低温蒸馏工艺在海水淡化中的应用和优点

ＩＦＭＳＴＥＤ２００８２００８Ａｓｊａ－Ｐａｃｉ§ｃＣｏｎｌｂ怕ｎ∞０ｎＤｅｓａＨｎａｔｉｏｎ＆ＷａｔｅｒＲｅｕ８ｅ低温蒸馏工艺在海水淡化中的应用和优点刘乾坤以色列ＩＤＥ技术有限公司北京办事处摘要：本文概述了先进的热法海水淡化工艺即低温多效蒸馏（简称ＭＥＤ）工艺和机械蒸汽压缩（简称ＭＶＣ）工艺的原理、应用及优点，揭示了低温蒸馏是效率最高的热法海水淡化选择方法。关键词：低温蒸馏；机械压缩；海水淡化１简介由ｍＥ公司开发的低温蒸馏海水淡化工艺有两种设备型式：一种是以蒸汽作为动力热源的低温多效蒸馏ⅧＤ工艺，一种是以电力驱动的机械蒸汽压缩ＭＶＣ工艺。低温蒸馏是当今使用中的最有效的热法蒸馏工艺之一。低温多效蒸馏ＭＥＤ装置和机械蒸汽压缩ＭＶＣ装置所体现在技术上的先进性是：地生产高纯度的产品水，概括如下：１）独特开发设计的具有高传热系数的降膜式水平管蒸发器、冷凝器，仅利用潜热传递，避免了像多级闪蒸ＭＳＦ装置中的显热的吸收。可靠、耐用和经济２）低温运行，在高容量的蒸汽流速下，热动力效率很高以及压降非常低，这使得最高盐水温度７０。Ｃ运行的工艺最优化。３）低温运行使得可以应用经济和耐用的制造材料，如使用铝合金热传导管、塑料工艺管道以及涂环氧涂料的碳钢壳体。４）与必须使用铜合金热传导管的较高温度的装置相比，使用铝合金热传导管更经济，对于相同投资的海水淡化装置，采用铝合金热传导管可以增加单位产品水的传热面积，传热面积增加，使得每效的温降’非常低（１．５—２．５。Ｃ），使得即使在最高盐水温度７０。Ｃ下也可结合使用多效（１０—１６效），因此造水比即产品水量与蒸汽消耗量之比非常高。使用这种制造材料的装置已经过维京群岛２７年以上的成功运行所验证。５）通过与发电厂联产，使用可利用的低成本、低品位热，降低了能量成本。６）在机械蒸汽压缩ＭＶＣ装置中，结合ＩＤＥ公司独特而经济的高体积容量的离心压缩机，使得制造的装置可在低运行温度下获得高产水量。７）对取水和预处理系统的要求最少。２工艺原理与过程２．１低温多效蒸馏ⅧＤ工艺低温多效蒸馏ＭＥＤ装置由多个蒸发器冷凝器单元构成，它们形成了工艺的热回收段。装置利用一列水平管、降膜式蒸发冷凝器，在每一效略低的温度和压力下，通过重复的蒸发和冷凝，从给定量的低品位的输入蒸汽生产大量的蒸馏水，如图１所示。１５０

芝掳！ｉ骠ｉ差ｉ：；：譬慧■悃ｌｈ■■＊！！■！ｄ虬…—————————．—ｊ！！！！｝一田１Ｔｖｃ—ＭＥＤ海永藏化Ｉ艺斑程任何数量的蒸发器—冷凝器（教）可以安捧在低温多效蒸馏ＭＥＤ装置的热回收段中．这取决于温度和可利用的低品位热源的成本，以及在装置的投资成本与造水比之间最经济的结台点。儿技术方面讲，装置可采甭的效数只受蒸汽和进入装置的海水温度（装置的热端和冷端）之间的温差阻投每教所允许的最小温差限制。低温多效蒸馏ＭＢＤ装置由可得到的压力很低的蒸汽（００３ＭＰａ）或５５０ｃ以上的热水作热褫驱动。在蒸汽压力较高（０１ＭＰａ以上）的情况Ｆ，可按热蒸汽压缩装茸ＴＶｃ的型式据供。进入低温多效ＭＥＤ装置的海水首先在排热冷凝器中被脱气和硬热后分成两腔水流。一部分作为冷却水排放回太海，另一部分作为淡化工艺的入料海水。＿八料海水经阻垢荆处理并引入最低温的效组。为了降低温度较低的海水与热效高温盐水的幂可逆混合从而维持装置的热力学效率，入籽海水被引入到最低温的效组（逆流）面不是最豳温度的效纽。由于八科海水在热传导管上的降膜特性，需要泵从装置效段的底部收集海水并泵送至下一教缌．为＿昔省浆的数量，装置的效段被分为几个教组，每个敞组有一台泵。输＾的动力蒸汽被引入到最热效的热传导管内，在此冷凝，释放的潜热传臀给管外表面流动的盐水，在管内发生冷凝的同时，在管外发生几乎同等量的蒸发，沿着整个蒸发器效段，蒸发和玲凝过程重复进行，每一教产生一定量的蒸馏水．最后一效的燕汽在排热冷糙嚣中通过海水玲凝。由经济的铝台金管所构成的太传热面积裴器可达到效阃温差小．从而在最高盐水温度７０。ｃＦ一列装置可以安排客赦，因此显著地提高丁装霍的遗水比（ＧｏＲ）。低温多效蒸馏ＭＥＤ装置的运行表明，与采州透平机的背压蒸汽运行时能耗最低．淡化的能量成本与摄佳的Ｒ０能量戚率榍近。有效地利用低温多效蒸馏ＭＥＤ的局限是装置需要在透甲机基准载椅下运行。由于供电需求的变化，在多数情况Ｆ天型蒸汽透平机维持在基准载荷Ｆ运行是不切实际的。因此．为了满足供电需求的变化和海水淡化装置的满负荷运行．通常选择抽汽式透平机。这些透平机的抽汽蒸汽压力范嚣在ｌ５—４５ｂａ堰。低温多效ＭＥＤ工艺采用这样的抽出蒸汽时，通过与热压缩嚣‘蔫汽喷射器）纬合以科用额外的抽汽压力，周此提高了ＭＥＤ的造水比．降低了能耗。通常热压缩器（蒸汽喷射器）具有相对低的绝热效童，出ｒ两种不『《压力蒸汽流的不可逆混合，因此限制了ＭＥＤ将造水比提高更多的潜力。

！：：恶：驾黢。。。。。，…。。由于近年来能渭成本的提高．已考虑采用新颖的、使用抽出蒸汽的辅助蒸汽透平机直接驱动的大型离心压缩机替代传统的效率低的喷射器。与热压缩器相比，离心压缩机和辅助透平机具有更高的效率，因而显著地节省了能量，降低了渡化水成本．低温多效蒸馏ＭＢＤ装置的性能使得低成本、低品位的热或有些地方可使用的零成本的废热能得到有效利用，从而最大限度地降低了这些海水淡化厂的热能成本．使得海水淡化的水生产成本显著降低。低温多效蒸馏ⅫＥＤ装置可利用柴油发电机、发电厂、拉反应堆、炼油厂、化工厂、钢铁厂、焦化厂等的低品位废热，也可以利用从工业冷却水和废气、从固体废物焚化炉、太阳能池和地热温泉所获得的废热．低温多效ＭＢＤ装置的产品水水质在５ｐｐｍ阱下，单台装置生产能力可达到４０∞０Ｉｌｌ’日，大的水厂可安装多台装置．２０机械蒸汽压培Ｍｖｃ装置与ＭＥＤ工艺采用蒸汽作为动力源不同，Ｍｖｃ工艺是基于热泵应用的原理．在系统内的蒸发冷凝过程中连续循环和保持潜热交换。在Ｍｖｃ装置中，传热管一侧的工艺入料海水蒸发所需的热量Ｂｌ在传热恃另一侧的蒸汽冷凝所释放的潜热提供，如图２。圈２Ｍｖｃ毒水蓑化工艺靠羞作为热泵的压缩机提供克服蒸发和冷凝间由于沸点升高、动力压降损失和传热过程所需的驱动力而产生的压差所需要的压头和能量。ｍＢ公司自主开发的独特的压缩机，具有重量轻、体积流量大的特点，能处理大容量的低温低压蒸汽。在Ｍｖｃ装置中的蒸发冷凝工艺类似于ＭＥＤ工艺，即高效的水平管降膜式蒸发冷凝器．由于传热量大，压缩机的压头保持在最小，因而能耗较低．在Ｍｖｃ装置中，输入海水在通过热变换器由排出的浓盐水和产品水加热后，再加＾少量的阻垢剂魁理。然后同在ＭＥＤ工艺中一样，海水循环和喷射在管束外表面。压缩机通过吸汽，形成的压力低于盐水平衡点蒸汽压，因而使得部分盐水蒸发产生二次蒸汽，在通过除雾器去除夹带的盐水滴后，二次蒸汽被压缩并排＾传热管内，蒸汽在此冷凝并提供蒸发工艺所需的潜热－

第九届海洋科技与经济发展国际论坛２００８亚走海拳淡化与水再利爨套议ＭｖＣ装置装备齐全，经车间预组装、预连接、预测试后供货，在现场所需的装配工作非常少。产水量范围在１００—５０００ｍ３／日，正如ＭＥＤ装置一样，更大的产水量可通过安装多台装置来实现，现在将其简称为ＭＥｖＣ。由于ＭｖＣ使用高效的单效或多效蒸发冷凝器，因此可在从电网或柴油发电机获得电力供应的地方选择使用ＭＶＣ装置。ＭｖＣ装置可靠且经济，关键是可长时间无故障运行，运行的人力和维护费用可忽略不计，产品水水质在５ｐｐｍ以下。３应用低温蒸馏装置的提供可针对各种不同的工艺、生产能力、投资以及能量供应，可适合各种可能的应用和可利用的热源，并确保最低的水生产成本。所设计的装置可提供高纯度的水，产品水水质在５ｐｐｍ低温多效蒸馏ＭＥＤ装置能利用发电厂的背压蒸汽或抽出蒸汽，从海水一步生产锅炉补水；提供符合锅炉进水要求的高纯度的淡化水，实际上也消除了去离子设备的需要。在现有的发电厂、核电站等汽机不能改动的情况下，利用电厂充足的低成本电力，采用机械压缩ＭＶＣ１１４０ｍ３／日装置。发电装置供水系统的基本要求是水厂操作简单、可靠以及装置在现场的连续运行。ＤＥ公司４０多年．在工业领域，主要的要求是可靠性和产品质量。水的纯度低于５ｐｐｍＴＤＳ满足了啤酒厂、炼油厂、钢处理通常其成本要高于使用高纯度的海水淡化产品水。在炼油厂、化工厂、钢铁厂等大型工业领域，在需要使用大量的高品质水的同时还有大量的低品位的热的排放，因此回收工厂排放的低品位热，利用低温蒸馏系统从海水一步法生产满足工业要求的高品ＩＤＥ公司已为炼油厂、化工厂、钢铁厂、海上钻井平台以及其他工作场地提供了众多的低温蒸馏装在市政和公共事业部门的大量供水中，低的生产成本、装置的最佳性能以及可靠性是决定性的因因此对市政和公共事业部门的供水服务中心来说，其最佳方案是选择经运行验证了的有多套安装记３０多年偏远的宾馆和旅游地区的服务经验已形成了标准型的低温蒸馏海水淡化装置。在全世界４０多低温蒸馏装置为模块化组件，在发运前预组装，减少了现场的建设时间并有利于在基本建设条件短１５３ＴＤＳ以下，能满足饮用水和各种工业用水的技术要求。３．１电力公用事业部门ＭＶＣ装置也是保证电厂稳定水源的最佳选择。ＩＤＥ公司已为全世界的多家核电站提供了多台机械压缩ＭｖＣ装置，其中包括１９８９年为台湾马鞍山核电站提供的２台ｘ来全球近４００套装置的运行表明，低温蒸馏系统运行简单、经济、可靠，可以９５％以上利用率提供高品质的产品水。３．２工业部门和炼油厂铁厂和其他工业的严格要求。即使在市政供水充足的地方，为了达到所要求的纯度而借助其他方式的水质淡化水，将是最好的循环经济运行模式。置。３．３市政和公共事业部门素。录以及使用率在９５％以上的装置。３．４旅游和开发地区个旅游地安装的装置的可靠性和易于维护已证明其是理想的选择。缺和没有监督指导下的安装。

ＩＦＭＳＴＥＤ２００８２ＤＤ８Ａｓ，ａ一户台ｃ甜＿ｃＣ０，Ｉ佑，ｅ，ｌ∞ＯｎＤｅｓａ砌ａ位坍＆¨，ａｆｅｒ尺ｅ“∞选用可提供的生产能力在１００一１２００ｍ３／日的范围内的标准型装置可满足宾馆和旅游中心的特殊需要。４优点低温蒸馏是一系列特性的基础，是水厂高经济性运行形成的核心。４．１低腐蚀率在低温和真空下运行，降低了海水的腐蚀，可安全和经济的使用抗腐蚀塑料材料和管道及容器内衬涂料，以及使用铝合金管作热传导管和容器内部件。由于低腐蚀率以及与使用中性阻垢剂相结合，减少了装置的维护并延长了装置的使用寿命。ＤＥ于１９８１年安装在美国维京群岛的ＭＥＤ装置至今仍以９８％的利用率运行即是最好的例证。４．２灵活性低温蒸馏装置启动时间短，用于加热装置损失的时间少。ＭＶＣ装置特别适合于间断性的运行，而ＭＥＤ装置可根据用水的需求量而提供相应的能量供给来精确地提供产水量。４．３热动力效率较大的传热面积的应用使得热通量和温度差降低，因此提高了热效率。结果是，蒸发冷凝器运行的总体上的温差，包括热驱动力、沸点上升和非凝结性气体以及结垢因子在内，低至２—２．５。Ｃ。４．４最小的结垢率运行温度低于海水和地下水结垢的饱和限以下，并结合采用低成本的聚合电解质处理，使得结垢被降低到不明显的水平，因而装置清洗周期间隔有时达５年。去垢程序简单，采用装置自身的循环泵循环中性酸进行清洗。４．５高纯度的蒸馏水低至５ｐｐｍ７ＩＤＳ的高纯度产品水可将水直接用于工业工艺水如炼油厂、发电厂和啤酒厂等的锅炉水，或市政设施中通过与当地的苦咸水或低品质的水混合以降低水生产成本并能供应符合饮用水标准的水。４．６可靠性富有经验的工程、严格的组装、高质量的制造以及经运行证明了的标准设备，再结合极低的腐蚀和结垢率使得装置所需的维护最少，从而使装置年利用率在９５％以上。４．７利用废热一低的能量成本低温运行使得低温蒸馏装置能利用低品位、低成本的热源，否则这些低品位的热源会以烟气、冷却水或低压废气的形式排放到环境中而损失。１５４

低温蒸馏工艺在海水淡化中的应用和优点作者：作者单位：刘乾坤以色列IDE技术有限公司北京办事处

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