低温多效工艺在海水淡化工程中应用

Posted 2023-01-14 海水

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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〔1-3〕。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〔4-5〕。

1 天津开发区海水淡化工程简介

2002年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〔6-8〕。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。

表1 工程设计中设备要求的进水水质指标

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2006 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 kW·h 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。

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。()

［参考文献］

［1］阮国岭，冯厚军．国内外海水淡化技术的进展［J］．中国给水排水，2008，24（20）：86-90.

［2］王俊红，高乃云，范玉柱，等．海水淡化的发展及应用［J］．工业水处理，2008，28（5）：6-9.

［3］刘娟，高忠文，方景清．浅析海水淡化的经济效益［J］．中国水运，2008，8（1）：209-211.

［4］吴礼云，李杨，马露露，等．利用海水淡化解决华北地区水资源缺乏的探讨［J］．节能与环保，2008（11）：27-29.

［5］毛申允．我国华北地区的水危机和海水淡化的市场前景［J］．上海电气技术，2009，2（1）：55-62.

［6］樊雄，张维润．膜法与蒸馏法海水淡化方法的技术经济比较［J］．电力设备，2007，8（7）：44-47.

［7］于开录，吕庆春，阮国岭．低温多效蒸馏法海水淡化工程与技术发展［J］．中国给水排水，2008，24（22）：82-85.

［8］周赤忠，李焱．当前海水淡化主流技术的分析与比较［J］．电站辅机，2008，107（4）：1-5.