论文部分内容阅读
【摘 要】 沧东电厂作为新兴的现代化能源企业，以高度的社会责任感、持续发展的长远目光和敢为天下先的创新意识，不惜投入大量资金，建立了水电联产的模式，采用最先进的大型海水淡化装置制取淡水，实现了海水资源的高效利用。
【关键词】 技术创新；海水淡化；低温多效
引言：
万吨级低温多效海水淡化自主科技创新取得成功，打破了由少数发达国家掌握的技术垄断。为解决我国尤其是北方沿海地区水资源匮乏问题开启了思路，对实现海水淡化产业化的快速发展有着划时代的重要意义。
一、海水淡化自主科技创新项目决策背景
（1）淡水资源现状
随着我国经济的高速发展，水资源问题越来越成为制约我国经济社会可持续发展的瓶颈问题之一。全国600余座城市中有400座缺水，其中108座城市严重缺水，经济发达的沿海地区更为突出，一些沿海地区地下水超采，造成地面下沉、海水倒灌、生态环境恶化，水资源亟待保护和科学利用。
（2）海水淡化技术
低温多效海水淡化技术（简称MED）在西方发达国家已经是成熟的工程技术，但却处于高度垄断，目前我国对于低温多效技术的研究在内容深度上均远远达不到产业化和满足工程应用的要求，大容量低温多效装置只能依赖从国外进口。
二、海水淡化自主科技创新实践历程
海水淡化国产化项目是一项复杂的系统工程，涉及到传热、流动、材料等技术专业，没有任何借鉴研究经验，研发难度很大。基于这一情况，公司决定在深入分析现有条件的前提下广泛寻求合作。
1、有利条件分析
沧电一期工程为技术支撑。沧电一起工程引进两台日产万吨的海水淡化装置，在关键参数、运行和设备管理经验上有明显优势。
沧电二期工程为依托。能够将海水淡化装置的研究与工程实际相结合，为海水淡化装置的研究提供了强大的活力。
2、积极寻求决策突破
2007年4月，国华电力“万吨级低温多效海水淡化国产化工作领导小组”成立。同时，通过与有关大学合作，集中精力进行以系统工艺研究设计、装置本体的工艺系统研究设计、系统控制设计等为核心的技术研究设计，实现了海水淡化技术在参数选择、工艺系统拟定、工艺系统计算上的重大突破；在概念设计阶段，顺利通过了国内专家的评审，技术处于国内领先水平。
研发阶段
阶段一：核心技术的研究与创新
2007年3月-6月，完成《蒸发器性能计算方法》、《热力压缩器性能计算方法》、《TVC-MED海水淡化装置热力过程计算方法》等工作。在装置机理研究、理论计算研究和工艺系统研究上取得了突破。
2007年6月，理论实践结合，完成《黄骅二期工程万吨级低温多效海水淡化装置概念设计》并通过专家评审，概念设计内容主要包括系统及设备主要参数选择、海水淡化装置热力过程计算、装置工艺系统设计和控制系统设计、主设备工艺系统设计等。为装置后续的工程设计应用奠定了基础。
主要参数选择：包括蒸发器顶温、底温，效间温差、压差等参数的确定。
装置工艺系统设计和控制系统设计：包括蒸汽供应系统、物料水供应系统、冷却水系统、加药系统、浓盐水排放系统、凝结水系统、淡水系统、抽真空系统、减温水系统、设备酸洗和清洗系统等的工艺系统设计和控制系统设计。同时，通过设计比较：确定了平流进料方式、4+2效等装置工艺特点。
主设备工艺系统设计：包括主设备传热系数、传热面积，换热管束布管方式、管长，喷淋喷嘴、除雾器的参数选择和设计。
通过上述工作，初步掌握了低温多效海水淡化装置负压低温传热、传热温差小、效间压差小的技术特点。
阶段二：系统和设备的设计优化
（1）海水供水系统的优化
海水提升泵采用和一期海水淡化项目公用方案，供水系统采用母管制，解决了一期海水预处理设备不能长时间停机检修的问题。
海水物料水泵的设置位置由凝汽器前改在凝汽器后，调整后由于物料水流量和压力冬夏季没有变化，泵可以一直工作的经济状态，系统前面的海水提升泵满足凝汽器后的冷却水排放，全年工作压力变化不大，也工作在经济状态，较大的节省了海水淡化装置的制水电耗。
（2）设置凝结水回热系统
由于凝结水和成品水不能混合，系统的凝结水单独排放的，凝结水温度高，一般采用冷却后回收。为提高设备效率，本项目设置了凝结水热回收换热器，提高效率约3.5%，在相同制水量条件下，节省了蒸汽耗量，提高了造水比。
（3）真空系统的优化
真空系统优化方案增加了预冷凝器和一级抽气器的两机并列设置。真空系统抽气中不凝结气体实际占得比例较小，绝大部分为蒸汽，设置预冷凝器后，减少了真空抽气器的容量。系统优化后，提高了系统的运行灵活性，节省了蒸汽耗量，约提高效率1%。
（4）换热器配置的优化
在设备采购过程中，通过对换热器参数和换热器的技术特点分析后，对海水淡化的热力系统进行了调整，换热器换热量和换热参数进行了重新配置。通过调整，在不改变设备原有性能的情况下，降低了换热器的设备价格，整体费用约降低了200万元。
（5）设备管道布置优化
在保持低温多效海水淡化装置基本布置不变的情况下，对辅机设备间、辅机设备支架进行了布置调整，对管道系统和布置进行了重新布置，通过布置的优化，使管道系统更为简洁、美观，运行的维护、操作更为方便。
阶段三：项目建设和调试工作
2008年4月，开始现场施工；11月30日，圆满完成国产装置蒸汽管道吹管、土建工程，正式开始调试。12月19日装置出水。2009年1月22日，成品水样经国家食品质量监督检验中心检测，各项指标均满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。 三、海水淡化自主科技创新成果和意义
1、技术创新意义
全国规模最大、拥有自主知识产权的日产1.2万吨淡水的海水淡化设备研制成功是沧东电厂在自主创新上的又一次重大突破。
（1）实施5项系统优化
海水供水系统；
设置凝结水回热系统；
真空系统；
换热器配置；
设备管道布置。
（2）掌握8项核心技术
水平管降膜蒸发传热与流动机理、计算方法和计算软件；
低温多效海水淡化装置布液与液膜流动机理和计算方法；
蒸汽压缩喷射器的计算设计方法和计算软件；
TVC-MED海水淡化装置系统拟定与优化核心技术；
TVC-MED海水淡化装置主设备-蒸发器的设计方法；
TVC-MED海水淡化装置系统热力计算方法和计算软件；
TVC-MED海水淡化装置主要选型方法；
TVC-MED海水淡化装置控制方法。
（3）创造8项全国第一
国产化程度最高——本台海水淡化装置无论核心部件还是辅助设备均为国产，国产率达到了100%。
技术最先进——12000吨/日的海水淡化装置采用了海水淡化最先进、最节能的低温多效技术，利用电厂低品质抽汽做为制水汽源，在串连的一系列水平管降膜器内，以较低的温度将海水蒸馏，制得品质很高的产品水。
造水比最高——由于12000吨/日海水淡化装置采用4+2效和TVC方案，满负荷生产时，造水比达到并超过了设计值9.7。
制水成本最低——12000吨国产低温多效海水淡化装置同一期进口海水淡化装置相比，装置总投资降低，且造水比由8.33提高到9.7，使得制水成本下降了近13%，使其更具有市场竞争力。
规模最大——现在我国自主生产的最大海水淡化装置为3000吨/日（低温多效）和5000吨/日（反渗透），在运行的最大海水淡化装置为进口的10000吨/日，因此，12000万吨/日规模成为全国最大单台海水淡化装置。
首次开发出万吨级低温多效海水淡化控制软件；
首创平流进料4+2型万吨级低温多效海水淡化装置布置方式；
首次自主完成万吨级低温多效海水淡化装置的设计和制造。
四、结语
国产化成功之后，国华电力现在已经站在海水淡化核心技术的制高点，具有了技术研发进一步深化的优势。作为水产业的发展，沧东电厂以进一步降低制水成本、降低水价让利于民为目标，不断拓展技术创新和设计优化。
作者简介：赵艳超，男，1982年06月生，神华河北国华沧东发电有限责任公司，工程师
【关键词】 技术创新；海水淡化；低温多效
引言：
万吨级低温多效海水淡化自主科技创新取得成功，打破了由少数发达国家掌握的技术垄断。为解决我国尤其是北方沿海地区水资源匮乏问题开启了思路，对实现海水淡化产业化的快速发展有着划时代的重要意义。
一、海水淡化自主科技创新项目决策背景
（1）淡水资源现状
随着我国经济的高速发展，水资源问题越来越成为制约我国经济社会可持续发展的瓶颈问题之一。全国600余座城市中有400座缺水，其中108座城市严重缺水，经济发达的沿海地区更为突出，一些沿海地区地下水超采，造成地面下沉、海水倒灌、生态环境恶化，水资源亟待保护和科学利用。
（2）海水淡化技术
低温多效海水淡化技术（简称MED）在西方发达国家已经是成熟的工程技术，但却处于高度垄断，目前我国对于低温多效技术的研究在内容深度上均远远达不到产业化和满足工程应用的要求，大容量低温多效装置只能依赖从国外进口。
二、海水淡化自主科技创新实践历程
海水淡化国产化项目是一项复杂的系统工程，涉及到传热、流动、材料等技术专业，没有任何借鉴研究经验，研发难度很大。基于这一情况，公司决定在深入分析现有条件的前提下广泛寻求合作。
1、有利条件分析
沧电一期工程为技术支撑。沧电一起工程引进两台日产万吨的海水淡化装置，在关键参数、运行和设备管理经验上有明显优势。
沧电二期工程为依托。能够将海水淡化装置的研究与工程实际相结合，为海水淡化装置的研究提供了强大的活力。
2、积极寻求决策突破
2007年4月，国华电力“万吨级低温多效海水淡化国产化工作领导小组”成立。同时，通过与有关大学合作，集中精力进行以系统工艺研究设计、装置本体的工艺系统研究设计、系统控制设计等为核心的技术研究设计，实现了海水淡化技术在参数选择、工艺系统拟定、工艺系统计算上的重大突破；在概念设计阶段，顺利通过了国内专家的评审，技术处于国内领先水平。
研发阶段
阶段一：核心技术的研究与创新
2007年3月-6月，完成《蒸发器性能计算方法》、《热力压缩器性能计算方法》、《TVC-MED海水淡化装置热力过程计算方法》等工作。在装置机理研究、理论计算研究和工艺系统研究上取得了突破。
2007年6月，理论实践结合，完成《黄骅二期工程万吨级低温多效海水淡化装置概念设计》并通过专家评审，概念设计内容主要包括系统及设备主要参数选择、海水淡化装置热力过程计算、装置工艺系统设计和控制系统设计、主设备工艺系统设计等。为装置后续的工程设计应用奠定了基础。
主要参数选择：包括蒸发器顶温、底温，效间温差、压差等参数的确定。
装置工艺系统设计和控制系统设计：包括蒸汽供应系统、物料水供应系统、冷却水系统、加药系统、浓盐水排放系统、凝结水系统、淡水系统、抽真空系统、减温水系统、设备酸洗和清洗系统等的工艺系统设计和控制系统设计。同时，通过设计比较：确定了平流进料方式、4+2效等装置工艺特点。
主设备工艺系统设计：包括主设备传热系数、传热面积，换热管束布管方式、管长，喷淋喷嘴、除雾器的参数选择和设计。
通过上述工作，初步掌握了低温多效海水淡化装置负压低温传热、传热温差小、效间压差小的技术特点。
阶段二：系统和设备的设计优化
（1）海水供水系统的优化
海水提升泵采用和一期海水淡化项目公用方案，供水系统采用母管制，解决了一期海水预处理设备不能长时间停机检修的问题。
海水物料水泵的设置位置由凝汽器前改在凝汽器后，调整后由于物料水流量和压力冬夏季没有变化，泵可以一直工作的经济状态，系统前面的海水提升泵满足凝汽器后的冷却水排放，全年工作压力变化不大，也工作在经济状态，较大的节省了海水淡化装置的制水电耗。
（2）设置凝结水回热系统
由于凝结水和成品水不能混合，系统的凝结水单独排放的，凝结水温度高，一般采用冷却后回收。为提高设备效率，本项目设置了凝结水热回收换热器，提高效率约3.5%，在相同制水量条件下，节省了蒸汽耗量，提高了造水比。
（3）真空系统的优化
真空系统优化方案增加了预冷凝器和一级抽气器的两机并列设置。真空系统抽气中不凝结气体实际占得比例较小，绝大部分为蒸汽，设置预冷凝器后，减少了真空抽气器的容量。系统优化后，提高了系统的运行灵活性，节省了蒸汽耗量，约提高效率1%。
（4）换热器配置的优化
在设备采购过程中，通过对换热器参数和换热器的技术特点分析后，对海水淡化的热力系统进行了调整，换热器换热量和换热参数进行了重新配置。通过调整，在不改变设备原有性能的情况下，降低了换热器的设备价格，整体费用约降低了200万元。
（5）设备管道布置优化
在保持低温多效海水淡化装置基本布置不变的情况下，对辅机设备间、辅机设备支架进行了布置调整，对管道系统和布置进行了重新布置，通过布置的优化，使管道系统更为简洁、美观，运行的维护、操作更为方便。
阶段三：项目建设和调试工作
2008年4月，开始现场施工；11月30日，圆满完成国产装置蒸汽管道吹管、土建工程，正式开始调试。12月19日装置出水。2009年1月22日，成品水样经国家食品质量监督检验中心检测，各项指标均满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。 三、海水淡化自主科技创新成果和意义
1、技术创新意义
全国规模最大、拥有自主知识产权的日产1.2万吨淡水的海水淡化设备研制成功是沧东电厂在自主创新上的又一次重大突破。
（1）实施5项系统优化
海水供水系统；
设置凝结水回热系统；
真空系统；
换热器配置；
设备管道布置。
（2）掌握8项核心技术
水平管降膜蒸发传热与流动机理、计算方法和计算软件；
低温多效海水淡化装置布液与液膜流动机理和计算方法；
蒸汽压缩喷射器的计算设计方法和计算软件；
TVC-MED海水淡化装置系统拟定与优化核心技术；
TVC-MED海水淡化装置主设备-蒸发器的设计方法；
TVC-MED海水淡化装置系统热力计算方法和计算软件；
TVC-MED海水淡化装置主要选型方法；
TVC-MED海水淡化装置控制方法。
（3）创造8项全国第一
国产化程度最高——本台海水淡化装置无论核心部件还是辅助设备均为国产，国产率达到了100%。
技术最先进——12000吨/日的海水淡化装置采用了海水淡化最先进、最节能的低温多效技术，利用电厂低品质抽汽做为制水汽源，在串连的一系列水平管降膜器内，以较低的温度将海水蒸馏，制得品质很高的产品水。
造水比最高——由于12000吨/日海水淡化装置采用4+2效和TVC方案，满负荷生产时，造水比达到并超过了设计值9.7。
制水成本最低——12000吨国产低温多效海水淡化装置同一期进口海水淡化装置相比，装置总投资降低，且造水比由8.33提高到9.7，使得制水成本下降了近13%，使其更具有市场竞争力。
规模最大——现在我国自主生产的最大海水淡化装置为3000吨/日（低温多效）和5000吨/日（反渗透），在运行的最大海水淡化装置为进口的10000吨/日，因此，12000万吨/日规模成为全国最大单台海水淡化装置。
首次开发出万吨级低温多效海水淡化控制软件；
首创平流进料4+2型万吨级低温多效海水淡化装置布置方式；
首次自主完成万吨级低温多效海水淡化装置的设计和制造。
四、结语
国产化成功之后，国华电力现在已经站在海水淡化核心技术的制高点，具有了技术研发进一步深化的优势。作为水产业的发展，沧东电厂以进一步降低制水成本、降低水价让利于民为目标，不断拓展技术创新和设计优化。
作者简介：赵艳超，男，1982年06月生，神华河北国华沧东发电有限责任公司，工程师