/d 、大连华能电厂2000 m3/d等海水反渗透淡化系统也已运行多年。2005年大唐王滩发电厂25,920m3/d海水反渗透SWRO投运，2006年浙江玉环发电厂34,560 m3/d海水反渗透SWRO投运，2007年华能营口电厂二期9600 m3/d海水反渗透SWRO投运。
海水反渗透（SWRO）系统所需的能量决定于进水的含盐量、系统的浓缩倍率、进水温度及产品水的水质，其能耗一般为9～10kWh/m3，若有能量回收装置，则所需能耗为3.0~4.5kWh/m3。反渗透海水淡化应用30年来，能耗降低了三分之二。

2.2多级闪蒸（MSF）蒸馏法   

MSF是蒸馏法海水淡化最常用的一种方法，在20世纪80年代以前，较大型的海水淡化装置多数采用MSF技术。大港电厂二期工程引进了美国的多级闪蒸（MSF）海水淡化装置，是我国第一套大型的海水淡化装置。
MSF装置的优点是设备单机容量大、使用寿命长、出水品质好、热效率高。但由于装置浓缩海水的最高操作温度在110℃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、特制不锈钢及钛材，因此设备造价高。另外，为了减轻结垢和腐蚀，对进入装置的海水加酸和进行脱气（脱除CO2和O2），因而也增加了造水成本。

2.3低温多效（MED）蒸馏法

低温多效海水淡化技术是指盐水最高温度低于70℃、采用低温横管喷淋技术的淡化技术。低温多效蒸发器是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联布置，管内是加热蒸汽，喷射器把海水均匀喷淋在横管热交换器的管束上方，在横管表面形成薄膜流下，在此过程中海水得到除气并部分蒸发，热交换效率高。加热蒸汽被引入第一效，其冷凝热使几乎等量的海水蒸发，通过多次蒸发和冷凝，后面的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水，最后一效的蒸汽在海水冷凝器中冷凝。第一效冷凝液返回锅炉，而其他效及海水冷凝器的冷凝液收集后作为产品水。
低温多效海水淡化装置的运行温度小于70℃，远远低于MSF装置的110℃，所以其能耗和管壁腐蚀及结垢速率均较低。和MSF相比，其设备本体和传热管的材质要求也较低。

2.4压汽蒸馏

压汽蒸馏的淡化工艺同低温多效（MED）蒸馏法，不同的是压汽蒸馏应用热耗非常低的热泵，用压缩蒸汽作为蒸发器热管束的加热蒸汽，是一种高效的蒸馏淡化法。压缩可采用蒸汽喷射器，称为热压缩（TVC）；或采用机械蒸汽压缩机，即机械压缩（MVC），是仅仅依靠电能的淡化技术，只要有电，就可以生产淡水，由于受压缩机的限制，其单台装置的容量较其他蒸馏装置小。
在低温多效（LT-MED）海水淡化装置系统中，如提供的加热蒸汽压力较高，为提高产水比，一般常采用LT-MED和热压缩（TVC）结合的淡化装置，即低温多效加蒸汽喷射器的淡化装置（MED+EC）。

2.5 主要海水淡化技术性能对比

根据国际淡化界的观点，主要海水淡化技术性能对比汇总见下表。

对海水淡化技术比较后得出：
1）海水反渗透（SWRO）与蒸馏法（MED 、MVC）相比，在产品水纯度上是有区别的，根据不同用水水质要求，可选择适宜的海水淡化方案。
2）海水反渗透（SWRO）消耗电能；MED主要消耗热能。从综合利用能源角度看MED可利用电厂余热热能。
3）海水反渗透（SWRO）装置的进口范围比蒸馏法（MED 、MVC）小，设备投资省，能量消耗低（采用能量回收装置后），建设周期短。
4）无论海水淡化规模大型、中型、小型，海水反渗透（SWRO）都适合，而多级闪蒸（MSF）、低温多效（MED）等适合较大型的海水淡化系统。
5）投资：10000 m3/d蒸馏法海水淡化装置投资约8000万元，同样规模的全膜法反渗透海水淡化装置投资约4000万元（就淡化装置而言）。反渗透海水淡化装置的投资仅为蒸馏法海水淡化装置投资的一半。
6）经济性：对于2台日产25000吨海水淡化装置，采用蒸馏法海水淡化工艺其造水成本为5.3~5.9元/吨淡水（就装置本身而言），采用反渗透法海水淡化工艺其造水成本约为4.0元/吨淡水。反渗透法海水淡化方法具有明显的经济效益。如考虑到应用热法可能对发电机组发电效率的影响，则从经济上反渗透优势更为明显。

3华能营口电厂海水淡化系统

3.1工程概况

华能营口电厂，一期工程已建成2台原苏联进口320MW超临界燃煤发电机组，分别于1996年1月和1996年12月投产，二期工程建设2台600 MW超超临界机组，分别于2007年9月和10月发电。
电厂循环水采用海水直流供水系统，锅炉补给水和部分工业水采用海水淡化取得，一级海水反渗透出力为9600 m3/d。海水淡化用海水夏季取自循环水泵出口水，冬季取自循环水排水。

3.2 设计基础资料

华能营口电厂的海域位于渤海湾内，海水水质分析见下表：

样品编号 及名称	营口电厂坝西北侧海水		采样日期	2004年10月19日
项目	检测结果	单位	项目	检测结果	单位
外观	半透明		氢氧根	0.00	mg/L
CODMn	11.44	mg O2/L	重碳酸根	164.7	mg/L
PH值	7.76		碳酸根	0	mg/L
电导率	63000	μs/cm	硝酸根	150	mg/L
Na＋	11000	mg/L	硫酸根	2317	mg/L
Cl－	18000	mg/L	全固形物	43124	mg/L
全硬度 1/2(Ca+Mg)	115.56	mmol/L	溶解固形物	--	mg/L
Ca2＋(CaO）计	479.36	mg/L	全硅(SiO2)	4.39	mg/L
Mg2＋(MgO)计	1968.8	mg/L	溶硅(SiO2)	1.01	mg/L
全碱度	2.70	mmol/L	铁（Fe2O3计）	0.19	mg/L
酚酞碱度	0	mmol/L	铜（CuO计）	0.03	mg/L
备注	水样温度：17℃

3.3 工艺系统的描述

综合多方面因素考虑，华能营口电厂海水淡化系统我院采用了海水反渗透（SWRO）淡化技术。
3.3.1 系统工艺流程
海水淡化系统主要包括预处理系统、海水淡化反渗透系统，锅炉补给水处理系统主要包括淡水反渗透系统以及离子交换系统。完整系统工艺流程如下：
海水 → 反应沉淀池 → 清水池 → 双室多介质过滤器 → 双室细砂过滤器 → 海水保安过滤器 → 海水高压泵 → 海水反渗透装置及能量回收装置 → 一级淡水箱 → 一级淡水泵 → 淡水保安过滤器 → 淡水高压泵 → 淡水反渗透装置 → 二级淡水箱 → 二级淡水泵 → 离子交换系统
3.3.2 运行控制指标
3.3.2.1 反应沉淀池
单台设备出力：700m3/h，原水浊度50~800NTU时，出水浊度小于5NTU
3.3.2.2 过滤器系统出水水质
双室双层滤料过滤器
正常出力： 145 m3/h
最大出力： 200 m3/h
双室细砂过滤器
正常出力： 88 m3/h
最大出力： 120 m3/h
出水水质： SDI ≤ 4
浊度： ≤ 1NTU
3.3.2.3 海水淡化反渗透系统
单台设备出力： 100 m3/h
系统脱盐率： 一年内 ≥ 99.5%
三年内 ≥ 99%
系统回收率： ≥40%
3.3.2.4 二级反渗透系统
单台设备出力： 80 m3/h
系统脱盐率： 一年内 ≥ 97%
三年内 ≥ 95%
系统回收率： ≥80%

4海水淡化系统的运行状况及特点

4.1 海水淡化系统的运行状况

华能营口电厂海水淡化系统自2007年4月底经调试并投入运行至今，海水淡化系统的运行一直是稳定的。下表为整套系统各单元水质实测数据。
系统各单元出水水质表

可以看出，通过一年多的运行实践，各项产水指标基本上达到了设计要求。

4.2海水淡化系统的特点

本期工程海水淡化系统的特点可以分为设备材料选择、工艺系统及布置、节能减排的措施等三个方面。
4.2.1设备材料选择
4.2.1.1 关键设备选用
海水反渗透膜组件均采用DOW公司的优质膜产品；反渗透压力容器采用美国CODELINE公司的产品。
海水增压泵及海水高压泵采用德国KSB公司的优质产品（HGM RO3/7及RPH 100-180）。
能量回收装置采用美国ERI公司的PX系列产品。
4.2.1.2 材质选择
由于该海水淡化系统输送介质的特殊性——海水的强腐蚀性，设备及管道材料的选择均加强了对防腐性能的要求。
所有管道、阀门及附件均根据接触介质的性质选择材料，并考虑相应的压力和温度的影响。
4.2.2选择合理工艺系统及布置
系统设备的布置在满足安全运行，方便检修的前提下，尽可做到合理、紧凑，以减少各种介质的能量损失。
4.2.3节能减排的措施
海水淡化系统在节能上的措施主要有三个方面：一是海水淡化系统用水冬季取自循环水排水，这样不仅可以节省海水压力提升的电能，还可以充分回用该部分水的余热；二是将海水反渗透（SWRO）方案的一级反渗透浓水能量通过能量回收装置进行回收，降低能耗；三是为系统中主要水泵设置变频装置，进行变频控制，节约能耗。
由于水温对反渗透装置的产水流量影响较大，即水温每变化1℃，在进水压力不变的情况下，其产水量大致增减2.7%。如果进水水温降低，在系统条件不变的情况下，将导致产水量的下降。为了保证在低温情况下反渗透出力不变，本期工程海水淡化系统高压泵采用变频控制，改变进水压力，以保证反渗透系统足够的推动力，从而保证系统的产水能力。
设置能量回收装置的主要目的是反渗透的浓水能量得到回收，降低能耗，从而降低运行成本。反渗透系统高压泵能量回收装置采用美国ERI公司的压力交换式PX能量回收装置，其回收效率较高，可达到95％，其高压出口采用变频的增压泵控制流量。

5结束语

华能营口电厂是我国东北地区第一个万吨级的采用膜法海水淡化的电厂，具有冬季海水温度偏低的特点，同时还采用了常规预处理。通过一年多的运行实践，各项产水指标基本上达到了设计要求，但仍然存在一些问题需要我们进一步的关注和研究。目前营口电厂的海水淡化系统是安装于我国最北边的一套系统，温度的问题是系统能否正常稳定运行的重要指标。虽然采用了高压泵的变频控制及冬季用水取自循环水排水，但温度相对还是偏低，这对反渗透膜是一个考验。一级反渗透产水虽然含盐量不高（~400ms/cm），但主要成分为氯化钠，溶液缓冲性差。由于产水除用于锅炉补给水外，还要用于全厂工业及生活水，而工业及生活水设备及管道大部分采用碳钢材质，是否会有腐蚀的危险还待时间的考验。

作者简介：
翟光华（1978.1.16），男，吉林人，本科学历，工程师，电厂化学专业