¿Análisis de costos de la desalinización de agua de mar por destilación multiefecto a baja temperatura?
1 Descripción general del proyecto
Una central eléctrica instala unidades generadoras domésticas subcríticas alimentadas con carbón de 2 a 600 MW en la primera fase, y unidades generadoras domésticas alimentadas con carbón supercrítico de 2 a 660 MW en la primera fase. la segunda fase. El sistema de agua circulante adopta un sistema de suministro directo de agua de mar. La central eléctrica utiliza cuatro unidades para extraer vapor, utiliza tecnología de desalinización de agua de mar para producir agua dulce e implementa cogeneración de agua y electricidad. El vapor necesario para la producción diaria de 25.000 m3 de la planta desalinizadora de agua de mar es proporcionado por el vapor de extracción de la etapa final del cilindro de media presión de las turbinas de vapor de primera y segunda fase de la planta de energía, y el agua de mar cruda se toma del agua circulante. tubería de suministro. Utilizando el proceso de desalinización de agua de mar LT-TVC-MED con compresor de vapor (TVC), la unidad puede funcionar al 40% ~ 100%. El equipo principal consta de 10 evaporadores de efecto dispuestos en serie horizontal, y el vapor se extrae al final del séptimo efecto. Los evaporadores están dispuestos horizontalmente sobre una estructura de acero con múltiples soportes. Los principales parámetros del dispositivo se muestran en la Tabla 1.
2 Análisis de costes de la tecnología de destilación multiefecto a baja temperatura
El coste de la desalinización de agua de mar por destilación multiefecto a baja temperatura es un tema complejo, que se ve afectado por muchos factores, como como la ubicación geográfica del proyecto, condiciones climáticas, calidad del agua de mar, distribución estacional de la temperatura del agua de mar y energía disponible, etc. Este artículo realiza un análisis de costos de soluciones específicas para proyectos específicos.
El coste unitario del agua de un proyecto de desalación se puede desglosar en costes fijos y costes variables. Los costos fijos se refieren a diversos gastos cuyo costo total no cambia con la producción, incluidos principalmente sueldos o salarios, gastos de depreciación de activos fijos, intereses de préstamos a largo plazo y otros gastos. Los costos variables se refieren a todos los costos en los que el costo total cambia en la misma dirección que cambia la producción del producto, incluidos principalmente los costos de vapor, los costos de consumo de energía, los costos de consumo de productos químicos, los costos de mano de obra y los costos de mantenimiento. Tomando como ejemplo el sistema de desalinización de agua de mar por destilación multiefecto a baja temperatura con una producción diaria de 25.000 m3, se llevaron a cabo cálculos y análisis de costos y se revelaron cuantitativamente las reglas cambiantes y los factores que influyen en los costos de desalinización de agua de mar.
Datos básicos para el cálculo de costos: parámetro de vapor 0,55 MPa(a), 320 ℃; la unidad opera en condiciones de trabajo nominales, con una producción diaria de agua dulce de 25.000 m3, y el costo unitario del agua se calcula en base sobre la producción anual de agua. La inversión estática de la planta es de aproximadamente 220 millones de yuanes. El monto del préstamo se calcula sobre la base del 80% de la inversión estática del presupuesto de ejecución. La tasa de interés del préstamo se refiere a la tasa de interés del préstamo bancario en el mismo período; es de 30 años, la vida de depreciación es de 20 años y la tasa de valor residual es del 5%, la tasa de utilización anual del equipo es del 98%, calculada sobre la base del precio estándar del carbón de 640 yuanes/t, el costo del vapor es de 2,65 yuanes/m3; el consumo de electricidad es de 1,2 kW-h/m3, el precio de la electricidad es de 0,28 yuanes/(kW-h); el costo de los medicamentos es de 0,28 yuanes/m3. El índice de producción de agua calculado es de 13,5.
A través del análisis y cálculo del plan básico, el costo del agua dulce por unidad de volumen de agua es de aproximadamente 5,39 yuanes/m3. Los resultados del cálculo de varios costos por unidad de volumen de desalinización de agua de mar se muestran en la Tabla 2.
El coste del vapor es el coste más importante de una planta desaladora, representando el 49% del coste total; la depreciación del activo fijo y los gastos financieros son el 22% y el 12% respectivamente. Los gastos de reparación, gastos de medicamentos, gastos de electricidad, salarios y beneficios* * *representan el 17%. Entre ellos, el costo del vapor está relacionado con la tasa de utilización anual y la tasa de producción de agua del dispositivo; los costos de reparación, los costos de depreciación de los activos fijos y los costos financieros se calculan en función de la inversión estática. Los gastos en medicamentos, electricidad y bienestar laboral representan una pequeña proporción. Los gastos se mantienen relativamente sin cambios y tienen poco impacto en el cambio en el costo total.
Según el análisis anterior, los principales factores que afectan el costo son: la inversión estática del proyecto, el costo del vapor, el índice de producción de agua y la tasa de utilización anual, y los factores secundarios son la electricidad, los medicamentos y el bienestar laboral.
Sobre la base del esquema básico, se analiza el impacto independiente de varios factores en el costo unitario del agua cuando una sola variable cambia y otras variables permanecen sin cambios.
2.1 Inversión estática del proyecto
La inversión dinámica del proyecto de desalinización de agua de mar consiste en una inversión estática (incluidas las tarifas de compra de equipos, las tarifas de instalación, las tarifas de construcción y otros gastos) y los intereses del préstamo durante el periodo de construcción. 1/2 12 Se puede ver en la Figura 1 que cuando la inversión estática aumenta del -20% al 20% del monto de referencia, el costo unitario del agua aumenta de 4,98 yuanes/m3 a 5,79 yuanes/m3, un aumento del 16%. . Por lo tanto, es particularmente importante controlar la inversión estática. El costo de compra de equipos en inversión estática (incluidos equipos principales y sistemas auxiliares) representa aproximadamente el 47% de la inversión estática del proyecto. Por lo tanto, es necesario reducir la inversión estática del proyecto controlando el costo de los equipos principales y auxiliares. equipos, reduciendo así el coste de producción de agua.
2.2 Costo del vapor
Debido a que el costo del vapor representa el 49% del costo total, es el costo único que representa la mayor proporción de los costos de producción de agua. El costo del vapor de la desalinización de agua de mar por destilación multiefecto a baja temperatura se refleja principalmente en el consumo de carbón. Los cambios en los costos de producción de vapor se analizan a través de los cambios en el consumo de carbón por tonelada de agua. En el plan básico, se utiliza una turbina de vapor para extraer vapor y producir agua. La asignación de costos es complicada y el costo del vapor varía mucho según el método de cálculo. Debido a que el método calórico no considera la calidad del vapor, no es científico calcular los costos utilizando este método. Tanto el método de trabajo como el método de caída de entalpía tienen en cuenta la calidad del vapor y los métodos de cálculo son razonables. Los resultados del cálculo del método de trabajo y del método de caída de entalpía son similares. Por lo tanto, este artículo utiliza el método de potencia como método de cálculo para el costo del vapor de desalinización de agua de mar, y los resultados se muestran en la Figura 2.
Como se puede ver en la Figura 2, cuando otros factores permanecen sin cambios, cuando el costo del vapor cambia del -20 % al 20 % del valor de referencia, el costo unitario del agua aumenta en consecuencia de 4,86 yuanes/m3 a 5,92 yuanes/m3, un aumento del 21,8%. Por tanto, para reducir el coste de la desalinización de agua de mar, es necesario tomar medidas para reducir los costes desde la perspectiva de las fuentes de vapor. Si el vapor es vapor residual o calor residual, el costo del vapor es insignificante y el costo de producción de agua será muy bajo. Para los sistemas de cogeneración de agua y electricidad, aprovechar al máximo el calor residual de las centrales eléctricas y la extracción de vapor de las unidades puede reducir eficazmente los costos de producción de agua. Los cálculos muestran que cuando el mismo proyecto de desalinización de agua de mar utiliza extracción de vapor en cuatro etapas, el costo del vapor por unidad de volumen de agua es de aproximadamente 2,49 yuanes/m3. El costo del vapor por unidad de volumen de agua producida mediante el uso de vapor gastado es de aproximadamente 1,18 yuanes/m3, lo que tiene un evidente efecto de ahorro de costos.
2,3 años de tiempo de utilización
Como se puede observar en la Figura 3, cuando la tasa de utilización anual cambia del 60% al 100%, es decir, cuando las horas de utilización anual aumentan de 5256 h a 8760 h, el costo de producción de agua cayó de 6,73 yuanes/m3 a 5,35 yuanes/m3, una disminución del 26%. Por lo tanto, en aplicaciones de ingeniería, fortalecer la gestión de equipos y mejorar su estado son la base para mejorar la utilización del equipo. También es una de las formas importantes de mejorar los beneficios económicos del dispositivo y reducir el costo de producción de agua. Debido a las características técnicas de la destilación a baja temperatura, el dispositivo de destilación multiefecto a baja temperatura tiene más ventajas que otras tecnologías de desalinización de agua de mar, minimizando la incrustación y la corrosión del equipo, proporcionando una garantía básica para el funcionamiento a largo plazo del dispositivo en condiciones estables. condiciones de trabajo, mejorando así la tasa de utilización de los equipos de desalinización de agua de mar. Sólo cuando la tasa de utilización anual de toda la planta sea superior al 95% se podrán reducir eficazmente los costos de producción de agua. 2.4 Relación de producción de agua
La tasa de producción de agua de esta unidad se define como la relación entre el caudal másico de agua producida en la unidad de destilación y la cantidad total de entrada de vapor desde el exterior (kg/kg). . La tasa de producción de agua refleja el costo operativo del equipo. Generalmente, cuanto mayor sea el ratio de producción de agua, menor será el coste energético por unidad de producción de agua dulce, es decir, menor será el consumo de vapor. Como puede verse en la Figura 4, cuando el índice de producción de agua aumenta de 12,15 a 14,85, el costo unitario del agua de la desalinización de agua de mar disminuye de 5,68 yuanes/m3 a 5,15 yuanes/m3, y el costo se reduce en un 10%.
2.5 Otros gastos
Teniendo en cuenta el esquema de acoplamiento de la planta desalinizadora y el proyecto de la central eléctrica, la tarifa de electricidad adopta el precio de costo de la electricidad. Los resultados del cálculo muestran que la tarifa de electricidad. por unidad de volumen de agua representa el 6% del coste total. La fluctuación del consumo de energía durante la operación del sistema de desalinización de agua de mar destilada es pequeña y el costo del consumo de energía se puede reducir mediante un diseño optimizado.
Los gastos farmacéuticos suponen el 5% del coste unitario total del agua. Cuando el sistema de desalinización de agua de mar funciona normalmente, se añaden inhibidores de incrustaciones, agentes antiespumantes y agentes reductores en proporción a la cantidad de agua de mar. Por lo tanto, para la misma calidad de agua y volumen de producción de agua, al cambiar el método de dosificación y aumentar la relación de concentración para reducir la cantidad de agua de mar cruda, el costo de dosificación se reducirá en consecuencia.
3 Medidas para reducir costes
3.1 Buscar fuentes de calor de bajo coste y utilizar racionalmente la energía.
En el costo de la desalinización de agua de mar por destilación multiefecto a baja temperatura, el costo del vapor representa la mayor proporción. Las características de operación a baja temperatura permiten que el dispositivo de desalinización de agua de mar con destilación multiefecto a baja temperatura utilice fuentes de calor de baja calidad para minimizar el costo energético del proceso de destilación y evitar la pérdida de energía en calidad y cantidad, que es el principal medida para reducir costos.
Para un sistema de cogeneración hidroeléctrica, el uso de vapor de alto parámetro no favorece la eficiencia de todo el sistema. Los mejores parámetros de extracción de vapor deben determinarse mediante la optimización general del sistema de cogeneración hidroeléctrica. La unidad recién construida puede utilizar el sexto vapor de extracción de la turbina de baja entalpía como producción de agua y vapor de calentamiento para reducir los costos de vapor y los costos de desalinización de agua de mar. Al mismo tiempo, cuando se utiliza una turbina de vapor para extraer vapor y producir agua, el costo de producción de agua se ve afectado por las condiciones económicas de operación seleccionadas.
3.2 Utilizar nueva tecnología de utilización del calor residual para lograr la utilización de energía en cascada.
La utilización de energía en cascada incluye dos aspectos: utilización de energía basada en masa y utilización de energía escalonada. Se puede formar una relación de utilización de energía en cascada de acuerdo con los requisitos de nivel de energía del equipo, de modo que la energía total. la utilización alcanza el nivel más alto. La presión del vapor de calentamiento del dispositivo de destilación multiefecto de baja temperatura debe ser de 0,025 ~ 0,032 MPa (a), y la temperatura debe ser inferior a 70 °C, lo que tiene condiciones favorables para utilizar el calor residual. Debería adoptarse un plan combinado de desalinización de agua de mar y recuperación de calor residual. Según el tipo de calor residual, los parámetros, la cantidad y la posibilidad de utilización, se debe realizar un análisis integral de eficiencia térmica y viabilidad económica para determinar el plan de utilización.
(1) En las centrales térmicas, la pérdida de humos de escape representa la mayor proporción de la pérdida de calor de la caldera. La reducción de la temperatura de los gases de escape y la reducción de las pérdidas de humos de escape desempeñan un papel decisivo a la hora de mejorar la eficiencia térmica de la caldera. Se puede observar que reducir la temperatura de escape de la caldera puede ahorrar consumo de carbón. Si los gases de escape de la caldera se combinan con la desalinización de agua de mar y se recupera el calor residual de los gases de combustión, al mismo tiempo se puede reducir el coste de producción de agua.
(2) En el modo hidroeléctrico combinado, el calor descargado del agua de refrigeración en circulación del condensador de la planta de energía se utiliza para aumentar la temperatura del agua de mar de la planta desalinizadora en invierno, lo que puede reducir el costo del agua. producción, reducir el calor residual y el desperdicio de la planta de energía Descarga de aguas residuales.
(3) Otra utilización del calor residual: la combinación del calor residual de escape de grandes motores auxiliares impulsados por vapor en plantas de energía y dispositivos de desalinización de agua de mar de destilación multiefecto a baja temperatura; la combinación del calor residual del proceso; plantas siderúrgicas o plantas químicas y tecnología de desalinización de agua de mar.
3.3 Optimizar los parámetros del proceso y aumentar la tasa de producción de agua de la unidad.
(1) El cuarto vapor de extracción de la turbina de alta presión se utiliza como fuente de vapor de calentamiento. Para utilizar la energía efectiva del vapor de extracción y reducir la pérdida de calor por condensación del último vapor en el dispositivo de evaporación, se puede utilizar un condensador TVC-mediterráneo de baja temperatura con un compresor de vapor (TVC) para mejorar la eficiencia térmica del Sistema y aumentar la proporción de producción de agua del dispositivo, reducir los costos de producción de agua.
(2) Cuando la diferencia total de temperatura de transferencia de calor del dispositivo de evaporación y desalinización de agua de mar es constante, reducir la diferencia de temperatura de transferencia de calor entre los efectos y aumentar el número de efectos puede aumentar la proporción de producción de agua por el otro; Por otro lado, dado que la relación de producción de agua aumenta con el vapor a medida que aumenta la temperatura de succión del compresor térmico, la relación de producción de agua se puede aumentar determinando razonablemente los parámetros de inyección de TVC y optimizando la posición de inyección de TVC en el dispositivo.
3.4 Seleccionar razonablemente los equipos para reducir la inversión estática en equipos.
Los costos de compra de equipos representan aproximadamente el 47% de la inversión estática, determinando los costos de reparación, la depreciación del activo fijo y los costos financieros. Por lo tanto, al configurar racionalmente equipos de respaldo, utilizar nuevos materiales de bajo costo y adoptar procesos optimizados, se puede reducir la inversión estática, reduciendo así los costos unitarios del agua.
3.5 Prestar atención a la operación y mantenimiento y mejorar la utilización del equipo.
Al controlar los parámetros operativos dentro de un rango razonable, reducir el riesgo de incrustaciones de los equipos principales y reducir el tiempo de inactividad por decapado; monitorear el estado de los equipos auxiliares principales para reducir el tiempo de inactividad para fortalecer el mantenimiento diario de todos los equipos y mejorar la utilización del equipo; Tasa.
3.6 Realizar un diseño y selección de equipos razonables para reducir los costes de electricidad.
Elija parámetros razonables para permitir que el dispositivo de desalinización de agua de mar funcione en condiciones de carga alta; optimice el proceso del sistema y la selección y configuración del equipo auxiliar, seleccione los márgenes de seguridad de capacidad del equipo adecuados y utilice equipos de conversión de frecuencia para reducir la potencia del equipo. consumo, reduciendo así la factura eléctrica por unidad de potencia de desalinización de agua de mar.
4 Conclusión
El coste de la desalinización de agua de mar por destilación multiefecto a baja temperatura se ve afectado por muchos factores y es un tema complejo. Según el análisis de componentes de costos, el costo del vapor es el factor más importante en el costo variable del sistema de desalinización de agua de mar con destilación multiefecto a baja temperatura, y representa aproximadamente el 49% del costo total. La depreciación de los activos fijos y los gastos financieros son del 22% y 12% respectivamente. Los gastos de electricidad y medicamentos son relativamente pequeños y representan el 6% y el 5% del gasto total, respectivamente.
El análisis del costo de inversión del proyecto de desalinización de agua de mar por destilación multiefecto a baja temperatura muestra que el costo de compra de equipos representa aproximadamente el 47% de la inversión estática del proyecto. Por lo tanto, es necesario controlar el costo de los equipos principales y auxiliares mediante investigación de dispositivos a gran escala, investigación de localización de equipos, investigación y desarrollo de nuevos materiales y otras medidas para reducir la inversión estática del proyecto y así reducir el costo de producción de agua. .
Los factores de costo también están relacionados con la disponibilidad de equipos y algunos parámetros de diseño. Los costos de producción de agua disminuyen a medida que aumenta la utilización anual. Sólo cuando la tasa de utilización anual de toda la planta sea superior al 95% se podrán controlar eficazmente los costos de producción de agua. El impacto de los parámetros de diseño de ingeniería en el costo unitario del agua se refleja principalmente en el hecho de que el costo unitario del agua de la desalinización de agua de mar disminuye con el aumento del índice de producción de agua.
Para reducir el costo de producción de agua de los proyectos de desalinización de agua de mar por destilación multiefecto a baja temperatura, se debe controlar el diseño, la fabricación, la operación y el mantenimiento para lograr un rendimiento óptimo del equipo y reducir los costos de producción de agua, y de esta manera Promoción de la destilación multiefecto a baja temperatura. Aplicación de tecnología eficiente de destilación y desalinización de agua de mar.
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