華能玉環電廠海水淡化項目五年運營小結
[摘 要] 華能玉環電廠35000t/d“雙膜法”海水淡化系統自2006年3月投入運營，至今已安全、穩定運行了5年，現對此項目進行總結，證明在火力發電廠中，使用海水淡化作為唯一的水源是可靠的、經濟的。
1 前言
華能玉環電廠位于浙江省玉環縣大麥嶼經濟開發區，地處浙東南沿海的樂清灣東岸，玉環島西側，三面環山，一面臨海，是典型的沿海電廠。由于玉環有著得天獨厚的港口自然條件，同時又處于浙南電力負荷中心，早在上世紀七八十年代，國家就曾考慮過在玉環建設大型燃煤電廠，來緩解地區電力供應緊張局面，但受當時的技術和經濟條件限制，工程項目一直未能實施，缺水就是其中的制約要素之一。玉環島的陸地面積約為180平方公里，淡水來源主要為天然降水，由于海島面積小，加上島上丘陵小山地貌，集水面積不足，沒有修建大型水庫的條件。雖然天然降水豐富，淡水資源還是極其緊張。人均水資源占有率僅為656m3，不僅遠低于浙江省(2400m3/人)和全國(2700m3/人)的平均水平，甚至低于國際公認的1000m3/人嚴重缺水標準①。為了實現既不與當地居民“爭水”，又能保障機組安全運行，海水淡化成了解決華能玉環電廠生產用水的唯一途徑。
華能玉環電廠全廠的生產、生活用淡水全部來源于采用了世界先進的“雙膜法”工藝的海水淡化系統，全部工程投資不到2億元(含地基處理、土建及安裝調試費用)，是目前中國最大的膜法海水淡化項目之一。該系統于2006年3月24日制出合格的淡水，有力的保證了華能玉環電廠4×1000MW超超臨界機組的安全穩定運行。
2 項目情況華能玉環電廠海水淡化項目建設在電廠廠區西側，按工藝流程沿海堤布置，2005年10月份開始設備安裝，2006年3月調試完畢投入運行。海水淡化車間建筑面積3200m2，系統設計壽命為30年。
2.1 項目建設的主要內容
華能玉環電廠安裝的是國產首臺百萬千瓦超超臨界燃煤火力發電機組，是國家 863 計劃“超超臨界燃煤發電技術”研究課題組成部分，是研究項目。現場沒有“熱法”海水淡化所需的蒸汽來源;同時由于是在南方新建廠，也沒有外來蒸汽;所以“膜法”海水淡化工藝成了華能玉環電廠唯一選擇。
華能玉環電廠膜法海水淡化工藝為反應沉淀池+超濾+反滲透，反應沉淀池設兩組四座，單座出力為1000噸/小時。反應沉淀池產水通過管道和超濾配水槽相連，超濾設置六套，共用配水槽配水，配水裝置布置在配水槽底部，超濾產水進入超濾水箱，再進入6套反滲透共用的進水母管。
一級反滲透設置6套，每套產能為240噸/小時。二級反滲透設置3套，每套產能130噸/小時。 華能玉環電廠海水淡化系統一級反滲透共設6 組，每組設壓力容器58 只，每個壓力容器內裝有7支膜元件，系統回收率為45%，設計出力240 噸/小時(5760 噸/天)，總出力為34560 噸/天。
2.2 項目的關鍵技術及創新技術
華能玉環電廠海水淡化項目關鍵及創新技術主要包括：與發電工藝相結合的創新取水系統;包括在海水中首次應用的―微渦旋‖混凝澄清技術和創新的大規模使用超濾工藝，組成了高效、節地的預處理系統;一級反滲透系統配置了高效能量回收裝置，極大的降低了噸水能耗;電廠充分利用海水淡化的濃水作為制取次氯酸鈉的原料，進一步節約能耗，實現循環經濟等。
2.2.1 與發電工藝相結合的創新的取水系統
華能玉環電廠凝汽器采用海水直流冷卻，取水口位于樂清灣-15.6米等深線附近的海域，排水口設置在-5米等深線附近的海域。海水淡化系統充分利用了電廠的取水系統，以降低造價;同時利用發電廠余熱使排放水溫升高的有利條件，降低海水淡化的運行能耗。因此，華能玉環電廠的海水淡化系統采用了兩路進水，一路取自循環水泵出口(凝汽器入口側)，一路取自虹吸井(凝汽器出口側)。
2.2.2 高效、節地的預處理系統
樂清灣是一個開口向南的南北向海灣，灣內海水受沿海南下洋流攜帶、流入灣內河流及潮汐沖刷的多重影響，為高含沙區，含砂屬極細粉砂和粗粘土。根據實測資料，電廠取水口附近垂線平均含沙量大潮為0.214kg/m3，中潮為0.260 kg/m3，小潮為0.041 kg/m3。
為了降低海水中的含砂量以及海水中有機物、膠體的含量，以滿足膜法脫鹽進水水質的要求。項目設置了混凝澄清和超濾組成的預處理系統。混凝澄清的主設備為四座國內首次在海水中應用的―微渦旋‖折板式反應沉淀池，鋼筋混凝土結構，內部沒有轉動部件，可有效地減少防腐成本。混凝澄清沉淀處理后的海水濁度小于5NTU，進入后續的超濾系統。華能玉環電廠超濾系統采用了浸入式超濾，共設6個膜池，總計1800只膜元件。超濾系統配套的轉動設備有透過液泵、反洗水泵、清洗水泵、真空泵、羅茨風機等。超濾產水已完全滿足反滲透的進水要求。預處理系統投加的藥劑有混凝劑，三氯化鐵;助凝劑，陰離子聚丙烯酰胺;連續殺菌劑，次氯酸鈉;沖擊殺菌劑：DBNPA(戊二醛)等。
華能玉環電廠膜法海水淡化預處理系統總占地面積約為2400 m2，據計算，和機械攪拌加速澄清池及兩級過濾的常規工藝相比，占地面積僅是其三分之一。
2.2.3 節能的反滲透脫鹽系統
反滲透系統技術主要集中在回收率的確定、能量回收的確定及反滲透的布置。系統可以簡單的分為三個部分，動力部分、脫鹽部分及加藥部分。
動力部分的高壓泵是脫鹽系統的心臟，它提供了克服海水滲透壓的動力，是噸水能耗的主要組成部分。正確選擇高壓泵及其控制方式是系統安全、經濟運行的關鍵。華能玉環電廠的高壓泵采用變頻控制，密切配合不同溫度、不同含鹽量的海水及不同階段反滲透上的能耗，既節約電能，又提升反滲透膜的安全性。高壓海水流經反滲透膜元件，除產水外，55%的濃水只是損失了反滲透膜的水阻(段間壓差)，還蘊含著巨大的能量，所以“膜法”海水淡化設置能量回收裝置的類型是降低系統能耗的關鍵。華能玉環電廠采用的是壓力轉換器，是液-液直接傳遞壓力的一種能量回收裝置，能量回收效率可達94%，確保了華能玉環電廠的較低的噸水電耗。
2.2.4 循環利用海淡濃水，降低運營成本
將反滲透的部分濃水作為電廠3×90kg/h 電解海水制取次氯酸鈉的原料，充分利用其中2 倍濃縮的氯化鈉，既節約了電解裝置的能耗，又實現了循環經濟。
2.2.5 運行現場無人值守
華能玉環電廠海水淡化項目由于較高的自動化水平，真正實現了除正常巡檢外，運行現場無人值守。
3 項目運行情況
3.1 項目產能
2006 年3 月24 日，海水淡化項目投入運行。到2010 年底華能玉環電廠海水淡化共產淡水約2600萬噸。這相當于每年9 萬城鎮居民生活用水總量，或是一座中型水庫的總庫存量②。
3.2 單位能耗
在2009 年7 月，華能玉環電廠組織有關單位對海水淡化系統進行了性能測試，主要參數如下：
備注：海水淡化理論耗能量，1.41kWh/t。項目設計能耗, 3.7kWh/t。
3.3 單位藥耗
海水淡化除了電力消耗外，還有的日常的藥品消耗，對2009 年及2010 年海水淡化的藥品實際消耗進行統計，單位藥耗為0.86 元/噸。其中阻垢劑、混凝劑及還原劑等運行用藥品，0.72 元/噸，占84.24%;檸檬酸、戊二醛等維護用藥品，0.14 元/噸，占15.76%。不同的藥品所占的比例如下：
3.4 項目投資及折舊
華能玉環電廠海水淡化設備靜態總投資為18800萬元(含建筑、安裝、設備，不含征地),去掉其中的材料部分，形成資產的為15020萬元，若以15年折舊計，年折舊成本1001.33萬元。
3.5 維護成本
統計2009年及2010年度實際發生的維護費用，運行維護材料費約為150萬元/年。
3.6 人工成本
華能玉環電廠沒有為海水淡化設置專門的人員，全廠和其相關的人員配置如下： ⑴運行部門(OP)： 全廠5個值，和海水淡化相關的約1.2人; 化學專業運行工程師1名，海水淡化約占其25%的工作量。 ⑵.維護部門(MP) 維護工程師，2名，海水淡化約占其30%的工作量。 現場工人，14名，和海水淡化相關的約4人; 因此，按6人計算人工成本。
3.7 制水成本及說明
基于2009年及2010年的實際數據計算，華能玉環電廠海水淡化的噸水成本為5.52元。制水成本較高的原因是根據火力發電廠設計規范的要求，海水淡化的產能是由電廠峰值用水量確定的。華能玉環電廠自投產以來，不懈的追求節能減排降耗，海水淡化脫鹽部分年利用率較低，在相同的背景下，單位產水需分攤的設備折舊費用較高。因此若按設計負荷常態供水,成本可大為降低。詳細見下表：
設備年利用用率在75%左右(6600小時)時，華能玉環電廠海水淡化項目噸水成本在4元人民幣以下。
4 項目意義
4.1 華能玉環電廠海水淡化項目成功的示范作用
4.1.1 海水淡化是安全、可靠的
華能玉環電廠采用國際先進技術，在國內第一個采用―雙膜法‖海水淡化工藝，建成國內特大容量的海水淡化水工程，制水量為1440立方米/小時，電廠使用的發電用水、脫硫用水和生活用水等全部由海水淡化獲得， 海水淡化雖然是華能玉環電廠整個生產過程的一個輔助系統，但在玉環縣這個缺水的地區，海水淡化作為華能玉環電廠的唯一水源，其安全、可靠有力的保證了華能玉環電廠4×1000MW超超臨界機組的建設、調試及運行，創造了國內電力發展史上的奇跡，翻開了沿海電廠設計及運營新的一頁。
4.1.2 海水淡化是經濟的
華能玉環電廠成功實現通過海水淡化解決全廠生產、生活用水，充分證明了海水淡化使用于沿海火力發電廠無論在經濟上還是技術上都是可行的。目前沿海區域淡水資源相對比較緊張，水價也在逐步上升。玉環工程海水淡化的制水成本對于當地工業用水水價已基本持平。
隨著科技的進步，海水淡化的成本還在不斷下降。這樣，對于我國沿海、島嶼上大型工業或居民生活供水，采用海水淡化在經濟上更加可行。從水質方面考慮，由于海水淡化水質較好遠遠優于天然水，工業應用海水淡化產水的成本應低于自來水，特別是如電廠等對水質要求較高的工業企業選用海水淡化，更加經濟。
4.1.3 海水淡化是環境友好的
華能玉環電廠將可研中及環評批復中要列為電廠專用的里墩水庫仍留給地方居民使用，出資建設了國內最大規模的海水淡化裝置解決電廠的生產、生活用水問題，電廠同時建設了供應當地自來水公司的飲水管線，在地方急用時提供居民生活用水。華能玉環電廠每年可為當地節約淡水資源1000萬立方米，并且不向環境排放廢水，淡水重復利用率64%，廢水重復利用率達100%。對構建和諧社會也起到了良好的示范作用。
華能玉環電廠還委托寧波市海洋環境監測中心對附近海域進行了海洋環境影響后評估，評估結論為：總體來說，華能玉環電廠建設前和運營后廠址附近海域海水水質和海洋沉積物環境質量狀況變化不大。增溫對海域浮游生物的影響不大，是有限的。
4.2 華能玉環電廠海水淡化項目成功揭示了海水淡化的優勢
4.2.1 海水淡化作為水源的優勢
對于淡水缺乏的沿海地區，海水淡化還有如下優勢：海水淡化不依賴天然降水，不受旱澇影響;占地面積小，不像修建水庫那樣需要大面積土地;對環境影響小，不影響小流域的水利條件及環境條件;產水水質好，不含重金屬及病毒等。
4.2.2 發展海水淡化促進循環經濟
發展海水淡化，可以促進其它海化工業的發展;沿海工業圈發展海水淡化產業，后續產業鏈可以考慮投入鹵水化工或氯堿化工以充分消化海水淡化的濃水，以實現循環經濟。
5 項目存在的問題及下一步計劃
華能玉環電廠海水淡化項目作為中國第一個大型的膜法海水淡化工程，思考其設計、安裝及運營維護，還是充分體現出了我國在海水淡化技術方面儲備不足。這主要表現在：對膜法海水淡化預處理重視程度不夠;在海水淡化技術細節上積累不足等。
對于華能玉環電廠海水淡化項目，我們將進一步優化海水淡化系統，以降低藥耗，提高其經濟性。在可能的條件下，進一步匹配系統產能，提升其安全性。
對于我國的海水淡化事業，應著力培養相關人才，大力發展相關產業，以安全、經濟的海水淡化來解決沿海地區的缺水問題，為和諧社會建設貢獻力量。
參考文獻：
[1] 《玉環縣水利局2004年工作總結》
[2] 《水庫、病險水庫及水庫等級劃分》，《城市居民生活用水量標準》
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