核电厂海水淡化方案选择

1 040 1 040
1 040
浓 盐 水 排 放 量 /（t·h-1）
915
727
696
产品水量/（t·h-1）
125
313
344
抽 汽 蒸 汽 压 力 /MPa
0.981 0.981 0.981
抽 汽 蒸 汽 温 度 /℃
179
179
179
蒸 汽 耗 量 /（t·h-1）
23.6
38.6
46
电耗/［（kW·h）·（m3）-1］ 2.97
2.97
2.97
额 定 海 水 进 水 温 度 /℃
25
25
25
从 1、2 号机组分别接出抽汽管道，在厂房外合 成一路母管至两台海水淡化设备，正常运行时一台 汽轮机供汽， 另一路作为备用。 3、4 号机组的系 统配置同 1、2 号机。 如果 1、2 号机均停机，可以 打开供汽联络管道上的阀门，由 3、4 号机组供汽， 图 1 所示。
1 海水淡化技术
海水淡化技术也称海水脱盐技术， 是分离海 水中盐和水的过程， 目前海水淡化领域的三大主 流 技 术 是 海 水 反 渗 透 法 （SWRO）、 低 温 多 效 蒸 馏 （LT-MED ） 和 多 级 闪 蒸 （MSF ） ［1］。 1.1 海水反渗透法（SWRO）
反渗透法使用的反渗透膜是一种用特殊材料 和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜，能在外 加压力作用下使水溶液中的水透过而不许盐分透 过，从而达到淡化的目的。
系统参数如表 2 所示。
表 2 海水反渗透系统参数
项目
技 术 数 据 （100%出 力 ）
系 统 出 力 /（t·d-1）
19 200
产 品 水 质 量 （TDS）/（mg·L－1）
300～500
系 统 进 水 量 /（t·h-1）
1 688
产 品 水 量 /（t·h-1）
800
电 耗 /［ （kW·h）·（m3）-1］
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2011 年第 6 期（总第 184 期）
装置，图 2 所示。
图 2 从 核 岛 到 MED 的 蒸 汽 路 径
主 蒸 汽 比 放 射 性 活 度 不 超 过 限 值 且 MED 换 热管无泄 露时。 从汽机 来的蒸汽 进入 MED 的第 一效凝结，单独回收，回收后经二级混床处理，进 入凝结水箱，不与最终淡水箱混合，因此最终淡水 中不含放射性。
在 1 号机组正常运行前， 需要考虑启动锅炉 提供蒸汽。
图 1 海 水 淡 化 系 统 （WDS）所 需 蒸 汽 流 程 图
2.3.6 对可能存在的放射性分析 主蒸汽比放射性活度超过限值。 此时主蒸
汽门与海水淡化快速隔离门同时关闭，关闭时间分 别为0.15 s、3 s。 蒸汽到达主蒸汽门约需 1.35 s 的时 间，蒸汽到海水淡化快速隔离门的时间约为6.65 s， 共 计 8 s。 故 此 工 况 下 放 射 性 不 可 能 进 入 MED
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多级闪蒸的造水比，是所得淡水（蒸馏水）的 重量与所耗加热蒸汽的重量之比，是淡化厂经济 效益的直接体现，如日产淡水几百吨或四、五千吨 的装置，造水比一般为 5～8 左右；日产淡水 1 万吨 的装置，造水比多在 10 左右；日产淡水四、五万吨 的装置，造水比可达到 13～14。
机组 3、4 号
210 350 1 258 4 128 3 498 5 946 5 316 机组 5、6 号
210 350 1 258 4 128 3 498 5 946 5 316 机组 1-6 号
630 1 050 3 774 12 384 10 494 17 838 15 948 机组
海水淡化出力选择如下： 膜 处 理 方 法 除 盐 水 处 理 系 统 需 考 虑 30% ～ 50％ 的 设 备 检 修 备 用 出 力 ，4 台 机 的 海 水 淡 化 出 力，按 19 200 t/d（800 t/h）设计，6 台机按 26 400 t/d （1 100 t/h）规划。 考虑到热法不宜频繁启停， 其出力应与淡水 需 求 量 配 套 ， 现 阶 段 海 水 淡 化 出 力 按 15 000 t/d （625 t/h）设计，规划出力为 22 500 t/d（938 t/h）。 2.2 海水反渗透（SWRO） 2.2.1 工艺流程 拟采用如下流程： 循环水系统来海水→絮凝 沉淀池→清水池→超滤装置→超滤水箱→海水反 渗透装置（配能量回收）→淡水箱。 2.2.2 SWRO 预处理系统 膜法海水淡化对入口海水水质要求较高，其 预处理出水水质应满足反渗透装置的进水水质要 求 污 染 指 数 （SDI）小 于 3 ［3］，故 本 工 程 拟 采 用 絮 凝 沉淀+超滤的预处理方式。 絮凝沉淀池对原水适应力强（0～3 000 NTU）， 内部无钢结构件、防腐工程量小，适合作为海水淡 化系统的预处理设备。 经絮凝沉淀池后，出水浊 度可降到 5 NTU 以下，含沙量基本接近零。 根据超滤中试结果， 超滤膜的实际产水水质 可以达到设计值。
表 3 低温多效蒸馏系统参数
项目
来自百度文库
技 术 数 据 — — — LT-MED （4 效末端抽气）
40%出力 100%出力 110%出力
出 力 /（m3·d-1）
3 000 7 500 8 250
造 水 比 （GOR）
7.6
8.1
7.5
效数
4
4
4
产品水质量（TDS）/（mg·L-1） ≤5
≤5
≤5
系 统 进 水 量/（t·h-1）
优 点 ：单 机 容 量 大 ，最 大 的 可 达 到 5 万 t/天 ； 产品水盐的质量浓度一般为 3～10 mg/L。
缺点：最高工作温度为 110℃，需要采用价格昂 贵的换热材料，工程投资高，为反渗透法的 2 倍；能 耗高，在 10 kW·h/m3 以上［2］。 设备的操作弹性小， 是设计值的 80％～110％，不适应于造水量要求可变 的场合；当其传热管腐蚀穿孔将污染水质。 1.3 低温多效蒸馏技术（LT-MED）
合比选，提出滨海核电厂海水淡化的推荐方案。
关键词：核电；海水淡化；方案
Abstract: As a trend，seawater desalination is used to settle out the problem of freshwater source for nuclear power plant.
将一系列的水平管喷淋降温蒸发器串联起 来，蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交换后， 冷凝成淡化水。 海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发 器， 并使几乎同量的海水以比第一效更低的温度 蒸发，自身又被冷凝。 这一过程一直重复到最后 一效，连续产出淡化水。
优 点 ：海 水 的 蒸 发 温 度 不 超 过 70 ℃，减 缓 了 设备的腐蚀和结垢； 热效 率比多级 闪蒸高 ，30 余 度的温差可达到 10 左右的造水比；操作负荷可从 40％～110％变 化 ， 弹 性 较 大 ； 能 耗 较 低 ； 前 处 理 较 简单，化学药剂消耗较低；系统的操作安全可靠， 即便发生传热管泄漏， 仅仅降低产量而不会影响 水质。
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2.2.3 后续水处理系统 工程后续除盐水处理系统拟采用反渗透+一级
除盐+混床处理工艺。 本期 设 4 台 120t/h 反渗透 装 置 、4 台 Φ2800 的 阳 床 、4 台 Φ2800 的 阴 床 和 4 台 Φ2000 的混床 ，满足 1-4 号机 对 除 盐 水 的 需 求 量，5、6 号机组考虑采用同样的处理方式，并为其 预留相应的位置。 2.2.4 系统参数
后续水处理系统拟采用两级混床处理，设 4台 Φ2000 混床，1 套再生系统及酸碱储存系统。 酸、 碱废水就地中和后排至非放射性生产废水系统。 2.3.4 系统参数
工 程 设 置 两 套 出 力 为 7 500 t/h 的 LT -MED 装置，系统参数如表 3 所示。 2.3.5 蒸汽来源及影响
经过与汽机供货商配合，确定正常工作时的汽 源为四抽来的湿蒸汽，压力为 0.981 MPa（a），温度 为 179℃。 汽轮机的抽汽量为 77.2 t/h 时，出力将 减少 10.8 MW。
为防止膜被污染和污堵， 反渗透的进料海水 需进行预处理，以去除悬浮固体及其它有害物。 随着超滤技术的不断成熟和设备费用的降低，超
滤作为海水淡化反渗透的预处理设备，具有工艺 简单、操作方便和出水水质好的优点，是一种理想 的预处理方式。 经预处理后的海水，经高压泵增 压后，进入膜脱盐设备，产出的中间淡水产品进入 后处理设施精制成终产品淡水， 浓盐水自膜脱盐 设备排出。
缺点：低温多效蒸馏设备体积较大，装置费用 较高。
2 山东海阳核电厂海水淡化方案技术论证 及比较
山东海阳核电厂规划容量为 6 台百万千瓦 等级的核电机组， 一期工程 2 台机组正在建设， 二期工程拟紧跟一期工程建设， 海水淡化规模 按满足 1-4 号机组淡水用量设计，预留 5、6 号 机 组 海 水 淡 化 扩 建 用 场 地 。 由 于 MSF 投 资 和 运行费用较高， 且对变出力工况的调节能力较差， 因此工程仅对海水反渗透和低温多效这两种方案 进行对比论证。
This article proposes a recommended seawater desalination scheme by comparison all of the seawater desalination
schemes for Shandong Haiyang nuclear plant.
将海水加热到一定温度后，引入到一个闪蒸 室，其室内的压力低于海水所对应的饱和蒸汽压， 部分海水迅速汽化，冷凝后即为所需淡水；另一部 分海水温度降低，流入另一个压力较低的闪蒸室， 又重复蒸发和降温的过程。 将多个闪蒸室串联 起来，室内压力逐级降低，海水逐级降温，连续产 出淡化水。
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核电厂海水淡化方案选择
Selection of Seawater Desalination Scheme for Nuclear Power Plant
王鹏
（国核电力规划设计研究院，北京 100094）
摘要：滨海核电采用海水淡化解决淡水来源 ，已经成为一个趋势。 结合山东海阳核电工程，对海水淡化方式进行综
6.0
额 定 海 水 进 水 温 度 /℃
25
2.3 低温多效蒸馏技术（MED） 2.3.1 系统流程
拟采用流程：海水→絮凝沉淀池→自动反冲洗 过滤器→ LT-MED 装置→淡水箱。 2.3.2 预处理工艺
为避免 MED 管束被粘泥覆盖，影响换热效率， 按絮凝沉淀+过滤考虑，过滤器选择网式自动反冲 洗过滤器，过滤精度 500 μm，出水浊度接近 0 NTU。 2.3.3 后续水处理系统
所需能耗主要用于提供反渗透过程所需的压 力，为了降低费用，通常在浓盐水排放管线上安装 能 量 回 收 装 置 ， 可 以 回 收 浓 盐 水 能 量 的 60% ~ 90%，其规模制水的能耗为 4.0～7.0 kW·h/m3。
优点：无相变过程，能耗低；工程投资及造水 成本较低；装置紧凑，占地较少。
缺点：预处理要求严格，反渗透膜需要定期更 换，海水温度低的情况下需加热处理。 1.2 多级闪蒸技术（MSF）
Key words: nuclear power plant；seawater desalination；scheme
中 图 分 类 号 ：TM623.1
文 献 标 志 码 ：B
文 章 编 号 ：1007－9904（2011）06－0051－04
0 引言
目前国内核准的核电项目均为滨海电厂，一 个安装 6 台百万千瓦等级机组的核电厂， 年耗淡 水量在 600 万吨以上， 由于牵涉到核电厂的 安全 运行，因此对水源的保证率要求极高。 随着沿海 厂址的日益稀缺， 滨海核电厂采用海水淡化解决 淡水来源， 摆脱外部条件的限制已经成为一个趋 势。
2.1 淡化需求量和出力
根据核算结果，全厂淡水需求量见表 1。
表 1 全厂淡水需求量
t/d
机组
道路浇 工业
生活 洒、绿化 用水
水量 及洗车 量
用水量
除盐水处理系 淡水总用量
统用水量
LT-
LT-
SWRO
SWRO
MED
MED
1、2 号 210 350 1 258 4 128 3 498 5 946 5 316