6 低温多效海水淡化工艺的经济性分析及经济调整方案

序号 1 2 3
蒸汽压力(绝压) 0.03～0.1MPa 0.12～0.3 MPa 0.3-0.5 MPa
原海水温度 30℃
含盐量ຫໍສະໝຸດ Baidu
27000mg/L～ 34000mg/L
冷却海水温度 33℃
造水比 10.3 13
15
3.1 规模出力效应：进汽量增大，GOR 有两种经济性 3.1.1 旁路运行，进汽量大、出力较高时 GOR 较大
599
全国火电 600MW 级机组能效对标及竞赛第十六届年会论文集
节能降耗
至 3℃，首末效即是 42℃，则入料水温度小于 30℃。GOR 是更大了，但是真空、换热面积、传热管 材、海水润湿率等须重新设计，投资及电耗等成本又高了。
对于北疆电厂的海水淡化系统，一般控制临效温差在 2 度左右、首末效温差 30 度左右较好。 3.3 高、低压 TVC 选择对 GOR 的影响：一般高压 TVC 优于低压 TVC。
结合我们北疆电厂的低压 TVC，其抽气比、喉管直径等参数一定，65—70 吨/h 的动力蒸汽量是
598
全国火电 600MW 级机组能效对标及竞赛第十六届年会论文集
节能降耗
其最佳造水比的临界区间，此时会出现最佳 GOR。之前，提高进汽量、提高出力会增加 GOR，超越这 一区间时，增加外部高品质蒸汽的进入能继续增加产水量，但是在造水比这一经济性指标上，却不 能增加二次抽汽量，反而降低造水比。 3.2 首末效温差对 GOR 的影响：首末效温差越大，则 GOR 越大
第 7 效温度 ℃
56.4 55.1 56.3
首效温度℃
69.5 68.8 69.1
进汽量 T/H 68.1 67.9 67.3
产水量 M3/H 961 979 940
冷凝水量 M3/H 96 97 95
造水比
14.52 14.85 14.38
三种工况的 TVC 抽汽量（冷凝水-进汽量）相当、首效温度相当、中间效即抽汽效后（7 效）温 度相当，不同的是首末效温差δT 不同，δTA=25.6℃，δTB=27.7℃，δTC==24.7℃。
项目 序号 低压 TVC
高压 TVC
系统真空 mmHg 62.33 65.21 66.31 67.20
TVC 进汽压 力 MPa 0.130 0.128 0.385 0.392
喷嘴是否参 与调节 —— —— 是 是
进汽量 T/H 74.1 76.2 70.2 72.8
产水量 M3/H 1043 1065 1042 1068
【关键字】低温多效 海水淡化 循环经济 造水比 经济调整
1 技术工艺简介及经济性差异的客观存在
北疆电厂海水淡化工程如图 1 所示：利用汽轮机 5、6 段抽汽作为动力蒸汽，压力 0.03～0.50MPa （绝压）。控制海水最高蒸发温度小于 70℃的情况下，将经特殊设计的一系列水平管束，由密封管 板固定于多个降膜式蒸发器（以下简称效）之中，并在第 6 或第 9 效设置提高效率的抽汽装置—热 压缩机（简称 TVC）；每套装置由 14 效串接组成并被分成四个效组，系统在一定梯度的真空下，将 低品位蒸汽引入第 1 效，海水被加热后蒸发成汽，再去与下一效换热而冷凝，通过重复的蒸发和冷 凝，控制每一效略低的温度及压力（略高的真空度），生产大量的蒸馏水。
这是因为：1、随着抽汽效数的后移，被抽的效内的蒸汽压力减小，抽取回热蒸汽的难度加大， 故需高品位热源蒸汽来驱动；2、在抽汽效后各效的压力相应降低，相对于高压 TVC 来讲更加拉动二 次蒸汽向后流动，提高真空梯度，加速蒸发；3、由于高压 TVC 能量回收率大，因此进入首效的蒸汽 量也相对较多，使得抽取效前的产水能力相对较高；当然抽取效后的二次蒸汽量也相应减少，这两 个相反的诱因由于特定的系统设计，总体上使得高压 TVC 的能量利用方式和造水能力优于低压 TVC。
查阅实时及历史曲线，如表 1。
597
全国火电 600MW 级机组能效对标及竞赛第十六届年会论文集
节能降耗
表 1 （2011.10.13，#1 装置，旁路方式）不同出力时的运行数据及造水比
项目工况
1 2 3 4 5
末效温度 ℃
35.3 35.0 44.7 40.1 41.8
首效温度 ℃
54.1 53.8 69.1 59.5 70
高、低压 TVC 的不同主要体现在设计参数和抽气位置的不同，如表 4。
表 4 高、低压 TVC 的主要对比
项目 TVC
高压 TVC
动力蒸汽 进汽压力 MPa
0.3—0.5
动力蒸汽温度、 （减温后）℃
＜180
本体调节性 带进汽可调喷嘴
驱动蒸汽 汽源
5抽
回热抽汽 位置
第9效
低压 TVC
0.12 或 0.23
图2 不同工况下效组运行温度曲线
工况1 工况2 工况3
温度℃
80 70 60 50 40 30 20 10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 效组
所以，首末效温差在一定范围内，控制的越大，则造水比越高。但对于特定的工艺系统，首末 效温差也不是越大越好，因为这其中涉及一个参数联动且各自变化不同步的问题：如果临效差均增
(LT—MED，以下简称 MED），开创了“发电—海水淡化—浓海水制盐—土地节约整理—废物资源化再利用”循环经济 项目模式，在科技含金量和环保优势上处于业内领先地位。循环经济中的枢纽项目——海水淡化，系统稳定、经济 性高、产水纯度高，TDS 小于 5mg/L，首次使优质淡化水大规模向社会供应成为可能；并使得低成本或零成本的废热 得到有效利用，“水—电联产”大幅提高了热力生产企业的能源利用效率：从 45.16%提升到 55.76%；同时极大改善 了环保问题、土地紧缺、盐化工产业升级等一系列问题。本文以生产实际为基础，重点论述了低温多效生产工艺当 中：影响海水淡化经济性的因素组成、分析；影响主要生产成本—汽耗（造水比）的因素及最佳造水比的获取；海 水淡化实现最佳经济性的经济调整方案。
＜180
不带
5 抽或 6 抽 第 6 效
两种 TVC 的主要差异在于进汽压力和抽汽位置的不同。实际表明：同真空下，外界汽源条件都 满足，高压 TVC 运行时的造水比要大于低压 TVC。表 5 的生产实时数据说明了这一点。
表 5 （2011 年 11 月，#4 装置） 高压 TVC 与低压 TVC 的带负荷能力及各自的造水比
0.03-0.12M Pa 0.3-0.5M Pa
0.12-0.3M Pa
图 1 低温多效（MED）流程简图
596
全国火电 600MW 级机组能效对标及竞赛第十六届年会论文集
节能降耗
从理论上讲，只要建立合适的真空，输入蒸汽的汽化潜热将逐效等量传递。然而在实际生产过 程中，由于系统温度及温差等主要参数的控制方式的差异、高低压 TVC 的选取、换热装置的运行情 况、转机动力设备的配置与使用方法等，使得系统的经济性有着一定程度的波动。这其中有着设备 投资、生产损耗、最大经济性及最大造水比的最佳交叉点—即最低的生产成本、最佳经济性。
TVC 运行时，运行数据见表 2：
表 2 （2011-8） 低压 TVC 不同进汽量时装置的造水比
项目工况
1 2 3 4
系统真空 mmHg 60.86 60.11 58.21 57.77
进汽量 T/H 77.6 76.9 68.2 67.3
产水量 M3/H 1044 1045 960 955
冷凝水量 M3/H
我们已经得出：相同的真空、系统进汽量一定时，多级蒸馏装置产水量的增加靠的是后续效的 充分蒸发，前几效产水量基本不变。图 2 表明：3 个工况下前 7 效温度基本一样、真空基本一致， 因此产水量基本相同，区别在于第 7 效以后，工况 2 温度明显下移，对造水比增加有贡献的主要为 7-14 效。因为工况 2 首末效温差相对较大，后几效对应的饱和蒸汽压力更低，使得真空梯度加大， 系统内的二次蒸汽在后续效流速、流量增大；同时，更低的温度和压力使得前边汇集来的产品水及 盐水在闪蒸罐内的闪蒸量也增加，最终使得产品水量和 GOR 上升。
全国火电 600MW 级机组能效对标及竞赛第十六届年会论文集
节能降耗
低温多效海水淡化工艺的经济性分析及 经济调整方案
李 广 苏大鹏 丁国栋 （国投津能发电有限公司 天津 汉沽 300480）
【摘 要】天津北疆发电厂一期建设 2×1000MW 超超临界发电机组和 8×25000T/D 的低温多效海水淡化装置
1、汽耗主要体现在造水比的高低，其次为定期抽真空保养时辅助蒸汽使用的合理性 造水比定义：消耗一吨动力蒸汽所产生的产品水量，用 GOR 表示。
GOR = Qu + Qd − Qa Qa
其中：Qu ——产品水产量 Qd ——冷凝水产量 Qa ——蒸汽消耗量
从经济性的要求来看，造水比越大越好，吨水汽耗自然就小。 下面我们先研究影响汽耗即影响造水比的因素。系统设计的造水比如下：
102 101 98 97
造水比
13.76 13.90 14.51 14.63
TVC 的两个作用：一是回抽一部分再生蒸汽，提高系统热效率；二是在中间效（6 或 9）进行抽 气时提高并维持系统的真空，加速蒸汽向后流动，提高后续效的产水能力。
考量表 2 的数据：相比工况 3 和 4，工况 1、2 的进汽量大、产水量高，但是效率—即造水比反 而低。同时，工况 3 和 4 的回热抽汽量（冷凝水—进汽量）增加了 5 吨左右，工况 3 和 4 的造水比 较高。故计算产水量的方法为：产品水产量+冷凝水产量-蒸汽消耗量。查阅文献（1）得知：1、TVC 的出口过汽总量是一定的，输入的动力蒸汽量在超过一定值时，其抽汽量势必降低；2、在系统进汽 量一定时，多级蒸馏装置的产水量的增加靠的是后续级的充分蒸发，在相同的真空下，前几级产水 量基本不变，也就是说：对于 14 效装置，对造水比贡献最大的是 7—14 效。
在低温多效工艺当中，为了传递能量，需在 14 效间建立一定的真空梯度和温度梯度。在运行实 际当中，我们发现：首末效温差越大，则 GOR 越大。表 3 和图 2 给出了三种工况数据：
表 3 （2010 年 4 月，#2 装置）不同的首末效温差时的运行数据及造水比
项目 工况
1 2 3
末效温度℃
43.9 41.1 44.4
2 生产经济成本组成：汽、电、水、药（管理及人力成本不计入）。
海水淡化的输入生产要素为海水、动力蒸汽及辅助蒸汽、动力电源、服务水源、化工药品、人 力使用、设备运维。其中制淡水成本要素为汽耗、电耗、水耗、药品消耗。
3 影响海水淡化经济性的因素分析
由于汽耗为海水淡化吨水成本里比重最大的，因此先重点讨论影响汽耗的主要因素，其次为电 耗、水耗、药品消耗。
冷凝水量 M3/H 103 104 106 107
造水比
14.46 14.34 15.30 15.14
根据本文 1.1.2 和文献（1）中章节—“多效蒸馏工程设计”可知：在系统真空一定、TVC 出口 蒸汽量基本一样（即冷凝水量数据相当）和温度不变条件下，TVC 选取的不同—即进汽品质的不同、 抽汽量的不同、抽汽位置的不同、原始设计抽汽比的不同，导致了高压 TVC 能量回收能力即热效率 方面优于低压 TVC。
进汽量 T/H
48.8 49.4 70.5 47.5 82
产水量 M3/H
600 443 893 545 1070
冷凝水量 M3/H
50 51 71 49 80
造水比
12.29 8.97 12.67 11.47 13.0
当提高出力即增加进汽量时，对系统有两个影响：一是系统温度提高，二是真空值（绝压值） 逐渐上升。温度的提高会增加海水对应压力下的过饱和度，海水处于“欠蒸发”状态，加快蒸发； 真空值上升，会提高海水对应压力下的蒸发温度。对于给定的工艺系统，从表 1 可以看出：这正反 两方面的效果最终使得“温度的提高，会增加海水对应压力下的过饱和度”占了主导。因此当出力 较低时，系统内的真空值即压力已经低于该温度下对应的饱和压力，此时增加少许的蒸汽进汽量， 即能获得更多的产水，最终使得造水比增加。 3.1.2 热压缩机—TVC 运行时，合适的进汽量及回热抽气量，会出现最大造水比（GOR）
备注：本环节只考虑了以海水淡化为中心的经济性问题，但同时也涉及一个供汽装置产汽成本 的问题，毕竟高品位蒸汽的造价要相对较高。若论整个“水电联产” 的经济性，我们应力求改进设
600
全国火电 600MW 级机组能效对标及竞赛第十六届年会论文集