国内海水淡化工程现状分析

第４８卷

２０１９年７月

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船海工程

ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

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Ｖｏｌ.４８

Ｊｕｌ.２０１９

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ＤＯＩ:１０.３９６３/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１￣７９５３.２０１９.Ｓ１.０８１

国内海水淡化工程现状分析

罗祧

(武汉船舶设计研究院有限公司ꎬ武汉４３００６４)

摘㊀要:分析我国水资源概况及国内海水淡化工程现状ꎬ对比国内主要的几种海水淡化技术ꎬ包括反渗透法㊁低温多效蒸馏法㊁多级闪蒸法及电渗析法ꎬ概述太阳能㊁风能和海洋能等可再生能源与海水淡化相结合的发展趋势ꎮ

关键词:海水淡化ꎻ反渗透ꎻ低温多效蒸馏ꎻ多级闪蒸ꎻ电渗析ꎻ太阳能ꎻ海洋能

中图分类号:Ｕ６６４.５＋９１㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１￣７９５３(２０１９)Ｓ１￣０３０５￣０６

收稿日期:２０１９－０３－１９修回日期:２０１９－０３－３０

第一作者:罗祧(１９８５ )ꎬ男ꎬ学士ꎬ工程师研究方向:轮机设计工作

㊀㊀由于世界经济的快速发展及全球人口数量的不断增长ꎬ引发水质恶化及水污染越来越严重ꎬ人们日常生活所必须的淡水资源也变得越来越少ꎬ现在淡水资源危机成为全人类不得不去面对和解决的问题ꎮ海洋的面积大约占地球面积的７０％ꎬ海水资源大约占地球水资源总量的９６％ꎬ采取海水淡化的措施来解决淡水资源短缺的问题ꎬ将是一种选择ꎮ目前ꎬ我国海水淡化技术正在呈现多元化发展的趋势ꎬ海水淡化工程的规模也在逐步增长ꎬ虽然与国外相比仍旧存在一定的差距ꎬ但我国海水淡化工程在淡水资源的开发利用中有着非常广阔的应用前景ꎮ

１㊀我国水资源概况

全世界水资源总量排名前３位的国家依次是

巴西㊁俄罗斯及加拿大ꎮ中国排名第４位ꎬ我国的淡水资源为２７０００亿ｔꎬ占全世界水资源总量的

６％ꎮ但是中国的人口数量为１３.７５亿ꎬ占世界人口数量的２１％ꎬ我国人均占水量不足２２００ｔꎬ世界人均占水量为中国人均占水量的４倍ꎬ我国人均水资源极为缺乏ꎮ庞大的人口数量和快速的经济发展速度给水资源供应带来了巨大的挑战ꎮ

我国的水资源分布情况非常不均匀ꎬ南部和西部较多㊁北部和东部较少ꎮ全国有约６７％的主要城市缺水ꎬ其中严重缺水的城市近１８％ꎬ主要分布在华北㊁东北㊁西北和沿海地区[１]ꎮ从２０１０

年起我国已经严重缺水ꎬ１０年后ꎬ我国缺水的程度将达到最大值ꎮ淡水资源的危机ꎬ不但严重地限制了我国经济的高速发展ꎬ而且还严重地影响了人民的日常工作和生活ꎮ

虽然我国淡水资源严重短缺ꎬ但是我国的海水资源却有着得天独厚的地理条件ꎬ不仅海岸线狭长ꎬ而且海域广阔ꎬ包括渤海㊁黄海㊁东海以及南海等海域ꎮ海水淡化ꎬ不但不会受到气候及地理等因素的制约ꎬ而且海水取之不尽㊁用之不竭ꎬ将海水资源合理利用及处理变成淡水资源ꎬ对于解决我国淡水资源短缺的问题ꎬ有着极为重要的现实意义ꎮ

２㊀国内海水淡化工程现状

近年来ꎬ我国已经建成的海水淡化工程主要

位于沿海的各个省市ꎬ北部主要分布于河北㊁天津及山东等省市ꎬ北部地区的海水淡化工程主要用于电力及钢铁行业的工业用水ꎬ南部主要分布于浙江㊁福建及广东等省市ꎬ南部地区的海水淡化工程主要用于海岛居民日常生活的生活用水[２]ꎮ

在我国已经建成的海水淡化工程中ꎬ１０００ｔ

级以下的有５７个ꎬ１０００~１００００ｔ级的有３８个ꎬ

１００００ｔ级以上的有３６个ꎬ并且海水淡化工程的数量在逐年增大ꎮ

我国海水淡化工程主要用途为工业用水ꎬ占

６６.６１％(其中钢铁占１３.０５％ꎬ石化占１２.３％ꎬ化工占５.０５％ꎬ核电占４.６１％ꎬ火电占３１.６％)ꎬ其次是生活用水ꎬ占３３.０５％ꎬ其他用水占０.３４％ꎮ

虽然我国的海水淡化产业发展势态正在稳步提高ꎬ但是我国的淡水资源短缺的问题仍旧没有得到解决ꎬ我国海水淡化产业的规模与国外相比

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还相差甚远ꎬ截止２０１６年底ꎬ约为世界规模的

１％ꎮ我国的海水淡化工程规模偏小ꎬ供水比较分散ꎬ因此ꎬ我国的海水淡化产业还有很大的发展空间ꎮ

３㊀国内海水淡化技术现状

随着科技日新月异地发展ꎬ海水淡化技术也

在不断更新换代并且越来越多元化ꎮ目前世界上现有的海水淡化技术多达２０余种ꎬ国内较为成熟的海水淡化技术主要包括反渗透法㊁低温多效蒸馏法㊁多级闪蒸法和电渗析法[３]ꎮ

３.１㊀反渗透法

反渗透法是对海水施加压力以克服自然渗透ꎬ如果施加的压力大于自然渗透的压力ꎬ就会改变渗透的方向ꎬ水分子将穿过半透膜进入另一边ꎬ从而实现海水淡水的过程ꎮ

反渗透法的原理见图１ꎬ①海水的预处理ꎮ预处理能够控制海水的酸碱值ꎬ去除海水中的悬浮颗粒物ꎻ②海水的加压ꎮ在高压泵的压力下海水中的水分子穿过半透膜变成比较清洁的水ꎬ半透膜阻隔的盐分以及杂质变成浓盐水ꎻ③后处理ꎮ对穿过半透膜后的水进行酸碱调节及脱气处理后变成可供使用的淡水ꎮ因为浓盐水压力较高ꎬ如果直接排放会带来比较大的能量损失ꎬ非常不经济环保ꎬ因此ꎬ通常在反渗透系统中增加能量回收装置来吸收并合理利用浓盐水中的机械能ꎬ以便提高整套反渗透系统的能量利用率

ꎮ

图１㊀反渗透法的原理

我国在上世纪６０年代开始研究反渗透法制淡ꎬ现在反渗透法的应用已经非常成熟ꎬ目前已经建成了多个反渗透制淡装置示范工程ꎬ单台反渗透制淡装置的日制淡能量可达到１０００ｔ㊁３０００ｔ及１００００ｔꎬ已经能够自主设计和建造单机规模日产万吨级以上的反渗透制淡工程ꎮ当前我国最大的反渗透制淡项目ꎬ同时也是我国第一次将海水制淡用于生活饮水的制淡项目是位于青岛市的白发海水淡化厂ꎬ日制淡量高达１０万ｔꎬ海水淡化回收率达４５％ꎬ淡水直接连接到青岛市的自来水管网ꎬ给青岛市民提供日常生活的饮用淡水ꎮ３.２㊀低温多效蒸馏法

低温多效蒸馏法是在较低的温度下把多台蒸发器按顺序串联在一起ꎬ加热下一效蒸发器中的海水所需要的蒸汽来自于上一效蒸发器中的海水蒸发产生的二次蒸汽ꎬ从而使海水的蒸发和凝结反复进行来制淡的过程ꎮ

低温多效蒸馏法的原理见图２ꎬ首先海水进入冷凝器被加热ꎬ加热后的海水ꎬ有一部分用于排出系统中多余的热量ꎬ这一部分海水在冷凝器中吸热后变成冷却海水排出ꎬ另一部分被加热后的海水依次进入按顺序排列的每一效蒸发器中ꎬ海水经过除雾器后被均匀喷洒变成液膜附着在换热管外壁上ꎬ第１效蒸发器的换热管内充满来自外部的加热蒸汽ꎬ附着在换热管外壁的液膜被换热管内的加热蒸汽加热变成二次蒸汽ꎬ第１效蒸发器中换热管外的海水加热后变成的二次蒸汽将进入第２效蒸发器的换热管内变成加热蒸汽从而加热第２效蒸发器中附着在换热管外壁上的海水液膜ꎬ以此类推ꎬ每一效蒸发器的换热管外的海水被加热后形成二次蒸汽进入下一效蒸发器的换热管内ꎬ下一效蒸发器中附着在换热管外壁上的海水液膜所需要的加热蒸汽均来自于上一效的海水蒸发所产生的二次蒸汽ꎬ每一效蒸发器内的压力将逐渐下降ꎬ从第２效蒸发器开始ꎬ海水在蒸发器内的蒸发可以不再需要外部提供热量从而实现连续蒸发ꎬ每一效蒸发器换热管内的二次蒸汽凝结后变成淡水ꎬ其余未蒸发的海水变成浓盐水ꎮ淡水将被收集储存ꎬ浓盐水将被排出ꎮ

㊀㊀我国在上世纪６０年代开始研究低温多效蒸馏法制淡ꎬ最初仅研制出小型压汽蒸馏海水淡化装置ꎬ现在低温多效蒸馏法的技术逐渐从小型装

置向大型工程转变ꎬ已经拥有自主研发与制造能力ꎮ２００４年山东黄岛发电厂建成的日制淡量

３０００ｔ的低温多效蒸馏工程是我国低温多效蒸发法自主研发的示范工程ꎬ２００９年河北成功自主建造了１台日制淡量１２５００ｔ的低温多效蒸馏装置ꎮ

３.３㊀多级闪蒸法

多级闪蒸法的原理是基于闪蒸ꎬ如果封闭容器内的压力越低ꎬ水的沸点越低ꎬ海水经过加热后逐个进入按顺序排列的闪蒸室ꎬ每一级闪蒸室内的压力依次降低ꎬ因为每一级闪蒸室内海水的温度高于闪蒸室的压力所对应的饱和温度ꎬ过热态６

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