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蒸馏法与膜法海水淡化技术经济比较

2021-02-02 08:00:00

蒸馏法与膜法海水淡化技术经济比较

一、海水淡化技术概况

海水淡化方法已有数十种主要包括蒸馏法、膜法和冷冻法等。蒸馏法的原理是将海水加热,使之蒸发,然后将蒸汽冷凝即为淡水;它的特点是在污染严重、高生物活性的海水环境中也使用,产水纯度高,特别适用于作为电厂锅炉补给水。蒸馏法主要有多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏三种方法。膜法海水淡化主要是反渗透法和电渗析法。反渗透法是将海水强制加压使淡水透过膜面进入另一侧,从而实现海水的淡化,它具有投资省、能耗低(无相变)、建设期短、占地少的特点,是海水淡化技术中近二十年来发展Z快的。电渗析法以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性而脱除水中离子的淡化过程。由于能耗较高,当反渗透发快速发展后,实际应用已较少。冷冻法是将海水冷冻到冰点以下,使淡水结冰、分离、再融化为淡水的过程。但目前尚处于研究中。实际海水淡化应用中,要根据实际条件来定,需考虑规模大小、能源费用、原水水质、气候条件以及技术及安全性要求等多种因素。

1991年到2001年世界各地建设的8858cc永利不同方法比较可清楚的看到,反渗透法是除中东地区以外世界其他地区应用Z广泛的。

1.png 

二、火力发电厂锅炉补给水及城镇生活用水的水质要求

火电厂需大量的优质淡水,对于一个4*600MW的火电厂,需要淡水的水量约2.4万立方米/日,其中锅炉补给水约为4800立方米/日,其他普通淡水(相当于自来水水质)约19200立方米/日。锅炉补给水(特别是中高压锅炉的锅炉补给水)的水质要求比较高。1999年颁布的《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(GB/T12145-1999)规定了适用于中高压锅炉的锅炉补给水质量标准如下:

2.png 

以上的水质标准是基于离子交换工艺作为电厂水处理的工艺的基础上编制的。离子交换工艺包括复船系统、混床系统、氢-钠离子交换系统等。此次调研的为天津大港电厂,大连石化,大连黄岛电厂原使用的水处理工艺均为复床加混床的全离子交换工艺,据厂家先容采用全离子交换法工艺的水处理成本都在10/立方米以上,而采用多级闪蒸法和低温多效法的产水含盐量一般可以达到5mgL以下,反渗透法加一级常规反渗透的工艺也可以使产水达到5mgL以下。再加上后续离子交换精制就可作为锅炉补给水。

1985年实施的GB5749-85国家生活饮用水卫生标准对集中式和分散式供水的主要指标规定如下:

3.png 

蒸馏和反渗透海水淡化的产水都能达到这个上述标准,但蒸馏法的产水纯度较高,水中已很少有矿物质,而反渗透海水淡化的产水一般在100-200mg/L左右,并且非常洁净,作为城镇生活用水非常合适。

 

三、多级闪蒸法8858cc永利技术经济分析

国内仅有的多级闪蒸8858cc永利建在天津,采用多级闪蒸加离子交换的工艺提供锅炉补给水。迄今为止已运行近十五年,积累了大量的运行数据。现对该8858cc永利进行技术经济分析。大港电厂管理人员提供的该套装置的运行能耗与20044月出版的<海水淡化技术与工程手册>第五章多级闪蒸工程实例内容基本相同。在实例中汽价和电价都未按市场化的价格来确定,并且也未考虑维修费用及其他费用,使实例中得出的运行成本明显偏低,为了与其他的淡化方法进行比较,对以上成本进行调整,在统一的条件下进行成本估算,尽可能使之与其他方法有可比性。原摘录的运行数据与调整后的数据见下表。

4.png 

从上表中可以看出,多级闪蒸产出的淡水综合成本6.68/立方米,再加上离子交换精制的成本。总成本要低于纯离子交换法的成本,因此采用海水淡化生产锅炉补给水有一定的竞争力。

四、低温多效8858cc永利技术经济分析

黄岛电厂3000/日低温多效8858cc永利是目前我国仅有的低温多效8858cc永利,采用低温多效加离子交换的工艺提供锅炉补给水。低温多效装置运行成本综合建设单位和设计单位双方的先容,得到如下数据:

5.png 

据业主先容,低温多效再加上后续离子交换,总成本再7/立方米左右,有较强的竞争力。

 

五、反渗透8858cc永利技术经济分析

反渗透海水淡化产水含盐量约在100mg/L-200mg/L左右,可作为优质生活饮用水,加上一级常规反渗透后产水含盐量在5mg/L以下,再加上离子交换精制可作为锅炉补给水。

目前我国反渗透海水淡化已得到了迅速的发展,从1997年至今,我国南北沿海地区已先后建成一批反渗透海水淡化示范工程。既有作为城镇用水的反渗透8858cc永利又有作为锅炉补给水的反渗透8858cc永利。反渗透海水淡化总产水量已突破2万立方米/日,万吨级一下规模的反渗透海水淡化工程应用技术已基本成熟,投资成本与运行成本已不断下降。5000立方米/日的反渗透8858cc永利按与蒸馏法相同的计算条件估算成本仅为3.9/立方米。

在海水淡化应用于锅炉补给水方面,华能电厂建成了2000立方米/日的反渗透海水淡化+一级常规反渗透装置,产出的淡水再经离子交换精制后用于锅炉补给水,运行已三年。大连石化企业也已简称采用反渗透海水淡化+二级常规反渗透工艺直接提供锅炉补给水的生产装置。自200311月投产以后,基本连续运行,开工率高达97%。按与蒸馏法相同计算口径测算的以上四种8858cc永利的成本如下:

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1000立方米/日反渗透8858cc永利

5000立方米/日反渗透8858cc永利

反渗透海水淡化加一级常规反渗透装置(估算)

大连石化反渗透海水淡化加二级常规反渗透装置

总投资(万元)

550

2000

1870

4500

设备投资(万元)

350

1500

1570

3500

产水量(立方米/日)

1000

5000

3000

5000

出水水质(mg/L

100~200

100~200

5

5

电耗(度/立方米)

4

4

5

5.05

电力成本(元/立方米)

注:按0.4/度计

2.16

1.6

2

2.02

换膜费用(元/立方米)

海水淡化莫与常规反渗透膜均安5年寿命估算

0.26

0.38

0.42

0.62

药剂费用(元/立方米)

0.2

0.36

0.25

0.62

人力成本(元/立方米)

0.2

0.18

0.2

0.18

管理费用(元/立方米)

按人力费用的50%

0.1

0.09

0.1

0.09

维修成本(元/立方米)

安总投资的1.5%

0.18

0.18

0.24

0.41

运行成本(元/立方米)

3.1

2.79

3.21

3.94

投资成本(元/立方米)

注:按20年回收期计,利率6.5%

1.52

1.11

1.72

2.49

综合成本(元/立方米)

4.62

3.9

4.93

6.43

1:人工成本估算与蒸馏法相同

2:维修费用按总投资的1.5%估算年维修费

 

六、几种海水淡化方法经济分析

火电厂的热能利用已很成熟,Z终靠冷却塔冷却的做完功的乏汽温度仅比气温高2-3度,一般在28.98-32.9℃,不能用于蒸馏法海水淡化的热源,蒸馏法所用的蒸汽是做了部分功的蒸汽(不是乏汽),其性质与热电厂所供蒸汽相近。目前天津开发区热电厂供汽市场价为99/吨。因此黄岛电厂成本测算时采用的16/吨的蒸汽价格没有反映出蒸汽的真实成本。

从统一了计算依据后的技术分析数据显示,当海水淡化作为锅炉补给水使用时,多级闪蒸不管是运行成本和综合成本均远高于低温多效和反渗透法。因此再国内显然缺乏竞争力。在蒸汽价格仅按16/吨计算时,低温多效成本比反渗透海水淡化加一级常规反渗透的成本要高,但与反渗透海水淡化加二级常规反渗透的成本基本相当。当火电厂采用海水淡化作为锅炉补给水时,低温多效法仍具有一定的竞争力。由于低温多效法在国内还是首次采用,缺少实际运行的数据,真实成本有待进一步验证;同事由于低温多效装置必须采用大量的金属构件,运行在潮湿、高温、气液交替环境下,设备的防腐效果有待于进一步的考验

反渗透在常温下运行,可大量采用非金属材料,腐蚀问题远比蒸馏法轻;反渗透8858cc永利再国内已有多套使用,并已运行多年,成本估算相对准确。反渗透海水淡化产水已优于生活饮用水标准,可直接进入城市供水管网。从技术分析数据显示,反渗透海水淡化运行成本与投资成本远低于低温多效法,因此当海水淡化作为城镇用水或普通工业用水时,反渗透法具有无可比拟的优势。对于火电厂需要的8858cc永利,由于火电厂所需的淡水并不都是高品质的淡水,普通淡水完全可用反渗透海水淡化法直接提供,成本比低温多效法低很多。因此完全可采用反渗透海水淡化与一级常规反渗透相结合的方法解决电厂供水。

 

七、结论

    鉴于国外的发展趋势及国内沿海地区海水淡化方法的应用实情,经过膜法与蒸馏法海水淡化的技术经济对比分析,认为在我国发展海水淡化,不管是作为城镇用水还是作为电厂锅炉补给水,采用反渗透海水淡化方法均比其他海水淡化有优势!


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