海水淡化技术分析

海水淡化技术分析

1.基本概念

1.1淡水：含盐量应在1000mg/L( NaCL以下。

通常船用海水淡化装置对所产淡水含盐量的要求皆以锅炉补给水标准为依据。我国船用锅炉给水标准规定补给水的含盐量应小于10mg/L( NaCL。

1.2海水含盐量：大洋中海水平均含盐量约为35g/L。

1.3海水盐的成分：当海水含盐量为35g/L时，各种盐类的含量如下表所示，其中含量最多的是NaC和MgCL

1.4造水比：对于海水淡化系统，造水比是衡量其性能最重要的参数，它是指蒸发装置淡水总产量与加热器所消耗的蒸汽量之比。

2海水淡化技术介绍

图1海水淡化方法的分类

海水淡化技术经过半个多世纪的发展，从技术上讲已经比较成熟，目前在商业上成功

应用的主要有多效蒸馏（MED）、多级闪蒸（MSF）、压汽蒸馏（VC））和反渗透法（SWRO）

2.1 多效蒸馏（MED）

多效蒸馏是由单效蒸馏组成的系统，加热蒸汽被引入第一效冷凝后，使海水产生比蒸汽温度低的几乎等量蒸发。产生的蒸汽被引入第二效作为加热蒸汽，并使海水以比第一效更低的温度蒸发。这个过程一直重复到最后一效，在最后一效蒸汽被海水冷凝器冷凝。第一效的冷凝液返回锅炉，而来自其它效的冷凝液被收集后作为产品水输出。

多效蒸馏海水淡化技术是最早的海水淡化方法之一，早在1898 年就建成了日产

1200-1500 吨淡水的竖管多效蒸馏大型海水淡化工厂，但早期多效蒸馏系统的蒸发器为浸没管式，传热系数低，结垢严重，严重影响了产水量及装置寿命。20 世纪60 年代开始了

降膜蒸发器（横管降膜及竖管降膜）的研究，使传热效率有了很大提高。70 年代为了降低结垢和腐蚀，低温蒸馏技术进入人们的视野，到80 年代初期，低温横管喷淋技术正式用于工业性的海水淡化装置。80 年代中期大型低温高效海水淡化装置研究成功，其原理是以75C左右的低温蒸汽作为加热热源，远低于多级闪蒸110C左右的蒸汽温度，所以管壁

的结垢倾向减小，并且使低温废热的利用成为可能，至此多效蒸馏海水淡化技术进入比较成熟阶段。

目前世界上应用的多效蒸馏海水淡化装置大都为低温多效蒸馏，此类装置的典型代表

为以色列IDE公司开发的一种横管蒸发装置，在低温下操作，最高操作温度62.90 C,共

7 效，造水比可达5.8-6.2 ，折合电耗9 .4-8.2KWh/m3，当使用废热时总能耗仅为2.5KWh/m。目前已有数百台1000t/d以上的此类装置在世界各地运行，最大的装置产水量为25000t/d 。

低温多效蒸馏技术除在防腐防垢方面有突出优点外，低廉的造水成本也是其得以迅速发展的原因。

A.N.Rogers，C.D.siebenthal ，R.F.Battey and L.Awerbuch 通过对大型海水淡化装置的计算得出多效蒸馏海水淡化方法单位淡化水成本最低的结论。美国人G.F.Leiiner 也曾撰文《当今海水脱盐的费用》，对大型海水淡化装置进行比较，结果表明单位淡化水价低温多效较反渗透和多级闪蒸都低。低温多效蒸馏技术的低成本主要归结于它灵活的运行方式，可以利用各种形式的低位热源，如柴油发电机冷却水、工业废气、废热锅炉蒸汽等，但其最主要的运行方式是与火力发电厂结合，水电联产，从透平机抽取0.2-0.4Kg/cm 2的低压背压蒸汽用于造水。

2.2 多级闪蒸（MSF）

多级闪蒸是一种在20世纪50 年代发展起来的海水淡化方法，其原理是将经过预热的海水送入闪

蒸室，该闪蒸室的压力低于进入的盐水所对应的饱和蒸汽压力，因此盐水进入后即因过热而进行闪蒸，闪蒸出的蒸汽冷凝后得到淡水。

闪蒸法海水淡化技术是为克服早期多效蒸馏装置结垢严重的缺点而发展起来的。1957 年英国教授R.S.Silve 发明了多级闪蒸，1959年美国即在加利福尼亚建造了26级570t/d 的多级闪蒸装置，造水比达到7.7 ，从此进入了闪蒸法海水淡化装置大规模应用的新纪元。

闪蒸装置的特点是海水沸腾蒸发是在无换热面的闪蒸室中进行的，所以庞大主体（各级闪蒸室）几乎不结垢，只有外置加热器会结垢，另外所需热源仅为低压蒸汽，热能重复利用，级间连接简单，特别适合于大型化，因此20世纪50 年代开始进入市场后就被中东用户看好（中东地区海水温度高，盐度高，菌藻类含量高，石油污染高，其它淡化方法处理困难），获得迅速发展。但当时多为小型单目的装置（单纯生产淡水），一般能耗较高。进入20世纪70 年代后大中型闪蒸装置开始采用双目的（水电联产模式），淡化成本大幅降低，广泛为各国采纳，从而成为最主要的大规模海水淡化方法之一。据国际脱盐协会（IDA）报告，已建和在建海水淡化装置中多级闪蒸海水淡化装置占总量的60%。

2.3 压汽蒸馏（VC）

这种技术的原理是经预热的海水到蒸发器中吸热汽化，蒸发出的二次蒸汽通过压缩机的压缩，提高了压力、温度及热焙后再送回蒸发室的加热室作为加热蒸汽使用，使蒸发器内的海水继续蒸发，而其本身冷凝成淡水。它可分为两类：一种是热压缩即高压蒸汽在喷射器中引射二次蒸汽，实现低压蒸汽压缩的目的；另一种是机械压缩，即使用机械压缩机提高二次蒸汽的压力、温度，使二次蒸汽的潜热在蒸发器内连续循环传递。

压汽蒸馏的发展起始于热泵蒸发原理的提出，1927 年意大利人应用热泵蒸发原理研制出了原始型的压汽式蒸馏水机，1941 年制成首台产量为每小时300 加仑的压汽式蒸馏装置样机（柴油机驱动式），20 世纪50 年代初期压汽蒸馏装置开始在化学工业和食品工业

中得到应用，但效率低、能耗高。从20世纪70 年代初重量大、速度不能提高、大型化困难的罗茨式压缩机被离心式压缩机取代后，蒸汽压缩机总效率大幅上升，从早期的40%上

升至60-70%，压汽蒸馏得以迅速发展。20 世纪70 年代末，意大利生产的240t/d 压汽蒸馏装置压缩机电耗达到11.4KWh/t ，法国Sidem 公司开发的一种1500t/d 低温多效压汽蒸馏装置，设备更加