低温多效海水淡化可行性探究
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名称 型号规格 总长约70m，直径6.7m 直径2.5m，SS316L 材料SS316L 流量1550m3,扬程34m 流量1376m3,扬程25m 流量358m3,扬程58m 流量115m3,扬程90m 数量 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台
主 要 设 备 配 置
蒸发器 凝汽器 热力压缩机 海水增压泵 盐水泵 淡泵水 凝结水泵
2013/7/18
16
3、方案可行性分析
• 采用管壳式设计，即保持所有加热管均呈水膜蒸发 运行参数控制 • 盐水液位、产品水液位和第一效进汽端凝结水液位应控制在底排换热 液位 ·液位控制 管以下 运行压力 控制 ·• 通常情况下，盐水排放泵、成品水泵和凝结水泵入口的液位被控制在 ·运行温度 蒸发器底排换热管以下约200mm处。 防止结垢与腐蚀 经济成本 •运行压力降低时，一方面使得各效饱和温度降低，有利于提高产量； 压力 •但另一方面，装置运行压力降低会导致TVC引射口压力(即末效二次蒸 汽压力)降低，从而使得TVC从末效抽汽更为困难，当TVC进汽参数不 控制 变时，引射蒸汽量减少，使得造水比降低。 •因此，运行中通常需将末端凝汽器压力稳定在10kPa左右。 • 顶值盐水温度(TBT)在70℃以下，严格控制第一效的盐水温度在设计 值附近，末效温度不宜低于35℃ • 温度高于40℃后硫酸钙的溶解度降低，更易产生结垢，因此，将运 行温度控制在70℃以下，可保持CaSO4具有相对较高的溶解度，从 而降低结垢的风险。
2013/7/18
19
3.2.3化学清洗
注意问题
药剂选择避免 氯化物应力腐 蚀
应对方法
硝酸洗剂
合金的电池效 应产生选择性 腐蚀
两性离子表面 活性剂
新建设备的 “婴儿期腐蚀”
预膜处理
2013/7/18
20
单位淡水产量的热耗率q为：
Qh 1000rh 2.4 106 q Md Pr Pr
比较项目 产品水水质（mg/L） 操作温度（℃） 装置总能耗（kWh/m3） 原水预处理
海水反渗透 300~500 4~45 5.0~6.0 要求高
低温多效 5~10 <70 5.0 要求低
水利用率（%） 腐蚀结垢倾向
建造材质要求
<40
15~40 较小
低
2013/7/18
23
4、研究综述
•
•
在预处理单元，我们设置了反冲洗过滤器代替传统预处理方法，提 高了预处理的效率，也降低了腐蚀结垢的风险。 在设计工艺流程后，我们对TVC-MED系统进行了分析计算，设计 相应的运行参数，同时，通过计算处理成本，对比其它几种海水淡 化技术，对该系统的经济效益进行了分析，结果表明此方案具有较 高的可行性。
2013/7/18
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3.2.2腐蚀
低温下氧对设备的腐蚀 应保持设备内部干燥，需放尽设备内的所有存水，包括盐水、产品水、 凝结水和换热器内的海水。 残留盐分吸潮造成腐蚀 当装置停运时间较长时，在设备放尽盐水后，还需用产品水对蒸发器 的海水侧进行冲洗。 二氧化碳引起的酸性腐蚀 可通过采用补充水除气器来减少物料水中的含氧量，同时严格控制蒸 发器的真空泄漏量，从而减缓氧腐蚀。
第四小组 汇报人：王承喆、王晶 市政与环境工程系
1、海水淡化研究背景 2、TVC-MED海水淡化工艺 3、方案可行性分析
4、研究综述
2013/7/18
2
1、海水淡化研究背景
课题意义
•北方沿海地区的资源型缺水 •南部沿海周边的水质型缺水 •水资源亟待保护和科学利用
海水淡化水的生产销售 和装备制造两大产业
2013/7/18
11
2.2.4主要设置装备 蒸发器
海水系统
蒸汽系统
产水系统
化学加药系统
2013/7/18
12
2.2.4主要设置装备 蒸发器
海水系统
蒸汽系统 产水系统 化学加药系统
冷却海水系统 物料水系统
2013/7/18
13
2.2.4主要设置装备
蒸发器 海水系统
蒸汽系统 产水系统 化学加药系统
综合看来，目前，TVC-MED技术具有预处理简单、对海水水质的 要求低、腐蚀与结垢风险小、可高效利用低位热源、出水水质优良 且含氧量低、处理水量大以及经济效益高等特点，也因此得到了越 来越多的应用，具有良好的发展前景。
2013/7/18
24
附：小组分工
展示: 王承喆、 王晶
CAD图： 工艺设计： 裴晋、 马岚茜娅、 王佳萍、 宋莹莹 徐菁
加热蒸汽系统： TVC的设置提高了MED的造水比，降低了制水成本，且采用调节 锥方式调整TVC进口蒸汽流量，降低了蒸汽压力变化对TVC效率 的影响，极大地提高了MED对机组负荷变化的适应性。 抽真空系统： 将蒸发器内不凝结气体排出，保证其工作在要求的真空状态下。
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2.2.4主要设置装备
式中 Q —— 蒸汽热能，kJ/h；Md—— 产水量，t/h； rh——系数，约为2400 kJ/kg；Pr——造水比，m3/t;
P 9.5kg kg1 202.43m3 /t 其中， r
4 故热耗率 q 1.186 10 kJ/t
单位淡水产量的电耗率eecr为：
式中 Ten——环境温度，K;
Th——蒸汽温度，K。
T eecr 1 en q Th
已知蒸汽温度为300℃，假设环境温度为25℃， 把 q 1.186 104 kJ/t 代入，得到电耗率 eecr 1.58KWh / m3
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表 海水淡化生产自用水成本及对照
项目 电费 化学药品消耗费 蒸汽费用 人工费 TVC-MED 0.924 0.019 2.20 0.05 反渗透 3.33 0.391 0 0.04 按10人计，人均4万 元·a-1 备注 按电价0.585 元·kWh-1计
国内外研究现状
多级闪蒸 蒸馏法 商业规模 反渗透法 压气蒸馏 多效蒸馏
国际尤其是 中东地区占 有较多份额
中国
2013/7/18
3
2、海水淡化方案制定
2.1处理工艺选择:
热力压缩低温多效蒸馏（
TVC-MED）技术
多效蒸馏技术（MED）——是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器
串联起来，蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交换后，冷凝成 淡化水；海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器，并使几乎同量的海水 以比第一效更低的温度蒸发，自身又被冷凝。这一过程一直重复到 最后一效，连续产出淡化水。
消泡剂加药单元
加药目的
降低海水的表面 张力，防止和减 少泡沫的产生 防止换热管表面 积垢影响热效率 去除海水中残留 的余氯
加药位置
物料水入口处
加药量
0.2~0.3 mg·L-1
阻垢剂加药单元
偏亚硫酸氢钠加 药单元
物料水入口处
自反洗过滤器进 口处
4～5 mg·L-1 控制MED进口海 水余氯小于0.1 mg·L-1
PPT制作： 孟小然
四种技术 对比： 背景资 王承喆、 王开强、 料收集： 詹学渊 徐艺柏
组长： 徐菁
2010年12月13日
2013/7/18
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6
2.2.1、海水预处理
项目 项目最高工 作压力 /MPa 最高工作温 度/℃ 容积/L 最高流速 /kg·s-1
参数 0.6
60
2300 820
表1 自反洗过滤器设计参数
当过滤器进出口压差达到设定值 时，过滤器进入反洗状态。
图1 预处理系统图
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2.2.1、海水预处理
·冬季低温
传统预 处理系 统
本方案 预处理 系统
时反应慢、 矾花细小。
导致后续的 板式换热器 和凝汽器出 现铁红色污 泥软垢；
严重影响海水淡化设 备制水效率的现象。
·采用中间 海水池进行 自然沉淀和 自反洗过滤 器(过滤精度 500μm)进 行粗滤。
此预处理方法简单有 பைடு நூலகம்，是其他工艺的预 处理方法无法比拟的。
膜更换费用
维修费 淡水生产费用总 成本
0
1.03
0.923
0.23
4.223
4.914
一般认为海水淡化装置容量超过日产6000t淡水 时，多效蒸馏法比反渗透法更经济。
2013/7/18
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4、研究综述 •劣势：对于新建电厂，多效蒸馏法需要启动蒸汽；由于没有 海水淡化技术比较表 备用设备，需要淡水水源作为工业用水的备用水源。
低温多效蒸馏技术
蒸汽热力压缩器(TVC)——是以具有一定压力的蒸汽为动力，将
低压蒸汽压缩，使其压力有一定的升高，实现低压蒸汽再利用的设 备
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4
TVC-MED技术具有的优点
方法 电渗析 缺点 能耗大，对于不导电的颗粒没有去除 能力 工程适用 原水含盐量低于 3000mg/L的苦咸水淡 化装置 主要处在试验研究阶段 难成便携式海水淡化装 置
2013/7/18
8
2.2工艺流程设计:
本TVC-MED海水淡化工程主要分为： 2、海水预处 理 3、低温多效 蒸馏 4、淡水收集 和浓盐水排 放
1、海水取水
2013/7/18
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2.2.3、低温多效蒸馏装置
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2.2.4主要设置装备 蒸发器
海水系统
蒸汽系统
产水系统
化学加药系统
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温度 控制
3.2.1结垢 在海水沸腾蒸发过程中，海水中的碳酸氢盐会发生以下反应： Ca(HCO3)2 CaCO3 +CO2+H2O Mg(HCO3)2 MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2
影响因素： 采取措施：
吸热反应 严格控制温度
真空下运行，易使 气体分离出来 添加阻垢剂
蒸发器 海水系统
蒸汽系统 产水系统 化学加药系统
凝结水系统： 凝结水由第l效热井排出后经凝结水泵升压，经凝结水冷却器冷 却后输送至厂区凝结水母管。 盐水系统：逐级回流方式 淡水系统：逐级回流排放
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2.2.4主要设置装备 蒸发器 海水系统 蒸汽系统 产水系统 化学加药系统 加药单元
离子交换 且处理量较小，原材料消耗量大 反渗透 海水预处理投资高、二次污染，膜易 损坏，单级反渗透水质不稳定
•最高蒸发温度一般不高于70℃——解决了换热设备的腐蚀和结垢 问题； •预处理较简单，化学药剂消耗较低； •系统的操作安全可靠； •节能高效
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2.2工艺流程设计:
本TVC-MED海水淡化工程主要分为： 1、海水 取水 2、海水 预处理 3、低温 多效蒸馏 4、淡水 收集 5、浓盐 水排放
主 要 设 备 配 置
蒸发器 凝汽器 热力压缩机 海水增压泵 盐水泵 淡泵水 凝结水泵
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3、方案可行性分析
• 采用管壳式设计，即保持所有加热管均呈水膜蒸发 运行参数控制 • 盐水液位、产品水液位和第一效进汽端凝结水液位应控制在底排换热 液位 ·液位控制 管以下 运行压力 控制 ·• 通常情况下，盐水排放泵、成品水泵和凝结水泵入口的液位被控制在 ·运行温度 蒸发器底排换热管以下约200mm处。 防止结垢与腐蚀 经济成本 •运行压力降低时，一方面使得各效饱和温度降低，有利于提高产量； 压力 •但另一方面，装置运行压力降低会导致TVC引射口压力(即末效二次蒸 汽压力)降低，从而使得TVC从末效抽汽更为困难，当TVC进汽参数不 控制 变时，引射蒸汽量减少，使得造水比降低。 •因此，运行中通常需将末端凝汽器压力稳定在10kPa左右。 • 顶值盐水温度(TBT)在70℃以下，严格控制第一效的盐水温度在设计 值附近，末效温度不宜低于35℃ • 温度高于40℃后硫酸钙的溶解度降低，更易产生结垢，因此，将运 行温度控制在70℃以下，可保持CaSO4具有相对较高的溶解度，从 而降低结垢的风险。
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3.2.3化学清洗
注意问题
药剂选择避免 氯化物应力腐 蚀
应对方法
硝酸洗剂
合金的电池效 应产生选择性 腐蚀
两性离子表面 活性剂
新建设备的 “婴儿期腐蚀”
预膜处理
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单位淡水产量的热耗率q为：
Qh 1000rh 2.4 106 q Md Pr Pr
比较项目 产品水水质（mg/L） 操作温度（℃） 装置总能耗（kWh/m3） 原水预处理
海水反渗透 300~500 4~45 5.0~6.0 要求高
低温多效 5~10 <70 5.0 要求低
水利用率（%） 腐蚀结垢倾向
建造材质要求
<40
15~40 较小
低
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4、研究综述
•
•
在预处理单元，我们设置了反冲洗过滤器代替传统预处理方法，提 高了预处理的效率，也降低了腐蚀结垢的风险。 在设计工艺流程后，我们对TVC-MED系统进行了分析计算，设计 相应的运行参数，同时，通过计算处理成本，对比其它几种海水淡 化技术，对该系统的经济效益进行了分析，结果表明此方案具有较 高的可行性。
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3.2.2腐蚀
低温下氧对设备的腐蚀 应保持设备内部干燥，需放尽设备内的所有存水，包括盐水、产品水、 凝结水和换热器内的海水。 残留盐分吸潮造成腐蚀 当装置停运时间较长时，在设备放尽盐水后，还需用产品水对蒸发器 的海水侧进行冲洗。 二氧化碳引起的酸性腐蚀 可通过采用补充水除气器来减少物料水中的含氧量，同时严格控制蒸 发器的真空泄漏量，从而减缓氧腐蚀。
第四小组 汇报人：王承喆、王晶 市政与环境工程系
1、海水淡化研究背景 2、TVC-MED海水淡化工艺 3、方案可行性分析
4、研究综述
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1、海水淡化研究背景
课题意义
•北方沿海地区的资源型缺水 •南部沿海周边的水质型缺水 •水资源亟待保护和科学利用
海水淡化水的生产销售 和装备制造两大产业
2013/7/18
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2.2.4主要设置装备 蒸发器
海水系统
蒸汽系统
产水系统
化学加药系统
2013/7/18
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2.2.4主要设置装备 蒸发器
海水系统
蒸汽系统 产水系统 化学加药系统
冷却海水系统 物料水系统
2013/7/18
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2.2.4主要设置装备
蒸发器 海水系统
蒸汽系统 产水系统 化学加药系统
综合看来，目前，TVC-MED技术具有预处理简单、对海水水质的 要求低、腐蚀与结垢风险小、可高效利用低位热源、出水水质优良 且含氧量低、处理水量大以及经济效益高等特点，也因此得到了越 来越多的应用，具有良好的发展前景。
2013/7/18
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附：小组分工
展示: 王承喆、 王晶
CAD图： 工艺设计： 裴晋、 马岚茜娅、 王佳萍、 宋莹莹 徐菁
加热蒸汽系统： TVC的设置提高了MED的造水比，降低了制水成本，且采用调节 锥方式调整TVC进口蒸汽流量，降低了蒸汽压力变化对TVC效率 的影响，极大地提高了MED对机组负荷变化的适应性。 抽真空系统： 将蒸发器内不凝结气体排出，保证其工作在要求的真空状态下。
2013/7/18
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2.2.4主要设置装备
式中 Q —— 蒸汽热能，kJ/h；Md—— 产水量，t/h； rh——系数，约为2400 kJ/kg；Pr——造水比，m3/t;
P 9.5kg kg1 202.43m3 /t 其中， r
4 故热耗率 q 1.186 10 kJ/t
单位淡水产量的电耗率eecr为：
式中 Ten——环境温度，K;
Th——蒸汽温度，K。
T eecr 1 en q Th
已知蒸汽温度为300℃，假设环境温度为25℃， 把 q 1.186 104 kJ/t 代入，得到电耗率 eecr 1.58KWh / m3
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表 海水淡化生产自用水成本及对照
项目 电费 化学药品消耗费 蒸汽费用 人工费 TVC-MED 0.924 0.019 2.20 0.05 反渗透 3.33 0.391 0 0.04 按10人计，人均4万 元·a-1 备注 按电价0.585 元·kWh-1计
国内外研究现状
多级闪蒸 蒸馏法 商业规模 反渗透法 压气蒸馏 多效蒸馏
国际尤其是 中东地区占 有较多份额
中国
2013/7/18
3
2、海水淡化方案制定
2.1处理工艺选择:
热力压缩低温多效蒸馏（
TVC-MED）技术
多效蒸馏技术（MED）——是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器
串联起来，蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交换后，冷凝成 淡化水；海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器，并使几乎同量的海水 以比第一效更低的温度蒸发，自身又被冷凝。这一过程一直重复到 最后一效，连续产出淡化水。
消泡剂加药单元
加药目的
降低海水的表面 张力，防止和减 少泡沫的产生 防止换热管表面 积垢影响热效率 去除海水中残留 的余氯
加药位置
物料水入口处
加药量
0.2~0.3 mg·L-1
阻垢剂加药单元
偏亚硫酸氢钠加 药单元
物料水入口处
自反洗过滤器进 口处
4～5 mg·L-1 控制MED进口海 水余氯小于0.1 mg·L-1
PPT制作： 孟小然
四种技术 对比： 背景资 王承喆、 王开强、 料收集： 詹学渊 徐艺柏
组长： 徐菁
2010年12月13日
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2.2.1、海水预处理
项目 项目最高工 作压力 /MPa 最高工作温 度/℃ 容积/L 最高流速 /kg·s-1
参数 0.6
60
2300 820
表1 自反洗过滤器设计参数
当过滤器进出口压差达到设定值 时，过滤器进入反洗状态。
图1 预处理系统图
2013/7/18
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2.2.1、海水预处理
·冬季低温
传统预 处理系 统
本方案 预处理 系统
时反应慢、 矾花细小。
导致后续的 板式换热器 和凝汽器出 现铁红色污 泥软垢；
严重影响海水淡化设 备制水效率的现象。
·采用中间 海水池进行 自然沉淀和 自反洗过滤 器(过滤精度 500μm)进 行粗滤。
此预处理方法简单有 பைடு நூலகம்，是其他工艺的预 处理方法无法比拟的。
膜更换费用
维修费 淡水生产费用总 成本
0
1.03
0.923
0.23
4.223
4.914
一般认为海水淡化装置容量超过日产6000t淡水 时，多效蒸馏法比反渗透法更经济。
2013/7/18
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4、研究综述 •劣势：对于新建电厂，多效蒸馏法需要启动蒸汽；由于没有 海水淡化技术比较表 备用设备，需要淡水水源作为工业用水的备用水源。
低温多效蒸馏技术
蒸汽热力压缩器(TVC)——是以具有一定压力的蒸汽为动力，将
低压蒸汽压缩，使其压力有一定的升高，实现低压蒸汽再利用的设 备
2013/7/18
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TVC-MED技术具有的优点
方法 电渗析 缺点 能耗大，对于不导电的颗粒没有去除 能力 工程适用 原水含盐量低于 3000mg/L的苦咸水淡 化装置 主要处在试验研究阶段 难成便携式海水淡化装 置
2013/7/18
8
2.2工艺流程设计:
本TVC-MED海水淡化工程主要分为： 2、海水预处 理 3、低温多效 蒸馏 4、淡水收集 和浓盐水排 放
1、海水取水
2013/7/18
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2.2.3、低温多效蒸馏装置
2013/7/18
10
2.2.4主要设置装备 蒸发器
海水系统
蒸汽系统
产水系统
化学加药系统
2013/7/18 17
温度 控制
3.2.1结垢 在海水沸腾蒸发过程中，海水中的碳酸氢盐会发生以下反应： Ca(HCO3)2 CaCO3 +CO2+H2O Mg(HCO3)2 MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2
影响因素： 采取措施：
吸热反应 严格控制温度
真空下运行，易使 气体分离出来 添加阻垢剂
蒸发器 海水系统
蒸汽系统 产水系统 化学加药系统
凝结水系统： 凝结水由第l效热井排出后经凝结水泵升压，经凝结水冷却器冷 却后输送至厂区凝结水母管。 盐水系统：逐级回流方式 淡水系统：逐级回流排放
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2.2.4主要设置装备 蒸发器 海水系统 蒸汽系统 产水系统 化学加药系统 加药单元
离子交换 且处理量较小，原材料消耗量大 反渗透 海水预处理投资高、二次污染，膜易 损坏，单级反渗透水质不稳定
•最高蒸发温度一般不高于70℃——解决了换热设备的腐蚀和结垢 问题； •预处理较简单，化学药剂消耗较低； •系统的操作安全可靠； •节能高效
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2.2工艺流程设计:
本TVC-MED海水淡化工程主要分为： 1、海水 取水 2、海水 预处理 3、低温 多效蒸馏 4、淡水 收集 5、浓盐 水排放