华能玉环电厂海水淡化项目五年运营小结
[摘 要] 华能玉环电厂35000t/d“双膜法”海水淡化系统自2006年3月投入运营，至今已安全、稳定运行了5年，现对此项目进行总结，证明在火力发电厂中，使用海水淡化作为唯一的水源是可靠的、经济的。
1 前言
华能玉环电厂位于浙江省玉环县大麦屿经济开发区，地处浙东南沿海的乐清湾东岸，玉环岛西侧，三面环山，一面临海，是典型的沿海电厂。由于玉环有着得天独厚的港口自然条件，同时又处于浙南电力负荷中心，早在上世纪七八十年代，国家就曾考虑过在玉环建设大型燃煤电厂，来缓解地区电力供应紧张局面，但受当时的技术和经济条件限制，工程项目一直未能实施，缺水就是其中的制约要素之一。玉环岛的陆地面积约为180平方公里，淡水来源主要为天然降水，由于海岛面积小，加上岛上丘陵小山地貌，集水面积不足，没有修建大型水库的条件。虽然天然降水丰富，淡水资源还是极其紧张。人均水资源占有率仅为656m3，不仅远低于浙江省(2400m3/人)和全国(2700m3/人)的平均水平，甚至低于国际公认的1000m3/人严重缺水标准①。为了实现既不与当地居民“争水”，又能保障机组安全运行，海水淡化成了解决华能玉环电厂生产用水的唯一途径。
华能玉环电厂全厂的生产、生活用淡水全部来源于采用了世界先进的“双膜法”工艺的海水淡化系统，全部工程投资不到2亿元(含地基处理、土建及安装调试费用)，是目前中国最大的膜法海水淡化项目之一。该系统于2006年3月24日制出合格的淡水，有力的保证了华能玉环电厂4×1000MW超超临界机组的安全稳定运行。
2 项目情况华能玉环电厂海水淡化项目建设在电厂厂区西侧，按工艺流程沿海堤布置，2005年10月份开始设备安装，2006年3月调试完毕投入运行。海水淡化车间建筑面积3200m2，系统设计寿命为30年。
2.1 项目建设的主要内容
华能玉环电厂安装的是国产首台百万千瓦超超临界燃煤火力发电机组，是国家 863 计划“超超临界燃煤发电技术”研究课题组成部分，是研究项目。现场没有“热法”海水淡化所需的蒸汽来源;同时由于是在南方新建厂，也没有外来蒸汽;所以“膜法”海水淡化工艺成了华能玉环电厂唯一选择。
华能玉环电厂膜法海水淡化工艺为反应沉淀池+超滤+反渗透，反应沉淀池设两组四座，单座出力为1000吨/小时。反应沉淀池产水通过管道和超滤配水槽相连，超滤设置六套，共用配水槽配水，配水装置布置在配水槽底部，超滤产水进入超滤水箱，再进入6套反渗透共用的进水母管。
一级反渗透设置6套，每套产能为240吨/小时。二级反渗透设置3套，每套产能130吨/小时。 华能玉环电厂海水淡化系统一级反渗透共设6 组，每组设压力容器58 只，每个压力容器内装有7支膜元件，系统回收率为45%，设计出力240 吨/小时(5760 吨/天)，总出力为34560 吨/天。
2.2 项目的关键技术及创新技术
华能玉环电厂海水淡化项目关键及创新技术主要包括：与发电工艺相结合的创新取水系统;包括在海水中首次应用的―微涡旋‖混凝澄清技术和创新的大规模使用超滤工艺，组成了高效、节地的预处理系统;一级反渗透系统配置了高效能量回收装置，极大的降低了吨水能耗;电厂充分利用海水淡化的浓水作为制取次氯酸钠的原料，进一步节约能耗，实现循环经济等。
2.2.1 与发电工艺相结合的创新的取水系统
华能玉环电厂凝汽器采用海水直流冷却，取水口位于乐清湾-15.6米等深线附近的海域，排水口设置在-5米等深线附近的海域。海水淡化系统充分利用了电厂的取水系统，以降低造价;同时利用发电厂余热使排放水温升高的有利条件，降低海水淡化的运行能耗。因此，华能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(凝汽器入口侧)，一路取自虹吸井(凝汽器出口侧)。
2.2.2 高效、节地的预处理系统
乐清湾是一个开口向南的南北向海湾，湾内海水受沿海南下洋流携带、流入湾内河流及潮汐冲刷的多重影响，为高含沙区，含砂属极细粉砂和粗粘土。根据实测资料，电厂取水口附近垂线平均含沙量大潮为0.214kg/m3，中潮为0.260 kg/m3，小潮为0.041 kg/m3。
为了降低海水中的含砂量以及海水中有机物、胶体的含量，以满足膜法脱盐进水水质的要求。项目设置了混凝澄清和超滤组成的预处理系统。混凝澄清的主设备为四座国内首次在海水中应用的―微涡旋‖折板式反应沉淀池，钢筋混凝土结构，内部没有转动部件，可有效地减少防腐成本。混凝澄清沉淀处理后的海水浊度小于5NTU，进入后续的超滤系统。华能玉环电厂超滤系统采用了浸入式超滤，共设6个膜池，总计1800只膜元件。超滤系统配套的转动设备有透过液泵、反洗水泵、清洗水泵、真空泵、罗茨风机等。超滤产水已完全满足反渗透的进水要求。预处理系统投加的药剂有混凝剂，三氯化铁;助凝剂，阴离子聚丙烯酰胺;连续杀菌剂，次氯酸钠;冲击杀菌剂：DBNPA(戊二醛)等。
华能玉环电厂膜法海水淡化预处理系统总占地面积约为2400 m2，据计算，和机械搅拌加速澄清池及两级过滤的常规工艺相比，占地面积仅是其三分之一。
2.2.3 节能的反渗透脱盐系统
反渗透系统技术主要集中在回收率的确定、能量回收的确定及反渗透的布置。系统可以简单的分为三个部分，动力部分、脱盐部分及加药部分。
动力部分的高压泵是脱盐系统的心脏，它提供了克服海水渗透压的动力，是吨水能耗的主要组成部分。正确选择高压泵及其控制方式是系统安全、经济运行的关键。华能玉环电厂的高压泵采用变频控制，密切配合不同温度、不同含盐量的海水及不同阶段反渗透上的能耗，既节约电能，又提升反渗透膜的安全性。高压海水流经反渗透膜元件，除产水外，55%的浓水只是损失了反渗透膜的水阻(段间压差)，还蕴含着巨大的能量，所以“膜法”海水淡化设置能量回收装置的类型是降低系统能耗的关键。华能玉环电厂采用的是压力转换器，是液-液直接传递压力的一种能量回收装置，能量回收效率可达94%，确保了华能玉环电厂的较低的吨水电耗。
2.2.4 循环利用海淡浓水，降低运营成本
将反渗透的部分浓水作为电厂3×90kg/h 电解海水制取次氯酸钠的原料，充分利用其中2 倍浓缩的氯化钠，既节约了电解装置的能耗，又实现了循环经济。
2.2.5 运行现场无人值守
华能玉环电厂海水淡化项目由于较高的自动化水平，真正实现了除正常巡检外，运行现场无人值守。
3 项目运行情况
3.1 项目产能
2006 年3 月24 日，海水淡化项目投入运行。到2010 年底华能玉环电厂海水淡化共产淡水约2600万吨。这相当于每年9 万城镇居民生活用水总量，或是一座中型水库的总库存量②。
3.2 单位能耗
在2009 年7 月，华能玉环电厂组织有关单位对海水淡化系统进行了性能测试，主要参数如下：
备注：海水淡化理论耗能量，1.41kWh/t。项目设计能耗, 3.7kWh/t。
3.3 单位药耗
海水淡化除了电力消耗外，还有的日常的药品消耗，对2009 年及2010 年海水淡化的药品实际消耗进行统计，单位药耗为0.86 元/吨。其中阻垢剂、混凝剂及还原剂等运行用药品，0.72 元/吨，占84.24%;柠檬酸、戊二醛等维护用药品，0.14 元/吨，占15.76%。不同的药品所占的比例如下：
3.4 项目投资及折旧
华能玉环电厂海水淡化设备静态总投资为18800万元(含建筑、安装、设备，不含征地),去掉其中的材料部分，形成资产的为15020万元，若以15年折旧计，年折旧成本1001.33万元。
3.5 维护成本
统计2009年及2010年度实际发生的维护费用，运行维护材料费约为150万元/年。
3.6 人工成本
华能玉环电厂没有为海水淡化设置专门的人员，全厂和其相关的人员配置如下： ⑴运行部门(OP)： 全厂5个值，和海水淡化相关的约1.2人; 化学专业运行工程师1名，海水淡化约占其25%的工作量。 ⑵.维护部门(MP) 维护工程师，2名，海水淡化约占其30%的工作量。 现场工人，14名，和海水淡化相关的约4人; 因此，按6人计算人工成本。
3.7 制水成本及说明
基于2009年及2010年的实际数据计算，华能玉环电厂海水淡化的吨水成本为5.52元。制水成本较高的原因是根据火力发电厂设计规范的要求，海水淡化的产能是由电厂峰值用水量确定的。华能玉环电厂自投产以来，不懈的追求节能减排降耗，海水淡化脱盐部分年利用率较低，在相同的背景下，单位产水需分摊的设备折旧费用较高。因此若按设计负荷常态供水,成本可大为降低。详细见下表：
设备年利用用率在75%左右(6600小时)时，华能玉环电厂海水淡化项目吨水成本在4元人民币以下。
4 项目意义
4.1 华能玉环电厂海水淡化项目成功的示范作用
4.1.1 海水淡化是安全、可靠的
华能玉环电厂采用国际先进技术，在国内第一个采用―双膜法‖海水淡化工艺，建成国内特大容量的海水淡化水工程，制水量为1440立方米/小时，电厂使用的发电用水、脱硫用水和生活用水等全部由海水淡化获得， 海水淡化虽然是华能玉环电厂整个生产过程的一个辅助系统，但在玉环县这个缺水的地区，海水淡化作为华能玉环电厂的唯一水源，其安全、可靠有力的保证了华能玉环电厂4×1000MW超超临界机组的建设、调试及运行，创造了国内电力发展史上的奇迹，翻开了沿海电厂设计及运营新的一页。
4.1.2 海水淡化是经济的
华能玉环电厂成功实现通过海水淡化解决全厂生产、生活用水，充分证明了海水淡化使用于沿海火力发电厂无论在经济上还是技术上都是可行的。目前沿海区域淡水资源相对比较紧张，水价也在逐步上升。玉环工程海水淡化的制水成本对于当地工业用水水价已基本持平。
随着科技的进步，海水淡化的成本还在不断下降。这样，对于我国沿海、岛屿上大型工业或居民生活供水，采用海水淡化在经济上更加可行。从水质方面考虑，由于海水淡化水质较好远远优于天然水，工业应用海水淡化产水的成本应低于自来水，特别是如电厂等对水质要求较高的工业企业选用海水淡化，更加经济。
4.1.3 海水淡化是环境友好的
华能玉环电厂将可研中及环评批复中要列为电厂专用的里墩水库仍留给地方居民使用，出资建设了国内最大规模的海水淡化装置解决电厂的生产、生活用水问题，电厂同时建设了供应当地自来水公司的饮水管线，在地方急用时提供居民生活用水。华能玉环电厂每年可为当地节约淡水资源1000万立方米，并且不向环境排放废水，淡水重复利用率64%，废水重复利用率达100%。对构建和谐社会也起到了良好的示范作用。
华能玉环电厂还委托宁波市海洋环境监测中心对附近海域进行了海洋环境影响后评估，评估结论为：总体来说，华能玉环电厂建设前和运营后厂址附近海域海水水质和海洋沉积物环境质量状况变化不大。增温对海域浮游生物的影响不大，是有限的。
4.2 华能玉环电厂海水淡化项目成功揭示了海水淡化的优势
4.2.1 海水淡化作为水源的优势
对于淡水缺乏的沿海地区，海水淡化还有如下优势：海水淡化不依赖天然降水，不受旱涝影响;占地面积小，不像修建水库那样需要大面积土地;对环境影响小，不影响小流域的水利条件及环境条件;产水水质好，不含重金属及病毒等。
4.2.2 发展海水淡化促进循环经济
发展海水淡化，可以促进其它海化工业的发展;沿海工业圈发展海水淡化产业，后续产业链可以考虑投入卤水化工或氯碱化工以充分消化海水淡化的浓水，以实现循环经济。
5 项目存在的问题及下一步计划
华能玉环电厂海水淡化项目作为中国第一个大型的膜法海水淡化工程，思考其设计、安装及运营维护，还是充分体现出了我国在海水淡化技术方面储备不足。这主要表现在：对膜法海水淡化预处理重视程度不够;在海水淡化技术细节上积累不足等。
对于华能玉环电厂海水淡化项目，我们将进一步优化海水淡化系统，以降低药耗，提高其经济性。在可能的条件下，进一步匹配系统产能，提升其安全性。
对于我国的海水淡化事业，应着力培养相关人才，大力发展相关产业，以安全、经济的海水淡化来解决沿海地区的缺水问题，为和谐社会建设贡献力量。
参考文献：
[1] 《玉环县水利局2004年工作总结》
[2] 《水库、病险水库及水库等级划分》，《城市居民生活用水量标准》
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