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1、关于规模化海水淡化发展的思考关于规模化海水淡化发展的思考邵雪峰邵雪峰 张世乾张世乾 张博张博 北京朗新明环保科技有限公司，北京市海淀区西四环中路 16 号院 1 号楼 6 层，100039摘摘 要：要：淡水资源短缺是人类在未来面临的主要资源和环境问题。 海水淡化不仅可以生产大量的优质淡水，还可以用于工业废水的处理实现水资源回收利用。所以加快海水淡化产业规模化发展对国家节能减排需要、走企业可持续发展路线具有极其重要的作用。关键字：海水淡化，发展Abstract: The shortage of freshwater is the main environmental problems in th
2、e new century。seawater desalination technology has drawn much attention. Besides producing high quality freshwater, it also can be used in treating conventional wastewater. During this process, the water resources are recycled again. So boosting the development of large-scale seawater desalination i
3、ndustry plays an important role for national energy saving and shows strong impact for the sustainable development of enterprises.Key words: Seawater desalination, Advancement1前言中国是水资源大国，同时也是人均水资源贫国，其人均水资源量为2220立方米，居世界第100位之后。近20年来中国沿海地区经济发展迅速，在国民经济中占有举足轻重的地位。但是沿海城市的缺水形势极为严峻，沿海工业城市的人均水资源量大部分低于500立方米
4、，处于极度缺水境况。解决我国沿海地区淡水资源短缺问题的基本途径是开源节流。一是大力开展全面节水，提高水利用效率；二是大力实施海水的有效利用，优化水资源结构；三是积极创造条件，实施必要的跨流域调水。但蓄水、跨流域调水等传统措施，只能实现水资源的时空位移，解决部分地区缺水问题，而不能增加水资源总量，难以解决缺水的根本问题。目前全球海水淡化已经成为解决水源短缺的有效途径之一。因此，海水利用既紧迫、又任重道远，也可以大有作为。海水脱盐技术的开发对于缓解淡水资源短缺、实现水资源的合理、科学利用具有重要意义。加快海水脱盐技术换代和技术创新步伐对适应节能减排需要、走企业可持续发展路线具有极其重要的作用。2中
5、国海水淡化技术的行业背景2.1 海水淡化应用区域分析海水淡化应用区域分析我国是海洋大国，但沿海地区水资源的总量仅占全国的1/4，北方沿海天津、河北、辽宁和山东4省市人均综合用水量仅为269吨，南方沿海7省市人均综合用水量为560吨，均处于极度缺水状态，部分地区地下水超采，已经造成地面下沉、海水倒灌、生态环境恶化。重点应用区域有：环渤海区域的京津唐、辽东半岛、山东半岛浙江台州湾、乐清湾、象山港区域。至于海水应用区域水质方面，我国环渤海区域变化受北方大陆性气候影响，全年 7 个月低于 15，海水的盐度为 3%。山东半岛以南，黄海的水温年变化小于渤海为 15-24,黄海海水的盐度为 3.2% 。东南
6、海常年水温保持 20以上，但受潮汐影响水质变化较大。水温是反渗透海水淡化系统设计的重要依据之一，为了保证供水，一般以平均温度作为设计点，这样当水温低于平均温度时，产水量也会相应下降，高于平均温度时，产水量会超过设计值。当要求反渗透系统产水恒定时，将最低温度作为设计点，这样任何时侯的产水量都会达到或超过设计值。2.2 现已投产海水淡化装置现已投产海水淡化装置全球海水淡化市场已颇具规模，有近 130 个国家和地区利用海水淡化技术。世界淡化水日产水约 6000 万立方米。世界海水淡化工程额约 80-100 亿美金/年。在所有已建成或者已签合同的脱盐装置中，多级蒸馏技术占世界海水淡化装机容量的 42%
7、，反渗透技术占 45%。除海湾国家外，美国、亚洲、和欧洲，多以反渗透为首选。反渗透本体的工艺设计已相当成熟，一般设计回收率在 40%-45%。反渗透膜元件具有产水量受温度影响大的特点，尤其对于海水淡化装置，其影响十分显著。反渗透海水淡化膜元件的温度影响因子一般在 3%左右，当温度差 10时，产水量可差 30%左右。为了保持相对稳定的产水量，需要对操作压力进行调节，反渗透海水淡化膜的操作压力调节可达2MPa，升高操作压力可提高产水量。低温多效蒸馏（LTMED）是当今使用中的最有效的热法蒸馏工艺之一，多年商业化运行的低温多效海水淡化厂的实践经验表明：与其他海水淡化工艺相比，低温多效蒸馏海水淡化装置
8、经久耐用，操作运行简单，可靠，灵活和经济，产品水纯度高。近年来随着装置出力的不断提高以及运行能耗的下降，结合不断的研发，以提高海水回收率及浓盐水排放浓度，降低了浓盐水排放量，低温多效蒸馏海水淡化的工艺得到了进一步的改善。2.2.1海水淡化装置规模1. 国内现已投产装置总处理量：60万吨/天2. 主流成熟工艺：反渗透膜法/低温多效热法3. 产业规模化发展的方向：1） 海水淡化水作为岛屿的日常用水（百吨、千吨级） 。2） 海水淡化水作为电力、冶金、化工等主要耗水产业群用水（万吨级） 。3） 海水淡化水作为缺水区域的市政供水（京津唐、辽东半岛、山东半岛，十万吨级） 。4） 海水淡化可以实现适当距离的
9、跨区域调水（百万吨级）： A. 海水淡化进京 B. 海水淡化进内蒙古C. 海水淡化进西北5） 海水淡化水作为贮备用水（大连、京津唐、江浙沿海，万吨级） 。2.2.2 运营成本目前海水淡化能够维持正常运行的价格膜法在 5.5-7.5 元/吨，热法在 6.5-10.0 元/吨，而市政自用水价格一般在 2-4 元/吨，工业用水价格在 4-8 元/吨。因此，海水淡化在特定区域的日常用水和高品质工业用户的自备水源方面可以首先获得应用。2.3 海水淡化政策支持和产业发展的边界障碍海水淡化政策支持和产业发展的边界障碍海水利用专项规划由国家发改委、国家海洋局、财政部正式颁布实施。这一专项规划，全面分析了当前我
10、国海水利用面临的形势，明确提出了海水利用的指导思想、遵循原则和发展目标，科学规划了国家在“十一五”期间乃至2020年海水利用的发展重点、区域布置与重点工程，具体制定了加快海水淡化利用业的政策和措施。由规划具体提出，“十一五”末，我国海水淡化能力要达到日产80-100万吨，海水直接利用能力达到550亿立方米，海水淡化对解决沿海地区缺水问题的贡献率要达到16-24%，海水化学资源综合利用水平有大的提高。中国海水淡化已基本具备了产业化发展条件，但与国外先进水平还有很大差距。膜法主要是在关键设备如高压泵、膜组件、能量回收装置等还没有具备能力，这些设备主要依赖进口；热法主要是没有完全掌握核心技术，不能够
11、提供成熟可靠的系统配套设计。由于海水淡化不单纯是个技术问题，而是受项目管理、融资等方面影响。因此发展海水淡化产业还需要政府大力支持，海水淡化水如何接入市政管网，涉及到与现有市政行业的协调等。同时我们还缺乏大型海水淡化项目的设计建设管理经验和能力，我国目前已运行的稳定可靠的海淡项目并不是很多。【2】3中国海水淡化技术的发展重点及方向海水淡化是特种水资源，纯水市场随着人们生活水平的提高，不少人开始饮用“纯净”水，需求潜力巨大，由此为海水淡化的应用提供了良好的发展机遇。随着经济发展特种水资源将日益重要，其价格也将逐步体现其价值。海水淡化是能量转化，主要消耗蒸汽和电能，膜法吨淡水耗电3-5度；热法吨淡
12、水耗电0.9-1.3度，耗蒸汽0.1-0.06吨。通过风能、太阳能等绿色能源提供海水淡化的动力，利用水资源的可储存性，实现能源的储存和可持续利用，对淡水资源短缺的沿海城市及地区，是解决其淡水资源短缺的根本途径，也是社会稳定发展的战略方向。3.1 技术发展重点技术发展重点3.1.1膜法预处理技术：膜法海水淡化中预处理占海水淡化工程总投资的三分之一，目前传统预处理技术较多采用的是混凝沉淀+超滤的方式，但由于季节性潮汐变化，以及就近取水区域的水质变化，往往直接影响到海水反渗透出水水质，同时对膜元件本身也会造成巨大损坏，所以提高预处理技术水平为后续脱盐提供稳定的来水水质，延长膜使用寿命、保证反渗透运行
13、起到关键作用。建议根据不同区域的海水水质情况，比对海水淡化工艺要求进行中试，确定合理的预处理方式。3.1.2超低温多效目前低温多效采用的蒸汽参数多与电厂采暖蒸汽参数相重合，供热的经济性对MED成本产生了较大压力。 为此，我们提出进一步降低MED进口蒸汽参数要求，以及适当提高机组排气压力，即超低温多效来解决大规模热法海水淡化的发展。以 2X300MW 热水联产机组为例， 每天产乏汽 2.5 万吨，如果 MED 按 4 效计算，产水可达到 10 万吨/天。即一个 2X300MW 机组的燃煤电厂就可建造一座 10 万吨的超低温多效海水淡化工厂，在回收热电厂低品质乏汽实现低成本海水淡化的同时，提高热电
14、厂机组的利用率。3.2 技术发展趋势技术发展趋势3.2.1 水电联产【1】1. 火电厂有大量的冷却用海水火力发电厂需要大量的冷却用水。不同容量发电厂的冷却水量见下表 1：表表 1 不同容量发电厂的冷却水量不同容量发电厂的冷却水量(m3/h)发电厂容量(MW) 名称 501001252003004005006009001200直流供水920018400201003310049680552006900099350149000198700循环供水11800214002345043800579607080088500115850150800231700由于滨海电厂一般都采用直流冷却，因此取用的海水量十
15、分巨大，以 600MW 机组考虑，取海水量达 115850 m3/h，每天取水量达 278 万吨。而一般一座大型火电厂基本上容量都在 600-2000MW，因此每天取水量高达几百万吨甚至上千万吨。而海水淡化厂即使是 10万 m3/d 规模的每天取水量也不过 25 万吨，每天排水量也就在 15 万吨，仅占到电厂冷却海水量的 1%或还低，因此在火电厂内建设海水淡化装置完全可利用火电厂的取、排水设施。2.火电厂有大量的余热目前与 600MW 机组配套的锅炉蒸发量为 2008t/h，一般每 kg 蒸汽在凝汽器中冷凝时释放的汽化潜热为 2383-2424kj/kg，因此凝汽器冷凝时所释放的热量约 1.1
16、45109kcal/h，每小时可使约 11 万吨冷却水温升 10，这一巨大的热源使火电厂排放的冷却水温度至少升高 8以上。3.火电厂用电成本较低目前国内市场销售电价与电厂上网电价存在较大差距，南方以浙江省为例，平均销售电价为 0.575 元/kWh，但电厂上网电价并不高，如浙江省物价局 2007 年批准的华能玉环电厂含税上网电价为 0.406 元/kWh，北方以辽宁省为例，平均市场售价 0.55 元/kWh，大连地区 2010 年的上网标高电价为 0.395 元/kWh。3.2.2 海水淡化盐化工一体化海水中蕴藏着大量的盐、镁、钾、溴、锂等重要的化学元素，世界上其他国家每年从海洋中提取盐 5000 万吨，镁及氧化镁 260 万吨，溴 20 万吨。而我国目前仅开展了规模化制盐，多数化学元素的综合利用尚处于科学研究阶段。我国海岸线长，海域广阔，从海水中提取化学元素，增加化工资源供应的潜力很大。以下为反渗透膜法+精制盐的工艺流程：1) 工艺流程海水原水海水原水池海水泵混凝澄清设备海水清水池海水清水泵超滤自清洗过滤器超滤装置
