1、华能玉环电厂海水淡化工程设计概述刘金生，庞胜林（华能浙江分公司，浙江玉环，317600）摘要:华能玉环电厂的淡水系统全部采用了世界先进的“双膜法”海水淡化技术,工程投资约 2亿元,计划 2006年 4月 30日制出合格的淡水。本文以华能玉环电厂海水淡化工程实例为基础,根据国内外海水淡化发展的新技术以及经验,分析对比了高压泵的选型、能量回收装置的特点,以及回收率确定的几项因素,并根据工程情况分析了制水成本。对缺乏淡水的沿海电厂来说采用海水淡化无疑是一种非常好的选择方案。华能玉环电厂海水淡化工程自 2003年 3月开始采用“双膜法”方案。为了充分验证方案选择的可行性，该厂于 2004年 4月至 8
2、月在现场进行了超滤装置的中试运行（现仍在运行），鉴于国内工程公司尚未有如此大规模的海水淡化项目，为了确保工程的先进性与安全性，该厂在承担玉环工程的概念设计、技术方案及实施方面做了大量工作。1系统设计1.1设计参数海水含盐量：34000mg/L；水温：1532；水量：总制水量 1440m3/h，单套出力240m3/h。（34560m3/d）分为 6套，1.2系统流程海水混凝澄清超滤一级反渗透二级反渗透1.3总平面布置玉环海水淡化工程的总平面布置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。2主要系统介绍2.1海水
3、取水系统华能玉环电厂海水淡化系统充分利用了电厂的循环水系统，以降低造价，同时可以利用发电厂余热使循环排放水温升高 916的有利条件，降低海水淡化工程的能耗。海水取水口位于电厂海域-15.6m 等深线附近的海域，排水口设置在-5m 等深线附近的海域。循环水系统工艺流程为：取水口自流引水隧道循环水泵供水管道凝汽器排水管道虹吸井排水沟排水工作井排水管排水口。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 9左右的温升，因此，玉环电厂的海水淡化系统采用了两路进水，一路取自循环水泵出口（未经热交换的海水），一路取自虹吸井，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 2030，调
4、整后维持 25左右。2.2海水预处理系统海水反渗透（SWRO）给水预处理技术包括消毒、凝聚/絮凝、澄清、过滤等传统水处理工艺及膜法等新的水处理工艺，膜法预处理主要包括微滤（MF）、超滤（UF）和纳滤（NF）等。预处理的目的：除去悬浮固体，降低浊度；控制微生物的生长；抑制与控制微溶盐的沉积；进水温度和 pH的调整；有机物的去除；金属氧化物和含硅化合物沉淀控制。2.2.1混凝澄清沉淀系统为了降低海水中的含砂量以及海水中有机物、胶体的含量，必须进行混凝沉淀处理。混凝沉淀系统设有四座微涡折板式 1000m3/h的混凝澄清沉淀池，为钢筋混凝土结构，设备内部没有转动部件，可有效地减少防腐成本。经混凝沉淀处
5、理后海水浊度小于 5NTU，运行参数为：混合时间：3s；絮凝时间：10min；沉淀池上升流速小于 2.4mm/s。混凝沉淀处理后水质见表 1。表 1预沉池处理效果参数预沉池出水最大值预沉池出水最小值预沉池出水 80时间内的值浊度(NTU)2015TSS(mg/L)20510COD(mg/L)20352.2.2过滤系统该厂过滤系统采用了加拿大泽能（ZENON）公司浸入式 ZeeWeed1000型超滤膜系统，膜元件主要的技术参数为：膜材料：聚偏乙烯（PVDF）；膜通量：50100L/m2h；运行压力：0.0070.08MPa；最大操作温度：40；pH 范围：213；化学清洗间隔期：6090d。2.
6、3高压泵高压泵是 SWRO系统的重要部件，正确选择高压泵性能对系统安全性影响很大，它是运转部件，出现故障的概率高。对于大型的海水淡化装置，一般采用的高压泵是离心泵。常用离心泵的结构形式有水平中开式和多级串式。两者相比在结构上应是水平中开式占较大的优势，据称可以达到 6年不开缸维修，缺点是其设备价格昂贵。2.4能量回收装置由于 PX系列的能量回收装置具有回收效率高，噪音低等特点，逐渐受到用户的青睐。由于设计中它仅有一个转动部件，没有机械密封和表面磨损，因而维护工作量很低。2.5海水淡化系统海水经过超滤后，经海水提升泵进入保安过滤器，然后进入一级海水淡化系统。一级海水淡化系统共设 6组，每组设有压
7、力容器 58个，每个压力容器内装有 7支膜元件，设计出力240m3/h（5760m3/d）。系统总出力为 34560m3/d。3玉环电厂海水淡化五个技术关键点3.1高效混凝沉淀系列净水技术该技术是在哈尔滨建筑大学承担的国家建设部“八五”攻关课题“高效除浊与安全消毒”的科研成果中“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术”的基础上发展而来的。其中涉及了水处理工程中预处理的混合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺，特点是上升流速比较快，占地面积比较少；没有类似机械搅拌澄清池中的转动设备，也没有类似于水力加速澄清池中的大量金属构件，这对于防止海水中突出的腐蚀问题是一个比较好的解决方案。3.2超滤作为海水淡化预处理系统
8、为了验证超滤在工艺系统中设置的安全可靠性，以及寻找最适合的工艺参数，以最大限度地优化系统的配置。该厂组织了有六家公司参与的中试。试验结果表明高效混凝澄清技术、超滤系统用于该海水淡化工程是可行的。3.2.1超滤出水 SDI试验结果显示，产水 SDI总体上稳定在 2.5左右，从整体趋势来看，随着时间的推移，超滤产水 SDI有略微上升的趋势，这可能是由于在试验过程中超滤膜没有得到有效的维护，如化学清洗等；进水消毒不彻底；进水混凝澄清效果不理想等，造成了海水中的微粒、胶体、有机物和微生物等和膜发生了物理化学反应，改变了膜的分离能力。试验显示客观上虽然存在这种膜污染导致的分离能力下降，但这种表现为 SD
9、I的上升的下降趋势极为缓慢，并不明显。水温升高，超滤出水的 SDI随之升高；进水 pH值升高，超滤出水的 SDI也高，反之亦然。铁离子的影响：水中可溶解性的过渡金属离子，如 Fe2 因氧化而形成沉淀使SDI升高；氧化剂的影响：试验过程中发现，如果加入次氯酸钠，超滤出水的 SDI升高。3.2.2超滤出水浊度乐清湾海水浊度一般在 100NTU以上，但是由于潮汐及天气的影响，浊度变化幅度非常大，实测最高达到 2456NTU，经过混凝澄清之后，一般在 1520NTU，个别值达到 50NTU。从超滤产水来看，产水浊度相对比较稳定，基本上在 0.10NTU左右，虽有个别值达到了0.20NTU，但没有出现大
10、的波动，基本上控制在 0.15NTU以下。3.2.3超滤出水中的铁超滤进水铁的浓度变化范围在 25.51451g/L，去除率在 8090。3.2.4超滤出水中的硅超滤进水的胶体硅含量变化范围在 1.08110.74mg/L，出水的胶体硅含量是比较稳定的，一般小于 2mg/L，去除率最低时只有 10，最高达到 98，大部分去除率在 7090 之间。3.2.5超滤出水中的 COD玉环海水中 CODMn不超过 10mg/L，经过超滤之后，产水 CODMn最高不超过 5.0mg/L，也就是说超滤对 CODMn去除率比较低。相对进水 CODMn的波动，产水 CODMn比较稳定，但还是呈现比较缓慢的上升趋
11、势。3.2.6超滤出水细菌总数超滤对细菌的去除率达到 100。3.3系统回收率的确定目前的海水淡化工程，回收率一般在 3850 之间。决定回收率高低的因素主要有原海水水质、预处理系统出水水质、膜的性能要求、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 2800032000mg/L 之间，而最低水温高于 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。按照回收率 40，45，50，进行了技术经济比较（表 2）。经分析比较，我们确定的回收率为45。表 2不同回收率下的性能40的回收率45的回收率50的回收率一年运行压力(MPa)三年
12、运行压力(MPa)一年内脱盐率()三年内脱盐率()设计通量(L/m2h)要求预处理的出力(m3/h)与 45投资比较()系统运行安全性结垢可能性5.395.6299.4899.3815.43600125高较低5.675.9099.4499.3315.43200100高低6.046.2699.3999.2815.4288080低高3.4新材料的应用海水淡化系统中另一个重要问题就是设备及管道腐蚀，根据工艺流程中接触介质种类及压力的不同，分别采用了双相不锈钢 2205、2507 以及奥氏体不锈钢 254Mo，低压系统大量的采用衬里、塑料及玻璃钢管道。3.5浓水排放综合利用海水淡化系统中浓水排放是全球
13、业内要解决的问题，由于发电厂循环水中一般采用氧化性杀菌剂来抑制循环水系统中藻类、贝类的生长，在海滨电厂大都设有电解海水制氯系统，反渗透浓水相当于在原海水的基础上浓缩了 1.6倍，因此将一部分直接用于电解海水制氯，可以简化制取次氯酸钠系统设置，又可提高电解制氯系统的效率。4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。根据玉环工程投标商的报价情况、性能指标、使用保证寿命，综合考虑设备折旧、人工、药品、检修维护等各方面的因素，以上网电价为基础，吨水的制水成本在 4元左右（表 3）。表 3华能玉环电厂海水淡化工程成本测算项目金额单项成本(元/m3)以年运行以年
14、运行7000h计6000h计工程动态投资(万元)19244其中贷款(万元)14433利率()6.1215年经营期利息0.110.13(万元，假设 15年平均还贷)110.41化学药品消耗(元/m3)0.31840.320.23电力消耗(元/m3，1.2电价 0.30元/kWh)1.201.20大修及检修维护费(万元/年)1930.190.22反渗透膜更换费用(万元/年)9800.730.88人员工资(万元/年)600.060.07固定资产折旧费用(万元/年)1282.91.241.48单位运行成本(元/m3)2.492.69单位制水成本(元/m3)3.844.305结论及建议沿海电厂采用海水淡
15、化方案无论经济上还是技术上是可行的。沿海电厂采用海水淡化技术可以充分利用电厂的取排水系统，而不必单设，可节省很大的初投资费用，并且电厂循环排放水的温升可使海水淡化的水温得到保障，有利于淡化能耗的降低。目前沿海城市淡水资源相对比较紧张，水价也在逐步上升，玉环工程海水淡化制水成本 4元/吨左右的水平对于工业用水水价，二者已经基本持平，甚至低于工业用水的价格，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。采用超滤作为海水淡化的预处理系统虽然是膜法处理的发展方向，但是毕竟成熟的经验还少，有待于进一步的分析研究。玉环工程自招标前期即开始超滤中试工作，到现在还在继续进行，目的也是在进一
16、步探索超滤作为海水淡化系统预处理的经验。海水淡化虽然不是一门新的技术，但是毕竟我国目前大型的海水淡化工程经验还少，项目也不多，与国际上一些著名的公司相比，采购成本及技术合作上我们还处于劣势，这对我们的技术进步和海水淡化产业的发展是不利的。该工程于 2003年 2月动工，2003 年 12月建成并试运行，2004 年 3月通过环保验收。整套设施自运行以来至今一直高效稳定。其处理效果见表 2。表 2数据表明，废水经处理后，出水各项指标均达到要求。从表 2可知，废水经“水解酸化 混凝气浮 接触氧化法”处理后，其 COD、悬浮物、石油类和磷酸盐总去除率分别为 92.1、96.4、88.36 和 93.
17、3。表 2废水处理效果表项目COD(mg/L)SS(mg/L)石油类(mg/L)磷酸盐(mg/L)调节兼水解酸化池气浮池出口好氧池出口过滤器出口258.50185.6842.1320.18117.6041.626.104.2015.906.374.301.8515.1010.712.81.04经济分析该工程总投资 143.78万元，其中设备费为 88.2万元，土建 47.83万元，其它费用 7.75万元。该工程每 m3产水总运行费用 1.13元，其中电费 0.23元，药剂费用 0.70元，人工费0.2元。5工程实例经验（1）生产废水中的石油类污染物都是来自金属件表面保护性油膜，容易发生乳化反应
18、，并被混凝成“矾花”，含有一定的油质，有粘性，易结成团，浮于水面。根据这种特性，采用混凝气浮法具有较好的泥水分离效果。可见，气浮工艺对该废水不仅可高效去除石油类污染物，而且还可对废水进行预充氧，从而提高了废水的可生化性，更有利于后续的生化处理。（2）生产过程中要对金属件用工业洗涤剂反复清洗，故所排废水富含工业洗涤剂成分，经曝气搅拌，会产生大量泡沫，在好氧池之前使用消泡剂，改变洗涤剂的表面活性，否则好氧池由于鼓气产生大量泡沫，无法正常运行。（3）生产过程中所用到的工业洗涤剂及少量染色剂，都是一些难以生物降解的高分子化合物，因此在设计时先用水解酸化工序使一些复杂的大分子物质、不溶性有机物水解成小分
19、子物质、溶解性有机物，然后再用接触氧化法对小分子物质和溶解性有机物进行氧化分解，才能取得较好的生化处理效果。（4）水解酸化池中采用机械搅拌器进行搅拌，以增强废水与污泥之间的接触，消除池内的梯度，避免产生分层，提高效率。（5）好氧处理段采用接触氧化法。池内填料比表面积大，池内曝气装置设在填料之下，供氧充足，池内生物活性高，生物膜更新速度快，可以承受的浓度负荷是其它生物法的几倍，因此可以减少占地，节省能耗。（6）混凝沉淀池出水经过过滤器，保证悬浮物的水质指标达到排放要求 20mg/L以下。6结论采用混凝气浮-二级生化-过滤法处理金属件表面处理厂生产废水，该方法具有处理效率高、操作简便、耐冲击、日常维护方便等优点，出水水质稳定。本工艺 COD、悬浮物、石油类和磷酸盐总去除率分别为 92.1、96.4、88.36 和 93.3。
