大型海水淡化技术综述

文章编号:CN23-1249(2010)06-0029-05

大型海水淡化技术综述

刘庆江

(哈尔滨锅炉厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨150046)

摘 要:介绍了大型海水淡化技术的主要方法、分类和工作原理,并对各主要方法进行了比较,对大型低温多效海水淡化技术进行了重点阐述。

关键词:大型海水淡化技术;配压缩器低温多效蒸发中图分类号:P 747 文献标识码:A

Su mm arization on Seawater Desali nation Technology

L i u Q ingjiang

(H arbin Bo iler Co .Ltd .,H ar b i n 150046,China)Abst ract :This paper introduces the m a i n m ethods 、classifacation and pri n ciple of sea w ater desa li n a ti o n techno l o gy ,and presents a co m parisi o n to m a i n m ethods ,g i v es e m phatica l description to lo w te mperature m ult-effect distillation .

K ey w ords :lo w te mperature m u lt-effect distillation;TVC-M ED

收稿日期:2010-08-15

作者简介:刘庆江,男,本科,高级工程师,哈尔滨锅炉厂有限责任公司副总工程师,毕业后一直从事电站辅机、石化容器、核电产品的设计工作。

0 引 言

淡水资源的匮乏已成为威胁人类生存的严重问题。我国早已认识到缺水将成为制约社会进步和经济发展的瓶颈。我国水资源总量2.81万亿m 3

,居世界第六位,但人均仅占世界人均的1/4,为第121位。全国有300多个城市缺水;沿海城市特别是别是北方地区以及岛屿的供水严重不足。我国沿海地区有丰富的海水资源,用海水淡化技术提纯淡水以满足沿海城镇和岛屿对淡水的需求。随着水资源短缺问题的日趋严重,海水淡化将成为我国解决沿海地区淡水资源短缺问题的重要措施。

1 海水淡化装置分类及工作原理

海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过

程,是分离海水中盐和水的过程。海水淡化常用的方法有蒸馏法和膜分离法,还有冷冻法、水合物法、溶剂萃取法、离子交换法等。蒸馏法又分多级闪蒸(M SF)、多效蒸发(MED )、压汽蒸馏(VC )和太阳能蒸馏(SD);膜分离法分反渗透法(RO )和电渗析法(ED)。而常用的适用于大型的海水淡化主要方法有反渗透(RO )法、多级闪蒸(M SF)法和多效蒸发(MED)法。

M SF 和MED 都属于热法。为了避免海水蒸发过程在蒸发设备上生成的污垢,MED 方法目前多采用低温多效蒸发技术(LT -M ED )。为了提高MED 装置的经济性,可在M ED 海水淡化装置上加设蒸汽压缩机。若带有蒸汽热力压缩器(TVC),称为TVC -MED 装置;若带有机械压缩机(MVC ),称为MVC -MED 装置。由表1归纳了几种海水淡化方法的特性。

第6期锅 炉 制 造

No .6 2010年11月

B O I LER MANUFACTURI NG

Nov .2010

2 大型海水淡化主要方法

2.1 反渗透法

反渗透法最初用于污水的处理,自70年代后期发展出第一座反渗透法海水淡化(S WRO)厂以来,一直是具有竞争力的海水淡化技术之一。原海水通过RO 膜之前必须先经前处理,其目的是除去可能阻塞薄膜的物质或破坏其构造的成份如氧化剂等,处理的方法包括凝集沉降、过滤及添加抑制结构的药剂等。经过前处理后,海水由高压泵送至薄膜分离室,借助于半透膜可除去90%~99%的盐类、95%~99%的有机物及将近100%

的胶体如细菌、硅胶等。薄膜的组成通常包括两

个部分:一部分为海绵状的多孔物质,可让盐类及水通过并支持半透膜;另一部分为厚度仅为数千分之一英寸的半透膜,只能允许水通过。RO 海水淡化装置耗用电能,造水能耗较低,目前大型RO 海水淡化装置的单位造水电耗约为4-8k W h /m 3

,生产淡水含盐量100~500pp m 。装置容量由最初的小型装置逐渐发展到中大型装置,且与热法形成联合海水淡化系统。其关键技术是高性能的反渗透膜和高效能量回收装置,这两项技术目前只被少数国际大公司所掌握。图1

给出了反渗透海水淡化装置工作流程。

图1 S W RO 工作流程

2.2 多级闪蒸法

多级闪蒸法是利用闪发蒸馏的原理,将溶液中的水分转变成蒸汽而与溶解于溶液中的盐份分离,闪蒸是以减压的方式降低沸点,产生水蒸汽经冷凝后即可制得淡水。多级闪蒸法的过程原理如下:将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室,由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下,故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速的部分气化,从而使热盐水自身的温度降低,所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。多级闪蒸以此原理为基础,使热盐水

依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室,逐级蒸发降温,同时盐水也逐级增浓,直到其温度接近(但高于)天然海水温度。从各级闪蒸室中闪蒸出的蒸汽,分别通过各级的汽水分离器,进入冷凝室的管间凝结成淡水。

图2给出了直通式M SF 海水淡化装置流程示意图。

多级闪蒸海水淡化装置在海水淡化最为集中的中东地区占据主要地位,其单机容量最大,造水品质高(含盐量可低至2~5ppm ),技术成熟,设备运行稳定。其缺点是装置占地面积大,装置投

30 锅 炉 制 造 总第224期

资费用高,设备运行能耗高,近年来发展呈下降趋

势。

图2 M SF海水淡化装置工作流程示意图

2.3 多效蒸发法

多效蒸发法是海水淡化技术中较早发展的方法之一,多效蒸发系由单效蒸发器串联组成,即将前一个蒸发器产生的二次蒸汽引入下一个蒸发器作为加热蒸汽并在其中凝结为水,如此依次进行,每一个蒸发器及其过程称为一效,这样就可形成双效、三效和多效等。多效蒸发使热能重复利用,造水比几乎按效数成倍增加。蒸发器换热管表面严重的结垢曾限制了MED海水淡化技术的发展。随着防垢技术的发展、新型高效蒸发设备的出现及低温蒸发技术的进展,在20世纪60年代末发展了低温多效蒸发海水淡化技术,成为第三代海水淡化技术,在90年代后得到快速发展。

所谓低温多效蒸发(LT-M ED)海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度TBT不超过70的海水淡化,低温下经过简单预处理的海水在蒸发器中几乎不再发生结垢现象。进料海水首先进入冷凝器中预热,而后被分成两股物流。一股作为蒸发过程的进料,另一股作为冷却水排回大海,水温较低时不需要冷却水,从而减少排水能量消耗。进料海水被引入到蒸发器的后几效中,料液经喷嘴被均匀分布到蒸发器的顶排管上,海水被预热到饱和温度后部分水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发。二次蒸汽在下一效中冷凝成产品水,剩余料液由泵输送到蒸发器的下一个效组中,在新的效组中重复喷淋、蒸发、冷凝过程。料液最后在末效蒸发器组中以浓缩液的形式离开装置。生蒸汽被输入到第一效的蒸发管内并在管内凝结,管外海水产生与冷凝量基本等量的二次蒸汽。由于第二效的操作压力要低于第一效,二次蒸汽在经过汽液分离器后,进入下一效传热管。蒸发、冷凝过程在各效重复,最后一效的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝。由于各效压力不同,使部分产品水闪蒸,并将热量带回蒸发器。被冷却的产品水由产品水泵输送到产品水储罐。低温多效蒸发器可做到15效甚至更多。

低温多效蒸发海水淡化根据所配热泵类型不同可分为三类:

(1)不配任何热泵的低温多效蒸发。

当所提供的加热蒸汽正好是或略高于低温多效海水淡化设备所需压力的蒸汽,可采用该种方式。该方式可利用低压蒸汽,具有很好的热能利用率。

(2)低温多效蒸发配机械压缩机(MVC-MED)。

这种方式一般被作为压汽蒸发装置。这种技术的原理是,经预热的海水到蒸发器中受热气化,蒸发出的二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩,提高其压力、温度及热焓后再送回蒸发室,作为加热蒸汽使用,使蒸发器内的海水继续蒸发,而其本身则冷凝成水,冷凝水从蒸发器内抽出,并与进料海水换热冷却。采用机械压缩原理,使用机械压缩机提高二次蒸汽压力、温度,使二次蒸汽的潜热在蒸发器内连续循环并产生热交换。在正常运转时,机械压缩蒸发装置蒸发所需的能量基本上从压缩功获得,适用于中小容量的海水淡化装置,造水能耗约为10~15k W h/m3。

(3)配热力压缩器的低温多效蒸发(TVC-MED)。这种方式是采用热压缩原理,用高压蒸汽在喷射器中吸入二次蒸汽,实现低压蒸汽重复利用的目的。当加热蒸汽的压力高于0.3M Pa 时常采用此种方式,利用高压蒸汽将多效蒸发装置中某一效的低压二次蒸汽压缩为满足装置首效蒸发器需要压力的蒸汽。TVC结构简单,操作方便,充分利用了高压蒸汽中的能量,可得到1~20倍高压蒸汽量的加热蒸汽,可增加海

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第6期 刘庆江:大型海水淡化技术综述