600MW机组海水淡化系统运行能耗的试验研究

600MW机组海水淡化系统运行能耗的试验研究

赵训豪

青岛华丰伟业电力科技工程有限公司  山东省青岛市 266100

摘要：海水淡化是21世纪严重关注的产业，特别是在世界范围内面临淡水终结的沿海地区。这一领域的研究和应用工作涉及降低水电联产运营成本以及优化系统运行等关键问题。将有望推动国内淡化技术的发展。研究中进行了淡化装置的分析、建模以及淡化制水热力成本的定量计算，结合试验数据，为淡化装置系统的优化运行提出了方法和同时，对水电联产综合效能进行了分析，并展望了未来的发展前景。

关键词：海水淡化、运行能耗、水电联产

引言：尽管我国拥有世界人口总量，水资源总量位居全球第六，但人均水资源占有量却仅排名第108位，使我国成为一个贫水国家。10个省市面临严重的水资源紧迫问题，人均水资源不足一千立方米，特别是黄河流域，人均水资源仅相当于世界平均水平的十六分之一。全国平均人均水资源只有全球平均水平此外，北方地区的疫区和沿海地区也广泛受到水资源水平问题的严重影响，严重损害了居民的生活质量和国民经济的可持续发展。

一、海水淡化装置运行对机组负荷的适应性分析

（一）海水淡化装置的运行参数与特性

根据法国SIDEM的技术文件和运行维护说明书，该装置具有以下特性：

1.在额定工况下，制水所需的抽汽压力至少应达到0.52MPa。如果抽汽压力低于该数值，海水淡化装置将无法启动。

2.要达到海水淡化装置的设计水量，必须保证加热蒸汽的压力满足设计要求。

在制水装置运行期间，抽汽压力的最低要求为0.37MPa。如果进汽压力低于0.35MPa，制水装置将停止制水。

3.如果抽汽压力过低，装置的效率将恢复，最高可降低50%到60%。

这些特性对于海水淡化装置的正常运行和效率至关重要，因此，必须严格遵守相关参数和要求。

（二）海水温度变化对机组经济性的影响分析

1.在给定的设备和淡水生流的条件下，即使海水温度随着季节的变化而波动，这也不会导致海水淡化系统的造水比、淡水产量或蒸发的进料海水量发生另外，海水温度的变化对系统内部没有影响，仅影响蒸发系统的外部海水参数。

2.海水温度会显着影响进料海水流量和降温海水量。夏季秋季节由于海水温度较高，导致总进料海水流量和降温海水量加大。相反，在冬季春季节，由于海水温度较低，总进料海水流量和降温海水量加大。料水流量和冷却水量相对较小。

3.在冬春季节，可以通过提高冷凝器的真空度来减少或避免冷却水的排放，从而降低系统的操作压力或增加效间温差。同时，保持海水淡化系统的真空度不变，并利用排放的浓盐水和淡化水来预先进入装置的海水，这样可以防止海水温度过低对低温多效系统造成不利影响，保证系统稳定运行。

（三）海水淡化造水比对机制经济性的影响分析

海水淡化系统的造水比对制水热力成本产生显着影响。在进汽喷嘴开度保持不变的情况下，随着运行负担的增加，造水比也随之增加，这导致淡水产量增加，尽管负荷逐渐减少。不同负荷下，系统造水比的增加会降低海水淡化热力，降低成本幅度增大。因此，在较高负荷下运行是降低海水淡化制造水热力成本的关键因素。注意的是，随着造水比的增加，设备的投资费用也急剧上升，因此不能无限制地增加系统的造水比。在选择最佳造水比时，需要综合考虑系统的经济性、设备限制费用以及最小传热温差等多个因素。

二、海水淡化机组的优化

（一）水电联产

水电联产系统将发电和海水淡化有机地结合在一起，包括发电与后续的良好运行以及发电与反渗透的结合。该系统的核心思想在于，水淡化的制水热力成本主要由所需的蒸汽和电力的成本决定。水电联产系统通过充分利用发电厂产生的蒸汽和电力来为海水淡化装置提供动力。同时，海水淡化装置能够吸收发电厂热循环中的热能，从而实现余热的利用，降低发电和制水的生产成本。

水电联产模块的工作原理基于一定的水汽流程。首先，过热蒸汽从汽轮机中压缸末级抽取出来，然后通过喷水减温装置变成水汽蒸发装置。接下来，这个水汽蒸汽进入海水淡化装置，被冷凝水是由加热蒸汽在蒸发器中释放显热并潜热后形成的。二次蒸发器在进料吸水吸收了蒸发器换热管内加热蒸发的发热后的蒸发器。最终，补充水是由二次蒸汽冷凝生成的，然后通过逐级蒸煮和冷却处理，剩余的海水成为浓盐水。在后续过程中，不凝气体不断从进料海水中被抽出。

海水淡化装置在制水过程中利用汽轮机的第四段抽汽。海水淡化冷凝水在经过净化处理后，重新回到抽气柜，成为部分补给水。

这种水电联产系统有助于最大程度地提高资源利用效率，同时降低了制水成本。

（二）水电联产优势

海水淡化装置中采用的汽轮机抽汽方法减少了做功蒸汽循环中的冷源损失，提高了主机的热能利用效率，同时也降低了海水淡化的制水热力成本。政策具有重要意义。通常，海水淡化装置与火力发电厂联合建设，利用汽轮机中压缸的抽汽作为海水淡化的热源，从而充分利用发电厂的余热。水电联产的主要优势总结如下：

1.我国淡水资源的地区分布不均，导致北方地区和沿海地区淡水资源匮乏，而海水淡化装置可以有效解决北方淡水一直存在的问题。随着海水淡化技术的不断成熟和进步，其颜色和成本也将随之提高进一步降低，尤其是对于北方地区，陆上淡水的生产成本还将进一步上升。因此，未来海水淡化将带来越来越好的经济效益。

另外，海水淡化的海水资源丰富，蒸发后的海水回归大海不会对海洋造成污染，还可以利用浓盐水进行工业制盐，具有开发第二产业的潜在价值。这些优势使得海水淡化技术在解决淡水方面蕴涵问题以及支持工业制盐等方面具有丰富的应用前景。

2.电力工业在利用海水及海水淡化方面已经积累了一定的经验，已经被证明具有巨大的经济效益和社会效益。因此，有条件利用海水来发展电力工业，这可以为电力行业带来巨大的好处。

与其他淡水资源如南水北调和地下淡水资源相比，通过海水淡化生产的淡水项目具有以下特点：浪费消灭、生产力高、可节省项目水处理投资和维护费用等。高的情况下，淡化水的成本也具有对抗性。

这些优点使得电力工业可以更加灵活地选择海水淡化作为配套的水资源供应途径，满足其生产和运营的需求。同时，这也有利于提高水资源的有效利用和保护，有利于积极可持续发展的促进作用。

3.在沿海地区发展“水电联产”，采用海水冷却模块与空冷模块，经济效益显着提高，这符合国家的节能减排政策。这一项目不仅有利于节约煤炭资源和淡水资源，还能够为居民提供优质的淡水资源。

通过解决海水淡化技术实现燃煤电站和利用海水的经济性问题，可以为我国沿海地区的淡水码头带来更多的灵活性。这意味着不再受制于陆上淡水资源的限制，同时也为沿海地区的海峡核电站和燃煤电站奠定了坚实的基础，开辟了艰难的发展道路。

4.我国电力产业主要以燃煤工厂为主，而燃煤工厂每年需要消耗大量的淡水资源。如果大部分燃煤工厂能够使用海水替代所需的淡水，将能够每年节省淡水资源200~300亿立方米，这对于我国的淡水亟待解决的问题具有重要意义。

总结：

淡水淡化技术成为解决沿海地区水资源问题的重要措施之一。这项技术通过利用汽轮机抽汽，以供暖蒸汽的方式从海水中产生大量的盐分，从而使处理后的水质符合规定的水质标准。海水淡化技术的快速发展带来了一个市场开发与社会应用前景极为广阔的新兴产业。这不仅有助于解决淡水资源匮乏的问题，还对环境保护和可持续发展产生积极影响。

参考文献：

[1]张才.600MW机组海水淡化系统运行能耗的试验研究[D].华北电力大学(北京);华北电力大学[2023-09-19].

[2]陈海平,兰俊杰,张才,等.火电机组海水淡化系统能耗特性及其热力成本分析[J].动力工程学报, 2013, 33(4):6.DOI:10.3969/j.issn.1674-7607.2013.04.011.

[3]陈海平等. "火电机组海水淡化系统能耗特性及其热力成本分析." 动力工程学报 33.4(2013):6.