低温多效海水淡化关键能耗指标的选取及应用

项 目 指 标
表 ２ 海水进水水质条件
水温（℃） 盐度（‰） Ｈ Ｃ Ｏ ３－（ｍ ｇ ／ Ｌ ）
－２ ～３１
３１．１
１４７
ｐＨ 值 ８ ～９
通过对海水进行澄清等预处理，并经 Ｍ Ｅ Ｄ 淡 化后，设计出水的电导率＜ １ ０ μ ｓ ／ ｃ ｍ 。 主要流程为：渤海湾海水通过内港池进入海水 取水泵站前池，由提升水泵送至海水淡化预处理
余热的大中型海水淡化厂中使用。该技术在国外已 热电联产海水淡化的当量电耗量
有 ２ ０ 多年的发展历史，目前单台装置最大产量为 ４ ０ ０ ０ ０ ｔ ／ ｄ ，已有数百台 １ ０ ０ ０ ｔ ／ ｄ 以上的装置在世界 各地运行。Ｍ Ｅ Ｄ 的工程在世界上已有 ４ ０ ０ 多台，中
Ｅ Ｅ Ｃ Ｒ ｈ ｃ ＝ Ｄ ｈ （ｈ － ｈ ｃ ）η ｍ ｇ ／ ３ ６ ０ ０ ＋ Ｗ ｐ
２．３．３ 热效率
率
２４００Ｍ
η ｄｂ＝ ２ ４ ０ ０Ｍ ｄ １ ＝Ｐｒ
Ｐｒ
ｄ
·η ｂ
·
η ｎ
ηｂ
η ｎ＝
８１．９ ｂ＊ｅｓ·ｅｅｃｒｂ
式中：η ｂ ——锅炉或低温核反应堆的热效率；
η ｎ ——海水淡化加热器环节的热效率。
热电联产脱盐：η ｄｃ ≈ ２ ４ ０ ０ Ｍ ｄ ／ （ Ｂ ｈｃ ｑ ｌｓ ） ＝ ８ １ ． ９ ／ （ｂ ｅｓ ·ｅ ｅ ｃ ｒ ｈｃ ） 锅炉、核堆脱盐：η ｄｂ＝ ２ ４ ０ ０Ｍ ｄ／ （ Ｂ ｄｂｑ ｌｓ） ＝ ８ １ ． ９ ／ （ｂ ＊ｅｓｅｅｃｒｂ）＝ Ｐ ｒ η ｂ η ｎ 虽然改进后的性能评价指标体系更趋科学合 理，但是由于参数选取不方便，因此在生产建设实
２．３．２ 燃料消耗率
２．２ 改进的蒸馏法海水淡化能耗指标 ２．２．１ 热效率
２ ． ２ ． １ ． １ 锅炉或低温核反应堆海水淡化系统的热效
热电联产脱盐：ｂ ｄｃ ＝ Ｂ ｈｃ ／ Ｍ ｄ ＝ ｂ ｅｓ ｅ ｅ ｃ ｒ ｄ ｃ 锅炉、核堆脱盐：ｂ ｄ ｂ ＝ Ｂ ｄｂ ／ Ｍ ｄ ＝ ｂ ｅｓ ＊ ｅ ｅ ｃ ｒ ｄ ｂ
能 与
取，并对国内外低温多效海水淡化工程的能耗指标分别进行比较分析。
环
关键词：海水淡化；多效蒸馏；造水比；单位电耗率
保
20
联合国的报告预测：２ １ 世纪淡水将成为世界最 本等量的蒸馏水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被海
为紧张的自然资源，水是 ２ １ 世纪的“石油”。在沿 水冷凝。第一效的冷凝液返回蒸汽发生器，其余效
４７．５
４７．７
图 １ 首钢京唐钢铁公司海水处理与利用图示
抽真空耗汽量（ｔ ／ ｈ ）
０．７
２．３
总耗汽量（ｔ ／ ｈ ）
４８．２
５０．０
河北国华沧东发电有限公司（黄骅电厂）规划
工作蒸汽压力（Ｍ Ｐ ａ ）
０．５５
０．５５
电厂 １ 期工程（２ × ６ ０ ０ Ｍ Ｗ ）海水淡化站的建设规
设计入料海水温度（℃）
４９
５３
３．２ 国内 ＭＥＤ 海水淡化工程能耗比较
模可达 ２０ 万 ｔ／ｄ 。１ 期工程首先建设 ２ × １ 万 ｔ／ｄ 海
水淡化，选用法国 Ｓ Ｉ Ｄ Ｅ Ｍ 公司具有国际先进水平
的低温多效海水淡化装置。大致的能耗等指标对比
如表 ３ 。
表 ３ 国内 ＭＥＤ 装置能耗对比表
建设方
首钢京唐公司
黄骅电厂
能
与
电耗率
环
热耗率 ｑ ＝ Ｑ ｈ ／ Ｍ ｄ ，造水比 Ｇ Ｏ Ｒ 或 Ｐ ｒ ＝ Ｍ ｄ ／ 当量电耗量
保
Ｄ ｈ ；二者之间的关系：ｑ ＝ １ ０ ０ ０ ×γ ｈ ／ Ｇ Ｏ Ｒ ≈ ２ ． ４ × １ ０ ６ ／ Ｐ ｒ，其中γ ｈ ≈ ２ ４ ０ ０ ｋ Ｊ ／ ｋ ｇ 。
ＥＥＣＲ
的型式提供。
电机组供电煤耗率；
低温多效蒸馏海水淡化技术可利用电厂、化工 厂或低温核反应堆提供的低品位蒸汽，将海水多次
ｅ ｅ ｃ ｒ ｈ ｃ ——热电联产海水淡化的当量电耗率。
２．２．２ 海水淡化过程的当量电耗率
蒸发和冷凝达到较高的造水比，特别适合利用低位 ２ ． ２ ． ２ ． １ 热电联产海水淡化系统的当量电耗率
式中：Ｄ ｈ ——机组供热蒸汽量； ｈ ——抽汽焓；
国已有运行实例。河北黄骅电厂和天津泰达公司的 ｈｃ ——排汽焓；
设备已投入运行，天津北疆电厂的 ４ × ２ ５ ０ ０ ０ ｍ ３ ／ ｄ η ｍｇ ——机组机械效率；
的 Ｍ Ｅ Ｄ 海水淡化工程也正在建设中。
Ｗ ｐ ——海水淡化系统的泵功消耗。
式中：Ｔ ｅ ｎ ——环境温度，Ｋ ；
Ｔｈ
Ｔ ｈ ——加热蒸汽的热力学平均温度，Ｋ 。
事实上，由于输入能量与产品淡水之间的差
当量电耗率
ｅｅｃｒｈｂ
＝ Ｅ Ｅ ＭＣ ｄＲ ｈ ｂ ＝ Ｐ ｒ · ６ ６η６ ｂ． ·７ η ｎ·η
＊ ｅｓ
式中：η＊ ｅ ｓ ——电网主力机组的供电效率。 ２．３ 海水淡化过程的统一化的性能评价指标体系
水则排入内港池，成品水一部分送至精除盐设施进 和 Ｅ ＋ Ｔ 模式运行，其中乏汽运行技术（纯 Ｍ Ｅ Ｄ
行精处理，精处理出水经贮存调节后送自备电站、 模式）在国内尚无应用。可见首钢京唐公司低温多
水的方法，对于缺乏淡水资源的沿海某些工业企业 回收的热量可提高系统的总效率。被冷却的产品水
有很好的借鉴意义。
由产品水泵输送到产品水储罐。这样生产出来的产
品水是平均含盐量小于 ５ ｍ ｇ ／ Ｌ 的纯水。实际上低
１ ＭＥＤ 海水淡化原理及利用现状
温多效蒸馏就是海水的最高蒸发温度不超过 ７ ０ ℃的
低温多效蒸馏（Ｌ Ｔ － Ｍ Ｅ Ｄ ）是最早的海水淡化 一种海水淡化方式。海水中盐类的溶解度在 ７ ０ ℃左
３３％
～３ ０ ％
成品水纯度
电导率＜ １ ０ μ ｓ ／ ｃ ｍ 电导率＜ １ ０ μ ｓ ／ ｃ ｍ
浓盐水产水量
１２０８ｔ／ｈ（单套）
—
浓盐水含盐量 ４ ． ６ ５ ％ Ｔ Ｄ Ｓ （对应于盐度 ５ ． １ ６ ％ Ｔ Ｄ Ｓ（对应于 ３ ． ２ ５ ％ Ｔ Ｄ Ｓ 的海水） 盐度 ３ ． ６ ％ Ｔ Ｄ Ｓ 的海水）
第 １ 效最高盐水温度（ ℃）
～６ ３
６５
浓盐水排出温度（ ℃）
４２
—
wenku.baidu.com区，经混凝沉淀分离后，底流污泥通过泥浆泵送往 从表 ３ 可知，前者的 Ｇ Ｏ Ｒ 和 ｅ ｅ ｃ ｒ 等指标都优
厢式压滤机进行脱水外运；出水进入 Ｍ Ｅ Ｄ 装置，淡 于后者。更为重要的是，首钢京唐公司海水淡化项
化出水进入成品水罐进行贮存调节，浓盐水及冷却 目可采用 Ｅ 模式（Ｍ Ｅ Ｄ 模式）、Ｔ 模式（Ｔ Ｖ Ｃ 模式）
器中凝为蒸馏水。由于第二效的操作压力要低于第 允许的最小温差限制。
一效，二次蒸汽在经过汽液分离器后进入下一效传 在一列低温多效蒸馏装置中每一蒸发器（效）的
热管。蒸发、冷凝过程在各效重复，每效均产生基 低温差使得在维持最高盐水温度 ７ ０ ℃时可使用许多
2009.No.6·月刊
效，因此显著地提高了造水比 Ｇ Ｏ Ｒ （或经济比）。低 ２ ． ２ ． １ ． ２ 热电联产海水淡化系统的热效率
比较项目
ＩＤＥ 公司
Ｓ Ｉ Ｄ Ｅ Ｍ 公司
钢厂蒸汽
精除盐
提升
泥处理 预处理 Ｍ Ｅ Ｄ 装置 成品水罐
单套生产能力（ｍ ３ ／ ｄ ） 效数
１００００ ７
１００００ ４
配水泵站
配水泵站
淡化水 Ｔ Ｄ Ｓ （ｍ ｇ ／ Ｌ ）
５
５
ＧＯＲ
８．８
８．３３
各工序
各工序
Ｔ Ｖ Ｃ 工作蒸汽量（ｔ ／ ｈ ）
进入第一效蒸发器，被输入到第一效的蒸发管内的 资与造水的最佳平衡点，在淡化水厂的热回收段可
生蒸汽在管内冷凝，管外海水产生与冷凝量基本等 能采用许多个蒸发冷凝器（效）。从技术方面讲，可
量的二次蒸汽。然后将第一效蒸发器蒸发出来的二 使用的效的数量（效数）只受蒸汽和进入装置的海
次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽并在下一蒸发 水温度（装置的热端和冷端）间的温差以及每效所
ｈｂ
Ｂ ＝ ｂ＊ｈ＋ｂ
ｅｓ
Ｗｐ
２４００Ｍ ＝ Ｐ ｒ · η ｂ · ｄη · ｎ
３４．１ ｂ＊
ｅｓ
21
尽管形式有所不同，ｑ 与 Ｇ Ｏ Ｒ 本质上是等价的。
× １０ －３ ＋ Ｗ ｐ
JIE NENG YU HUAN BAO
２．１．２ 基于热力学第二定律的指标
单位淡水产量的电耗率 ｅ ｅ ｃ ｒ ＝ （１ － Ｔ ｅ ｎ ）ｑ
方式之一，也是当今最有效的热法蒸馏工艺之一。 右随温度的提高大大降低，当蒸发温度低于 ７ ０ ℃
Ｍ Ｅ Ｄ 装置利用蒸发冷凝管在每一效略低的温度和 时，蒸发表面盐类结晶的速率大大降低，从而可以
压力下，通过重复的蒸发和冷凝，从给定量的低等 避免或减缓设备结垢的产生。
级的输入蒸汽生产大量的蒸馏水。首先引入生蒸汽 根据可利用的低等级热的温度和成本，以及投
２５
２５
模为 １ ０ 万 ｔ ／ ｄ ，２ 期工程建成后，海水淡化站的规
入料海水量（ｍ ３ ／ ｈ ）
９７０
１３７６
节
能
海水消耗量（ｍ ３ ／ ｈ ）
１２５０
１６７１
与
第 １ 效最高盐水温度（℃）
７０
６５
环
浓盐水排放量（ｍ ３ ／ ｈ ）
５５３．３
９５９．３
保
浓盐水排放浓度
６．８０％
５．１６％
22
排放浓盐水温度（℃）
研
温 Ｍ Ｅ Ｄ 装置由可得到的压力很低的蒸汽（０ ． ０ ３ Ｍ Ｐ ａ ） 或 ５ ５ ℃以上的热水作热源驱动。在蒸汽压力较高
ηｄｃ＝ ２ ９ ３ ２０ ４７ ０． ０６ ·Ｂ ｅ１ ｓ０ ·０ ０Ｅ Ｍ Ｅｄ Ｃ Ｒ ｈ ｃ ＝
８１．９ ｂｅｓ·ｅｅｃｒｈｃ
究 探 讨
（２ ａ ｔ ａ 以上）的情况下，可按热蒸汽压缩装置（Ｔ Ｖ Ｃ ） 式中：ｂ ｅ ｓ ——以电量为基准的热电联产或双目的发
单套装置生产能力 （ｍ ３／ ｄ ）
１２５００
１００００
效 数
７
４
造水比
９ ． ８ （ 蒸汽压力
（Ｇ Ｏ Ｒ ，产品水：蒸汽） ０．３５ａｔａ 时）
８．３３（蒸汽压力 ０．５５ＭＰａ 时）
单台汽耗（ ｔ ／ ｈ）
５３
５０
单位电耗（ ｋ Ｗ ｈ ／ ｍ ３）
１．１
１．２
转化率 （ 产品水比入料海水）
系统配置
ＭＥＤ ＋ＴＶＣ
ＭＥＤ －ＴＶＣ
JIE NENG YU HUAN BAO
首钢京唐钢铁公司为实现循环经济、节能减排 的目标，充分利用临海靠海的优势，开源节流，积 极实施了 ５ 万 ｍ ３ ／ ｄ 海水淡化项目，分两步建设，各 为 ２ × １ ． ２ ５ 万 ｍ ３ ／ ｄ 。首钢京唐钢铁公司海水进水 水质条件见表 ２ 。
别，海水淡化过程不能简单的用热耗率或造水比描 ２．３．１ 当量电耗率
述。于是，有学者通过考察蒸汽潜热重复多次利用 和 梯 级 利 用 的 情 况 ，“ 强 行 ” 计 算 海 水 淡 化 过 程 的 热 效率。
热电联产脱盐：ｅ ｅ ｃ ｒ ｄ ｃ ＝ Ｅ Ｅ Ｃ Ｒ ｄ ｃ ／ Ｍ ｄ 锅炉、核堆脱盐：ｅ ｅ ｃ ｒ ｄ ｂ ＝ Ｅ Ｅ Ｃ Ｒ ｄ ｂ ／ Ｍ ｄ
2009.No.6·月刊
研
践中，出于简便可行的目的，通常还是选取常规热 泵直接送至各工序用水点。
究
力性能评价指标。
探
渤海湾
讨
３ 案例分析 ３．１ 国外典型的 ＭＥＤ 海水淡化工程能耗比较（表 １）
格栅滤网
提升泵
表 １ 在国外某相同海域 ＩＤＥ 公司 与 ＳＩＤＥＭ 公司的 ＭＥＤ 系统参数对比表
JIE NENG YU HUAN BAO
海缺水地区，向海洋要水，采用海水淡化技术是解 的冷凝液进入产品水罐，各效产品水罐相连。由于
决淡水资源短缺的必由之路和有效途径之一。而利 各效压力不同使产品水闪蒸，并将热量带回蒸发
用企业自身的废热、余热进行热法海水淡化获取淡 器。这样，产品水呈阶梯状流动并被逐级闪蒸冷却，
研 究 探 讨
张建红 １，吴礼云 ２，李 杨 ２，张 波 ２ 马露 露 ２，李蔚然 １，吴立婷 １
（１．首钢技术研究院，北京 １０００４３； ２．首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 曹妃甸 ０６３２００）
低温多效海水淡化
关键能耗指标的选取及应用
节
摘要：介绍低温多效海水淡化的基本原理，探讨海水淡化主要能耗指标的选
热电联产海水淡化的当量电耗率 ｅ ｅ ｃ ｒ ｈ ｃ
２ ＭＥＤ 关键能耗指标的选取
ｅ ｅ ｃ ｒ ｈｃ ＝ Ｅ Ｅ Ｃ Ｒ ｈｃ／ Ｍ ｄ
节
２．１ 蒸馏法海水淡化的常规热力性能评价指标 ２．１．１ 基于第一定律的性能指标
２ ． ２ ． ２ ． ２ 锅炉或低温核反应堆海水淡化系统的当量