水电联产海水淡化系统能耗指标探讨

（天津国投津能发电有限公司，天津300480）

海水淡化是从海水中获取淡水的过程，随着全球淡水资源缺乏的加剧，海水淡化技术逐渐成为缓解淡水资源危机的重要途径之一[1]。低温多效海水淡化系统与火力发电厂相结合，可以充分利用电厂低品位蒸汽，形成“水电联产”模式。水电联产海水淡化系统中的各项能耗指标对于系统稳定运行有着至关重要的作用，本文以某电厂大型海水淡化工程为例，对系统中电耗、汽耗以及药耗等能耗指标进行了计算公式分析，并探讨了主要影响因素及相应的改进方法。

1 系统概述

低温多效海水淡化技术（LT-MED）通常是指盐水的最高蒸发温度不超过70℃的海水淡化技术[2]，“水电联产”模式是指海水淡化制水和火力发电联产联供。火力发电厂产生的低品位蒸汽往往无法得到充分利用，而水电联产海水淡化系统可以将这些低品位蒸汽作为动力源输入海水淡化装置。因此，水电联产海水淡化系统可以充分利用电厂低品味蒸汽生产淡水，并将系统产生的淡水输送至电厂，在有效降低海水淡化制水成本的同时提高了能源利用效率。

2 系统能耗指标分析及探讨

2.1 电耗

水电联产系统制水电耗由以下公式计算：

式中，Ew为系统总制水电耗；E′w为海水淡化部分制水电耗；ei为近海取水所消耗的电量；ep为对海水原水进行预处理所消耗的电量；ec为经过预处理后的原水输送至海水淡化系统所消耗的电量；ed为海水淡化系统运行、保养期间消耗电量；eg为电厂生产及生活耗电量；α为海水淡化系统补充水量/总取水量，即电厂及海水淡化用水量按比例分摊电量消耗；β为海水淡化系统供热比，是指按焓值分摊法计算统计期内汽轮机组通过抽汽向海淡系统供出的热量与汽轮机组热耗量的百分比。

评价系统制水电耗大小可以从系统中动力转机的实际电耗考虑，由于系统的动力转机设备不设置备用，所有转机同时运行，因此节约电耗的思路有两个：一是通过调整系统运行方式，降低系统整体电耗；二是通过调整24h内全厂生产生活用水平衡，在需水量低时停掉一台大功率转机设备——产品水泵（额定功率160kW，额定电流298A）。

目前大型LT-MED系统中首效进汽温度为58℃时即可带动系统运行，长期以来首效海水流量一直在600～650m3/h范围内，但通过系统运行试验分析发现此海水流量下的系统经济性不高。考虑到首效海水流量联锁值450 m3/h，同时为保证调整过程中有足够的余量，某电厂海水淡化工程将首效海水流量控制为550 m3/h，通过LTMED系统10台主要大功率转机的实际电耗对比可知：入料泵（110kW）节电4A/h、入料A泵（110kW）节电22 A、入料B泵（110kW）节电11A、入料C泵（90kW）节电11A、浓盐水泵（130kW）节电34A，共节电45.87kW/h，电耗降低，系统经济性有所提高。此外，通过此次调整系统运行方式，海水淡化系统变压器电流由2398A降至2287A，消除了变压器负荷过高的隐患，同时实现了节能。而且减少外排浓盐水170m3/h左右，还在安全范围内提高了盐水浓度，降低了海水淡化系统运行成本。

停运大功耗的用电设备，是工厂降低电耗的常规做法，海水淡化工程中也可采用此方法。该电厂内用水本着合理、实际的原则对工业水、消防水、生活水进行调度，实际70%的海水淡化产水负荷（额定1084.33m3/h）完全可以满足供水需求，调节海水淡化出力至700m3/h左右，一台产品水泵运行，平均电流242A左右，共节电30.1kW/h。经连续3个工作日检验，产品水泵振动、温度正常，运行无异音。同时，变压器运行电流由2388A降至2270A(额定2300A)，既节能又安全。

2.2 汽耗

水电联产低温多效海水淡化系统汽耗是指从发电机组输出的供给海水淡化装置的蒸汽量，包括动力蒸汽和抽真空蒸汽。衡量系统汽耗大小的指标主要是造水比，即装置生产的蒸馏水量与消耗的加热蒸汽量之比，通常用GOR表示。在实际应用及工程实践中，通常用海水淡化系统的产水量及输入蒸汽量进行计算，公式如下：

式中，Mw为海水淡化系统淡水总产量（T）；Ms为海水淡化系统输入蒸汽总量（T）；Mp为除首效外的各效二次蒸汽冷凝产水量（T）；Mc为首效蒸汽冷凝产水量；Mh为从发电机组抽取的动力蒸汽量（五、六抽蒸汽）（T）；Mr为从发电机组抽取的抽真空蒸汽量（辅助蒸汽）（T）。

造水比可以间接反映系统运行的热效率，造水比的增加即代表制水成本的降低，造水比越大，系统运行经济性越高，造水比（GOR）10.3、13、15时；造水成本（元/t水）为：＞8.5、7.2～8.6、6.3～7.5。

2.3 药耗

水电联产海水淡化系统原水预处理药耗由以下公式计算：

式中，Cw为系统生产每t淡水所需原水预处理药耗；cs为原水预处理所消耗的阻垢剂材料费用；cf为原水预处理所消耗的消泡剂材料费用；ct为原海水预处理所消耗的絮凝剂及杀生剂等材料费用。

某电厂海水淡化系统中的原水在近海岸取水，水中悬浮物、有机物、胶体物质及细菌等污染物质含量较高。对于原海水的预处理主要包括杀生剂杀灭微生物，絮凝剂沉降悬浮物，阻垢剂抑制有机物结垢以及消泡剂脱除水中气体等。

目前该电厂海水淡化系统的吨水成本中，阻垢剂和消泡剂占据了预处理剂药耗的主要部分，约0.5元左右，药耗占制水成本比重不可小视。降低阻垢剂和消泡剂成本，就可以有效降低海水预处理材料费用，大幅提升海水淡化的经济性。

由于受到海水淡化系统相关设备的限制，目前该电厂大型水电联产低温多效海水淡化系统所使用的原水预处理药剂主要依靠进口，而国内阻垢以及消泡相关药剂的价格优势明显，因此海水淡化药剂的国产化研究十分必要。

3 结论

水电联产低温多效海水淡化系统的电耗、汽耗以及药耗作为主要能耗指标，经公式分析会对系统运行产生很大的影响。系统的制水电耗可以通过调整系统运行方式或停止一台产品水泵来提高；制水汽耗降低，造水比增大，系统经济性提高；进行加药配比试验、加强国产药剂研发等可有效降低药耗成本。