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热力压缩低温多效海水淡化特点及控制技术
结合热力压缩低温多效海水淡化技术在神华河北国华黄骅发电厂的应用,介绍了采用该技术海淡设备的运行情况与海水淡化工艺流程,该工艺具有对海水的预处理较为简单、出水水质优良等技术特点,并对海淡设备的.运行压力、温度、液位等关键性控制参数,进行了技术分析,提出了防止设备结垢与腐蚀的措施.
作 者：孙小军 桑俊珍 庞毅 张建华 SUN Xiaojun SANG Junzhen PANG Yi ZHANG Jianhua 作者单位：河北省电力研究院,石家庄,050021 刊 名：电站辅机 英文刊名：POWER STATION AUXILIARY EQUIPMENT 年，卷(期)： 30(3) 分类号：P747 关键词：热力 压缩 低温 多效 海水 淡化 反渗透 多级闪蒸低温多效海水淡化原理
低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度低于70℃的蒸馏淡化技术，其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入首效，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，然后通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。
多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。低温多效蒸馏技术由于节能的因素，发展迅速，装置的规模日益扩大，成本日益降低，主要发展趋势为提高首效温度，提高装置单机造水能力;采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。一种低温多效蒸馏法海水淡化设备，包括供汽系统、布水系统、蒸发器、淡水箱及浓水箱，供汽系统的生蒸汽入口置于中间效蒸发器上。工作方法为：(1)布水系统对海水进行喷淋;(2)输入生蒸汽到中间效蒸发器的蒸发管内部;(3)蒸汽在蒸发管内冷凝传出热量，蒸发管外吸收热量产生蒸发;(4)新蒸汽输送至其两侧的蒸发管内.管外吸收热量、产生蒸发;(6)各效蒸发器重复蒸发和冷凝过程;(7)蒸馏水进入淡水箱;(8)浓盐水进入浓水箱。
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低温多效工艺在海水淡化工程中应用
随着人口的不断增长和经济的飞速发展，淡水资源的匮乏日趋严重。海水淡化作为一种开辟新水源的相对成熟的技术，已经成为世界上公认的解决淡水短缺问题的最佳方案。据报道，当前全球海水淡化容量约为4 200 万t/d，预计在今后5~10 a 内还将增加2 400 万t/d。天津是我国的严重缺水地区，且毗邻渤海，拥有丰富的海水资源，建设海水淡化工程具有得天独厚的优势。
1 天津开发区海水淡化工程简介
天津经济技术开发区(以下简称天津开发区，缩写TEDA)海水淡化项目正式启动。经过近2 a的前期可行性研究，在对国内外海水淡化技术和项目进行大量调研的基础上，结合本区域的具体条件(原水水质差，区内有合适的热源)，最终确定采用目前国际上较先进的热压蒸馏低温多效技术。该技术具有对原水水质要求低(SS<20 mg/L)、出水水质好(TDS<5 mg/L)、运行管理简单等优点。其设计进水水质见表1。
天津开发区万吨级低温多效海水淡化工程日产淡水2 万t，分两期建设，其中一期规模为1万t/d，总投资额1.6 亿元，已于 年底举行了通水仪式。该工程利用开发区热源五厂的低品位蒸汽，采用低温多效的工艺生产TDS<5 mg/L 的优质淡化水，生产1 t 淡化水消耗0.1 t 低压蒸汽及2 kWh 电。
2 海水淡化工程工艺流程
2.1 场站组成
天津开发区海水淡化工程可分为海水预处理厂和海水淡化厂两个场站。海水预处理厂主要是去除海水中的泥沙;海水淡化厂包括海水提升泵房(从预处理厂提取海水到主设备)、中和池泵房(将主设备中的浓盐水排出)、冷却水泵房(为主设备提供冷却水)、淡化水出水泵房(将淡化水排出送至输水管网)、海水淡化主车间等。其中海水淡化主车间是海水淡化工程的核心，其作用是将海水蒸发成蒸馏水，该车间的设备全部从法国ENTROPIE 公司进口，设备投资约890 万美元。其中热压蒸馏脱盐TCD装置主要设备包括：6 个蒸发室、2 台主要的冷凝器、4台加热器、1 台热压缩机、1 套真空系统(包含蒸汽喷射器和喷射冷凝器)、2 台板式热交换器、1 个手动海水过滤器、1 台浓盐水泵、1 台蒸馏水泵、1 套海水处理装置(除沫剂、阻垢剂和除氯剂注入)、1 套减温系统。
2.2 工艺流程
海水淡化工艺流程见图1 所示。
为保证海水的连续供应和改善进水水质，海水在预处理后经提升泵站送到海水淡化厂。在海水淡化厂，来水经加压泵站加压、滤网过滤并加入阻垢剂后，进入海水淡化装置;海水淡化装置的产品水经后处理进入产品水贮存罐，并通过产品水泵加压供给热源厂等用户，其水质可达到TDS≤5 mg/L，余下的浓盐水排海或综合利用。所用热压蒸馏低温多效海水淡化设备为6 效，处理能力为1 万t/d，造水比(GOR)为9.69，出水水质TDS<5 mg/L。
该工程利用开发区污水处理厂二级出水作为淡化装置的冷却水源，可大大节约取水设施和排水设施的建设费用，每日最大需约5 万t 冷却水;而冷却水升温后可继续作为新水源一厂(即再生水水厂，以开发区污水处理厂二级出水作为原水，经双膜法处理后产水主要供应开发区内绿化及大型热电厂)原水，恰恰满足了该工艺希望提高原水温度(尤其在冬季)的要求，有效地提高其双膜法的产水效率。这样就将污水处理、污水再生利用和海水淡化项目的资源整合在一起，形成优势互补、资源共享的特点。
2.3 低温多效蒸馏装置
蒸馏装置是由多效降温蒸发单元组成。在第一效蒸发单元内产生的蒸汽在换热管中被冷凝，换热管为外部喷淋海水集束管。蒸汽冷凝释放的热量使换热管外的部分海水在相对低的温度和压力下蒸发，由这部分海水产生的蒸汽在第二效蒸发单元中冷凝。同样原理，第二效蒸发单元的换热管外的部分海水会在更低的温度和压力下蒸发。同样的蒸发工艺会在一效接一效的蒸发单元中传递下去。最后一效蒸发单元产生的蒸汽在冷凝器中冷凝。每一效蒸发单元中产生的冷凝水通过U 型管流入下一效蒸发单元，最后都流入冷凝器中。最终冷凝水由蒸馏水泵收集到淡化水储罐中。
海水和大部分苦咸水均含有腐蚀和结垢成分：当操作温度超过75 ℃，腐蚀和结垢现象会迅速产生，同时盐浓度会迅速升高，因此TCD 蒸发器适用于：(1)低温操作，即原水和浓盐水的温度始终低于70 ℃;(2)原水的浓缩率总是≤35%。
为使海水在低温下蒸发，设备运行前要运行真空系统，使设备内压力低于-93 kPa。经过多效蒸馏和蒸汽的循环利用使得蒸发海水的能耗大大降低，1 kg热源蒸汽能生产9.69 kg的蒸馏水，即GRO=9.69。因海水淡化浓缩率总是控制在35%，也就是说日产1 万t 的海水淡化工程，每天所需海水3 万t，消耗蒸汽0.1 万t。
3 总结
天津开发区实施的万吨级低温多效海水淡化项目，其产品水作为区内热源厂的锅炉补充用水以及其他用途纯水，取代传统的自来水深度处理工艺流程，每年节约淡水近850 万t，具有显著的环境效益和社会效益。另外，该项目中一部分的淡化水作为高品质饮用水通过分质供水，进入高校园区、住宅小区，为海水淡化水进入城市管网进行了有意义的探索。天津市位于严重污染的渤海地区，其海岸带坡度较缓，海水泥沙含量很高，且温度和盐度随潮流的往复运动变化较大，该工程的成功实施将积累自然条件恶劣地区海水淡化的技术经验，对于在华北沿海地区推广具有重大的示范意义。也必将带动本区域的相关加工制造业的持续发展，为我国的海水淡化产业走向国际市场创造示范条件。
[低温多效海水淡化原理]
低温多效蒸发海水淡化系统热力分析
建立了喷射器低温多效蒸发海水淡化系统的数学模型,计算分析了各种温度损失随温度的变化,并研究了顶值盐水温度、蒸发器效数和动力蒸汽等参数对系统的造水比和生产单位质量淡水所需传热面积的.影响.结果表明各种温度损失在末效蒸发器内显著增加;喷射器低温多效蒸发系统的热力特性明显优于多效蒸发系统;通过增加顶值盐水温度、蒸发器效数和动力蒸汽温度,可以实现系统的优化运行.
作 者：杨洛鹏 沈胜强 KLAUS Genthner YANG Luo-peng SHEN Sheng-qiang KLAUS Genthner 作者单位：杨洛鹏,沈胜强,YANG Luo-peng,SHEN Sheng-qiang(大连理工大学,动力工程系,辽宁,大连,116024)KLAUS Genthner,KLAUS Genthner(不莱梅大学,环境工程系,德国,不莱梅,28211)
刊 名：化学工程 ISTIC PKU英文刊名：CHEMICAL ENGINEERING 年，卷(期)：2006 34(11) 分类号：P747 关键词：海水淡化 低温多效蒸发 喷射器 蒸发器万吨级低温多效海水淡化工艺流程及控制方案
本文明述了黄骅电厂一期2×10000 m3/d海水淡化装置工艺流程及控制系统方案,为低温多效海水淡化国产化设计提供借鉴.
作 者：李大鹏 作者单位：神华河北国华沧东发电有限责任公司,河北沧州,061001 刊 名：科技创新导报 英文刊名：SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD 年，卷(期)： “”(7) 分类号：P74 关键词：万吨级海水淡化 低温多效 控制方案低温多效海水淡化关键能耗指标的选取及应用
介绍低温多效海水淡化的'基本原理,探讨海水淡化主要能耗指标的选取,并对国内外低温多效海水淡化工程的能耗指标分别进行比较分析.
作 者：张建红 吴礼云 李杨 张波 马露露 李蔚然 吴立婷 作者单位：张建红,李蔚然,吴立婷(首钢技术研究院,北京,100043)吴礼云,李杨,张波,马露露(首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北,曹妃甸,083200)
刊 名：节能与环保 英文刊名：ENERGY CONSERVATION AND ENVIRONMENTAL PROTECTION 年，卷(期)：2009 “”(6) 分类号：P7 关键词：海水淡化 多效蒸馏 造水比 单位电耗率顺流流程多效蒸馏海水淡化系统的热力学分析
建立了顺流进料流程低温多效蒸馏海水淡化系统的热力过程数学模型;考虑了过程中物性变化和压力损失引起的'传热温差变化,计算分析了在相同淡水产量下,蒸发器效数、末效蒸发器蒸发温度、加热蒸汽温度和浓缩比变化时,造水比、冷凝器海水流量、蒸发器总传热面积的变化规律.结果表明:蒸发器效数对系统性能有显著影响;末效蒸发器蒸发温度和加热蒸汽温度对蒸发器总传热面积影响较大;浓缩比在一定范围内,系统热力性能最优.
作 者：魏巍 沈胜强 杨洛鹏 刘晓华 刘佳 WEI Wei SHEN Sheng-qiang YANG Luo-peng LIU Xiao-hua LIU Jia 作者单位：大连理工大学,海洋能源利用与节能教育部重点实验,辽宁,大连,116024 刊 名：热科学与技术 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF THERMAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)：2008 7(2) 分类号：P747 关键词：海水淡化 多效蒸馏 顺流进料流程 造水比