低温多效

低温多效（精选八篇）

低温多效 篇1

低温多效蒸发海水淡化技术是20世纪中后期在国际上兴起的新技术。低温多效蒸发海水淡化技术由于传热效率高, 能够利用电厂或钢厂等存在低品位余热的地方, 从而降低制水成本, 并能提供满足电厂或钢厂循环用的冷却水, 提高了整体效益。

本文针对TVC-MED海水淡化装置进行热力分析, 建立了低温多效海水淡化系统的数学模型, 开发了低温多效海水淡化的热力计算程序, 并通过对比计算验证了程序的正确性, 为设计研究低温多效海水淡化系统奠定基础。

2 系统原理

低温多效蒸馏海水淡化的流程如图1所示。进料海水经取水泵以及预处理后在冷凝器中被加热, 之后被分成两股。一股只作为冷却用, 在凝汽器中换热后排回, 另外一股作为海水淡化系统的进料, 经加入阻垢分散剂之后进入到各效中。蒸发器内水平布置换热管管束, 换热管上方为喷淋系统, 将物料海水喷淋到换热管上并形成薄层水膜向下流动, 加热蒸汽进入换热管内冷凝并将管外的部分海水蒸发, 每一效产生的二次蒸汽均进入下一效, 并作为热源, 加热换热管外壁上的水膜, 蒸汽冷却为淡水。第四效产生的二次蒸汽进入末端凝汽器对物料海水进行预热并被冷凝成淡水。蒸发后余下的浓盐水从第一效流入一系列的浓盐水闪蒸罐中, 闪蒸冷却以回收其热量, 接着汇集到第二效、第三效依此类推, 浓盐水在温度最低的末效蒸发器中离开装置[1]。不凝气从每一效依次流入到最后冷凝器中, 用蒸汽喷射器或机械式真空泵抽出。

3 数学模型

低温多效蒸馏海水淡化系统主要由蒸发器、冷凝器和闪蒸罐组成。考虑到经济和实际运行因素, 常在蒸发器前加入预热器来预热海水, 并在淡化系统内加设蒸汽压缩机 (Thermal Vapor Compression, TVC) 。本文献[2]建立了蒸发器、预热器、闪蒸罐以及喷射器的数学模型。

3.1 蒸发器

如图2所示, 第i效蒸发器的数学模型:

质量守恒方程:Mb, in=Mb, out+Mv, i (1)

盐分质量守恒方程:Mb, in×Xb, in=Mb, out×Xb, out (2)

能量守恒方程:

Mv, i×Lv, i=Mhv, i×Lhvc, i-Mb, in×cp (Tb, in) × (Tb, out-Tb, in) (3)

3.2 冷凝器

海水冷凝器是末效蒸发器后特有的换热装置, 它的主要作用是将末效生成的二次蒸汽全部冷凝成为水, 并充分利用蒸汽的潜热, 提高进料海水的温度。

如图3所示冷凝器的数学模型:

能量守恒方程:Mcon×Lcon=Mb, in×cp (Tin) × (Tout-Tin) (4)

蒸汽凝结释放的能量=Mcon×Lcon

进料海水得到的能量=Mb, in×cp (Tin) × (Tout-Tin)

4 系统热平衡计算程序

4.1 开发工具

采用Visual Basic 6.0作为程序开发工具[4], 基于质量守恒、热量守恒方程和系统数学模型, 对低温多效海水淡化系统进行软件编程。

4.2 程序功能

(1) 海水以及蒸汽的物性参数计算; (2) 顺流MED海水淡化系统热平衡计算[5]; (3) 平流MED海水淡化系统热平衡计算; (4) 输出海水淡化系统设备, 包括蒸发器、预热器、闪蒸罐以及TVC的计算结果; (5) 热力辅助计算:产品水与进料海水换热计算;浓盐水与进料海水换热计算;TVC前喷水降温计算;TVC后喷水降温计算;一效凝结水换热计算。

5 计算结果分析

5.1 3000t/d海水淡化程序计算与实际运行的对比

根据提供项目中低温多效海水淡化的3000t/d蒸发器的技术参数, 应用本文的程序计算, 并将计算结果与提供的蒸发器各效运行参数进行对比, 见表1。在所对比的两种流程数据中, 本文的计算结果与实际运行的相对误差很小, 维持在5%以内。

5.2 12000t/d海水淡化程序计算与某项目的对比

工程项目的基本参数如下:项目采用低温多效海水淡化工艺 (TVC+MED) , 单机出力不低于12000t/d, 产品淡水的水质TDS不大于5mg/L, 蒸发器效数为6效 (4+2) , 平流进料。应用本程序进行计算, 比较各效蒸发器压力、温度及面积, 见图5、图6和图7。

通过比较可知, 程序计算结果与实际项目吻合较好, 海水淡化热平衡计算的框架已经建立。

6 结论

在低温多效海水淡化系统工作原理的基础上, 根据系统物料平衡与热量平衡建立蒸发器、冷凝器、闪蒸罐、预热器和TVC的数学模型, 编制热力平衡计算程序, 通过对比实际工程项目的技术参数与程序计算结果, 验证低温多效海水淡化热力程序的正确性。通过以上工作, 以及程序的对比验证结果, 表明该热力计算程序可以应用于降膜蒸发海水淡化系统的实际工程设计中。

参考文献

[1]王世昌.海水淡化工程[M].北京:化学工业出版社, 2003.

[2]杨洛鹏, 沈胜强.低温多效蒸发海水淡化系统热力分析[J].化学工程, 2006, 34 (11) :20-24.

[3]季建刚, 等.蒸汽喷射期的特性计算与分析[J].现代化工, 2007, 27 (2) :477-480.

[4]刘新民, 等.Visual Basic6.0程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2004.

[5]EI-DESSOUKY H T, et al.Performance of parallel feed multipleeffect evaporation system for seawater desalination[J].AppliedThermal Engineering, 2000 (20) :1679-1706.

低温多效蒸发海水淡化系统热力分析 篇2

建立了喷射器低温多效蒸发海水淡化系统的数学模型,计算分析了各种温度损失随温度的变化,并研究了顶值盐水温度、蒸发器效数和动力蒸汽等参数对系统的造水比和生产单位质量淡水所需传热面积的.影响.结果表明各种温度损失在末效蒸发器内显著增加;喷射器低温多效蒸发系统的热力特性明显优于多效蒸发系统;通过增加顶值盐水温度、蒸发器效数和动力蒸汽温度,可以实现系统的优化运行.

作 者：杨洛鹏 沈胜强 KLAUS Genthner YANG Luo-peng SHEN Sheng-qiang KLAUS Genthner 作者单位：杨洛鹏,沈胜强,YANG Luo-peng,SHEN Sheng-qiang(大连理工大学,动力工程系,辽宁,大连,116024)

KLAUS Genthner,KLAUS Genthner(不莱梅大学,环境工程系,德国,不莱梅,28211)

低温多效海水淡化装置防腐研究 篇3

1.设备的选材和腐蚀原因分析

低温多效海水淡化蒸发器一般由壳体、换热管、管板和支撑架等组成。换热管使用的材料一般为钛材、铝黄铜和铝合金等。固定换热管的管板, 有铝合金、双相钢、316L。壳体用不锈钢, 或者采用碳钢, 涂刷环氧树脂涂料进行防腐。蒸发器接触的海水腐蚀性非常强, 通常会引起以下3种情况的腐蚀:不同金属的接触容易引起电化学腐蚀, 而电化学腐蚀往往会诱发和加速应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、氢脆等其他各种类型的局部腐蚀, 从而加速设备的破坏。海水中溶解氧的存在也会形成腐蚀, 碳酸钙等结垢会引起的换热管垢下腐蚀等。换热管腐蚀、蒸发器壳体腐蚀以及管板腐蚀, 会污染产品水水质, 造成设备停运和巨大的经济损失。

大港3000t/d多级闪蒸海水淡化设备运行几年后, 检修发现, 海水室与冷凝室都出现了比较严重的腐蚀。海水室中的腐蚀主要发生在不锈钢与碳钢之间的塞焊点、各级室连通槽上口的焊缝处。另外, 个别塞焊点发生了腐蚀穿孔的现象。腐蚀孔直径为4mm~6mm, 最深的部位为5mm左右。腐蚀类型为电化学腐蚀。

为了解决海水室腐蚀问题, 采用海水室316L不锈钢表面刷防腐漆, 但是防腐漆脱落;采用同种不锈钢材料对焊缝及塞焊点进行加帽补焊的方法, 有一定的防腐效果, 点蚀程度大大减轻。加装牺牲阳极的防腐蚀方法, 点蚀问题解决得较彻底。铜镍合金层一般情况下可以耐高温海水的腐蚀, 但由于喷涂层中可能存在一些细小的针孔, 以及没有喷涂到铜镍合金的部位, 就会形成许多微小电池。经过高温浓缩的海水通过这些针孔渗透到碳钢基体, 最后高浓度的电解质导致产生电化学腐蚀。

采用双相钢作为蒸发器壳体和管板可以增加抗腐蚀能力, 但是造价非常昂贵。碳钢价格相对低廉, 用于海水淡化蒸发器壳体制造可以显著降低成本, 但是防护措施做不好, 会发生严重的腐蚀。防护涂层的碳钢蒸发器壳体是以色列IDE公司的低温多效海水淡化装置的关键技术之一。黄岛电厂3000t/d的低温多效海水淡化蒸发装置中, 蒸发器壳体也采用了碳钢加防腐涂层工艺, 运行效果较为理想。

换热管是低温多效海水淡化装置的重要部件, 其投资成本在装置的总成本中占有相当高的比例。师红旗等人针对蒸发器换热管束腐蚀穿孔进行分析得出结论:蒸发器管束外表面是垢下腐蚀引起的腐蚀穿孔, 另外, 水中溶解氧含量过高是导致蒸发器管束发生腐蚀穿孔的主要原因, 因此他们建议严格控制水中含氧量, 优化蒸发器结构从而提高蒸发器管束的使用寿命。

为解决海水对换热管的腐蚀问题, 大部分海水淡化公司在对换热管选材时, 通常会选择铝黄铜、钛材料等。钛管有诸多优点: (1) 钛管密度小, 比强度高。高于铝而低于钢、铜、镍。是不锈钢的倍, 是铝合金的1.3倍。 (2) 耐腐蚀性能好。钛和氧有很好的亲和力, 在空气中或含氧的介质中, 钛表面生成一层致密的、附着力强以及惰性大的氧化膜, 氧化膜保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损, 氧化膜也会很快自愈或重新再生。这个特点表明钛是具有强烈钝化倾向的金属。 (3) 换热性能好。金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低, 但由于钛具有优异的耐腐蚀性能, 所以壁厚可以大大减薄, 而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝, 减少了热阻, 而且表面不结垢, 可以减少热阻, 这样就使得钛的换热性能显著提高。钛的缺点是价格非常昂贵。

铝及其合金具有比重轻、比强高, 价格适当, 规格品种齐全的特点, 因而在海洋工程结构中得到了广泛应用。在流动海水中, 铝合金比普通碳钢和紫铜更加耐流动海水腐蚀, 特别是铝镁系和铝镁锰系合金。以色列IDE公司将特种铝合金管 (A5052) 用于低温多效海水淡化工程, 显著降低海水淡化装置的总成本。铝合金缺点是在海水中无抗污损能力。污损海生物对铝合金的腐蚀有明显影响。

海水高腐蚀性一个重要原因是海水中含有大量氯离子。氯离子半径小, 活性大, 使许多金属的钝化膜遭受破坏。氯离子的存在对有机涂层的破坏不像对金属腐蚀那样大, 但由于海水渗透涂层膜, 对基底金属腐蚀影响较大, 而基底金属的腐蚀使涂膜丧失结合力, 又加大了有机涂层的腐蚀速度。海水中溶解氧量、温度、流速等都会对金属喷涂层、有机涂层防护体系产生影响。

西海岸核电站在钛管凝汽器中使用了青铜管板, 运行9个月后, 电化学腐蚀导致管板损坏。对水室进行改造, 水室中采用了阴极保护装置, 阻止了腐蚀的进一步发展, 最终避免了由此而引起的大量检修工作和一些非计划停运的可能性。

某滨海电厂海水冷凝器中冷凝管为铜镍合金管, 水箱采用铸铁材质, 管板采用海军黄铜材质。经过一段时间生产以后, 在检修过程中发现, 管板部位有轻微渗漏, 碳钢水室壁腐蚀严重。99年进行整改, 采用阴极保护技术后, 防腐效果明显, 设备运行正常。

2.蒸发装置设备腐蚀的解决措施

低温多效海水淡化装置, 其蒸发器及冷凝器装置内部由高温浓海水、盐雾及蒸汽构成了一个高温高湿高盐度的工作环境, 极易遭受电化学腐蚀, 尤其是局部腐蚀和焊缝腐蚀更为严重。蒸发器常采用防腐涂层保护, 但由于设备体积较大, 装配复杂, 由于不适当的表面处理和不正确的使用以及维修保养差, 再加上涂层面上的局部缺口, 使涂层有效防腐蚀性能下降, 在涂层局部破损点上会发生相当严重的腐蚀。

除了选材、涂层, 牺牲阳极。采取加装合适的牺牲阳极进行阴极保护的方法, 也可以解决腐蚀问题。牺牲阳极阴极保护技术由于具有经济有效、对相邻的金属设备干扰小等诸多优点和独特的功能, 因而在腐蚀控制领域得到广泛的应用。

海水介质中使用的牺牲阳极主要是锌基合金牺牲阳极和铝基合金牺牲阳极。锌基合金牺牲阳极电流效率高, 溶解均匀, 电流有自调节作用, 性能稳定, 保护效果好, 被大量用于海船及其他海上设施中的阳极保护。

铝基合金牺牲阳极重量小, 电容量大, 输出相同电量的铝基阳极要比其他阳极轻的多, 所以相同重量的前提下其保护面积大, 在达到同样保护效果的前提下, 采用铝基合金牺牲阳极要比锌基合金牺牲阳极的费用低。铝阳极同锌基阳极相比, 最突出的优点: (1) 电容量大, 可以设计长寿命阳极; (2) 重量轻, 施工方便; (3) 制造工艺简便, 材料来源充足, 单位电量的价格便宜; (4) 在海水环境中性能良好, 有自动调节电流的作用。

3.建议

(1) 针对蒸发器中存在的电化学腐蚀, 在设备选材时应该使相互接触的材料处在电偶序中的位置尽量靠近。

(2) 针对换热管的垢下腐蚀, 应对进料海水进行防垢处理, 包括有效投加阻垢剂, 膜过滤脱除易结垢的成分, 如Ca2+, SO42-等。

(3) 针对氯离子、氧气引起的电化学腐蚀, 应该对进料海水进行余氯和脱氧处理, 将余氯控制在0.1ppm以下, 将溶解氧含量控制在50ppb以下。

(4) 针对污损海生物对铝合金腐蚀有影响的特点, 应对进料海水进行有效预处理, 降低海水中的悬浮物含量, 尤其是海生物含量。

摘要：本文介绍了低温多效海水淡化蒸发装置的选材情况, 对蒸发装置产生的腐蚀原因进行分析, 提出了改进措施。并根据海水中易引起腐蚀的因素, 建议对进料海水进行有效针对性地预处理。

关键词：海水淡化,牺牲阳极,防腐

参考文献

[1]刘伯东.海水淡化设备防腐工艺的防腐研究[J].华北电力技术, 2001 (2) :22-24.

[2]阎志山, 黄先群, 黄鑫.有机涂层在低温多效蒸馏海水淡化装置中的应用前景[J].现代涂料与涂装, 2011 (1) :38-40.

[3]阮国岭, 冯厚军.国内外海水淡化技术的进展[J].中国给水排水, 2008 (20) :86-90.

[4]师红旗, 丁毅, 马立群.蒸发器管束腐蚀失效分析[J].腐蚀科学与防护技术, 2010, (22) 5:455-457.

[5]王日义.铝合金在流动海水中的腐蚀行为[J].装备环境工程, 2005, 2 (6) :72-76.

[6]George A Gehring Jr.阴极保护装置在凝汽器中的应用和设计[J].黑龙江电力技术, 1991, 13 (4) :247-250.

低温多效 篇4

热力压缩机 (Thermal Vapor Compression, 简称TVC) 是喷射器的一种。喷射器按照其工作流体的不同, 可分为气体喷射器、气液喷射器、液气喷射器、液体喷射器 (又称喷射泵) 等, 可实现流体混合、换热、增压等功能, 是一种应用非常广泛的流体机械。TVC是一种蒸汽喷射器, 它是以高压蒸汽为动力, 将低压蒸气压缩至较高的压力, 实现低压蒸汽增压再利用 (在海水淡化中, 主要是为了减少冷端损失) 的设备。

图1为气体喷射器的轴向剖面示意图, 图2为喷射器的工作原理及主要参数变化示意图。

在TVC的喷嘴中, 蒸汽在绝热膨胀中压力快速降低, 在喷嘴喉口处速度达到音速, 蒸汽在喉口处一般处于湿蒸汽状态, 部分蒸汽凝结为水滴;随着蒸汽的进一步膨胀, 蒸汽湿度继续增加。在吸入室内, 工作蒸汽压力即喷嘴出口压力应低于二次蒸汽压力, 将二次蒸汽吸入TVC内, 蒸汽压力会出现较大的波动, 蒸汽中重复着凝结、蒸发过程。蒸汽进入混合室时, TVC中心的蒸汽处于超音速状态, 而外部以二次流体为主的部分处于较低的流速, 两者在混合室内在粘性作用下产生动量与能量交换, 二次蒸汽被压缩, 一次蒸汽流速降低, 蒸汽中的凝结水滴逐渐汽化。一般情况下, 混合室内的压力会略有升高, 若TVC排出压力很低, 也可能出现压力的降低。TVC的尾部扩管为扩压室, 蒸汽在扩压室内速度降低, 压力回升至高于二次汽的压力, 完成蒸汽压缩功能。

2 由MED到MED-TVC的发展过程

LT-MED海水淡化装置, 起初其优势是, 为了防止海水接触的换热面结垢, 利用低温低压 (70℃左右, 负压) 的蒸汽作为其热源, 如图3所示, 加热蒸汽直接进入第一效的进汽侧, 以加热管外测的物料水, 在负压条件下, 海水汽化产生二次蒸汽进入下一效作为热源, 同时自身被冷凝。最后一效产生的二次蒸汽进入凝汽器内完全冷却下来。在这种模式下, 造水比小于总效数。如果只通过增加效数获得较大的造水比, 这样也使得装置的体积庞大, 投资增加, 制水成本提高。

但对于目前的火力发电机组, 由机组供给海水淡化装置的抽气还具有较高的压力和温度, 不符合LT-MED装置对蒸汽参数的要求, 若将高温高压蒸汽通过减温减压使之满足LT-MED的要求, 无疑造成蒸汽能量品质的巨大浪费, 而且LT-MED装置的末效蒸汽如同汽轮发低压缸排汽, 需要通过冷凝器将其冷凝并损失大量热量。为了有效利用具有较高温度压力的汽轮机抽汽的有效能量, 降低MED装置末效蒸汽的凝结热损失, 将TVC引入了MED装置中, 构成了TVC-MED海水淡化装置, 如图4所示。TVC-MED海水淡化装置成为水电联产MED装置的常用结构。

在TVC-MED装置中, TVC将末效蒸发器成生的部分蒸汽压缩至第一效, 即第一效蒸发器的加热蒸汽来自于汽轮机组的抽汽和部分末效蒸发器的蒸汽, 从而减少了汽轮机组的抽汽量, 同时减少了末效蒸发器后的冷凝器的负荷, 降低了冷凝器热损失。

3 TVC对海水淡化装置运行的影响分析

1) 由TVC的吸入特性曲线 (如图5) , 可以看出喷射器的引射能力与吸入口压力基本成正比关系。对于海水淡化系统, 当冷凝器真空度太高, 可以引起TVC的吸入口压力降低, 从曲线上看出, 此时引射能力下降, 导致动力蒸汽用量增加, 海水淡化装置造水比下降。因此, 在运行中根据TVC性能曲线, 通过冷却水系统调整好通过冷凝器海水的流量和温度, 合理控制凝汽器的真空。黄骅电厂一期投运后, 海水淡化在冬季运行过程中出现过造水比降低, 主要是冷却海水的换热器堵塞, 换热效果降低, 一方面降低了物料水的温度, 过冷增加;另一方面过低的海水通过冷凝器后, 凝汽器的汽侧低于运行压力, 即TVC吸入口压力降低, TVC的引射能力下降。

2) TVC的吸入口压力与引射能力及排出口最大压力的特性曲线, 如图6所示, 其类似与水泵的特性曲线。当吸入口压力为一常数时, 排出口压力小于最大允许压力时, 引射能力基本不变, 当喷射器出口压力大于最大允许压力点后, 引射能力急剧下降。

对于二期海水淡化装置设计工况, TVC的吸入口和排出口的压力分别为137mbar和250mbar, 对应的饱和温度为52℃和65℃。在运行规程中规定第一效温度到70℃时 (对应的饱和温度为311mbar) 报警, 75℃时 (对应的饱和温度为385mbar) 才关蒸汽快关阀, 该进口温度, 一方面第一效盐水超温增加结垢风险, 另一方面该温度过高将导致喷射器的性能下降。对于本期设备招标中的特性曲线, 如图7所示, 提供了喷射器出口的设计压力值为250mbar, 也是蒸发器的工作压力, 而TVC的供货商把250mbar当作喷射器出口的最大压力点, 而实际正常运行时, 运行点应该在250-385mbar附近波动, 超过了该设备的最大排出口压力, TVC的性能会有降低。所以, 在以后的设备招标中需要注意适当加大最大的排出口压力值。

3) 对于已定的喷射器, 当动力蒸汽的压力超过额定压力后, 喷射器的引射能力并没有变化, 喷射器出口压力的工作带宽 (出口压力的工作范围) 有所增加, 如图8所示, 这是喷射器本身的特性决定的。所以, 对于海水淡化TVC的动力蒸汽压力大于喷射器的设计压力时, 引射能力并没有提高, 只意味着能量的浪费, 所以, 海水淡化的供汽压力尽量不要大于TVC的额定压力。

4) TVC设置可调节锥体, 提高其对蒸汽压力的适应性

但对于固定结构, 其调节范围较窄。为了扩大TVC的调节范围, 即对蒸汽压力的适应性, 增设了可调节锥体, 如图9所示。可调式锥体TVC是在喷嘴内插入一个变截面的调节锥, 通过调节锥的轴向移动, 改变喷嘴喉口截面积和喷嘴面积比, 从而改变工作蒸汽流量和额定压比, 扩大了TVC可稳定工作的参数变化范围。但由于TVC结构的特点, 喷嘴截面积变化时, 并不能使混合室和扩压室的结构参数随之变化, 因此, 调节后的TVC不能工作在最佳效率下, 可调式TVC是以牺牲效率来扩大设备的工作范围的。

另外, 为了保证TVC的最佳效率和对主蒸汽压力的适应性, 有的海水淡化项目在装置上设置两台及以上的TVC, 根据主蒸汽压力选择TVC运行。

4 TVC的局限性

在MED-TVC中, TVC引射了最后一效产生蒸发, 减少了冷凝损失、回收了热量, 提高了系统的造水比。但是, TVC的工作过程有着较大的能量浪费, 这部分损失主要是由品质相差较大的两股蒸汽混合而引起的, MED-TVC比纯MED装置的火用耗高, 某日产设备的MED工况的火用耗为40.2kJ/kg淡水, MED-TVC工况的火用耗为68.740.2kJ/kg淡水, 其中TVC火用耗占41.6%。这就说明常用的造水比指标只能反映单位淡水的蒸汽耗量, 而没有反映出单位淡水的能耗, 特别是蒸汽品质。所以, 电厂蒸汽通过后置机发电后 (或背压机组) 的低品质蒸汽作为海水淡化的热源, 将成为我国海水淡化发展的一种新的“水电联产”的模式。

5 结语

TVC是海水淡化系统中的关键性设备, 它直接影响着蒸发器运行的经济性和可靠性。在黄骅电厂20万t海水淡化项目实施过程中, 海水淡化装置的设计要结合机组负荷、蒸汽压力的变化, 合理设计TVC, 有着借鉴作用。

参考文献

[1]蒸汽喷射器计算[M].北京:国防工业出版社, 1985.

低温多效 篇5

关键词：低温多效蒸发海水淡化系统,数学模型,热力性能

在社会经济高速发展的今天,淡水资源不仅仅是一个经济问题,而且还关系到人类生存和发展的社会问题。随着全球人口的急剧增加和工业化及城市化的迅速发展,人类对全球淡水资源的需求不断增长,同时由于水资源的污染和用水的浪费,使得淡水资源短缺的问题变得更加严重,淡水短缺已经成为当今世界许多国家社会经济发展的制约因素。因此海水淡化技术已成为解决世界淡水紧缺的一条有效的战略途径。海水淡化方法有许多种,但多年的实践表明真正实用的海水淡化方法只有多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和反渗透(RO)这三种方法[1]。由于低温多效蒸发海水淡化技术(LT-MED)在技术上和经济上的优势[2,3],在海水淡化市场份额不断扩大,已经成为第二代海水淡化厂。相比其他方法,它具有操作温度低、进料海水的预处理更为简单、水质好等优点。本文建立了串联无预热、串联预热、并联无预热、并联预热4种流程下的低温多效海水淡化系统数学模型,并利编制程序进行了求解,比较了不同流程对系统热力性能的影响。

CON-冷凝器;E-蒸发器;F-闪蒸箱;H-预热器;P-水泵;TVC-蒸汽喷射器

1 系统介绍

如图1所示:给出了4种不同流程下的低温多效蒸发海水淡化系统流程图。

流程1为串联预热系统,该流程工作原理是:所有进料海水经逐级预热后,进入到温度最高的蒸发器内,相邻两效间的盐水由海水泵输送,蒸发产物淡水依靠效间的压差逐效自流闪蒸。温度最低的末效蒸发器内盐水的浓度最高,温度最高的第一效蒸发器内盐水的浓度最低。

流程2为串联无预热系统,该流程与流程1的区别是:海水不经过预热,直接进入到蒸发器内,在蒸发器内部分海水被加热后汽化。

流程3为并联预热系统,该流程工作原理是:进料海水在预热器中被预热后,部分海水直接进入到相应的蒸发器内,盐水和淡水都依靠效间的压差实现逐效自流。

流程4为并联无预热系统,与流程3的区别是:海水不经过预热,直接进入到蒸发器内,在蒸发器内部分海水被加热后汽化。

2 系统数学模型

本文建立的数学模型有如下特点:

(1)考虑了各种热力损失,包括:盐水沸点升高,蒸汽在流经管束、除末器和通道时因为摩擦阻力而造成的温度损失。

(2)计算过程中,将海水的物性参数作为温度与浓度的函数,淡水和饱和蒸汽的物性参数作为温度的函数。

(3)各效按照等温差法计算。

2.1 串联海水淡化数学模型

串联海水淡化数学模型见文献[3],在此不做详述。

2.2 并联海水淡化数学模型

并联海水淡化系统数学模型与串联系统相同的地方见文献[4],以下列出不相同的地方。

(1)第i效蒸发器进料海水量(kg/h)

Gjt=v×Wi-1×Ri-1/(ri×(CR-1)/CR+(Cpi×ti-Cppi×tpi)) (1)

式中:Wi-1——第i-1效给第i效的加热蒸汽量,kg/h

Ri-1——第i-1效的加热蒸汽Wi-1冷凝潜热,kg/h

Cpi和Cppi——分别对应海水温度在ti和tpi下的比热,kJ/(kg·℃)

ri——第i效水在ti下的汽化潜热,kg/h

v——各效的绝热效率,取0.98

CR——浓缩比

(2)流经第i效预热器的总海水量(kg/h)

SGji=SGji-1+Gji (2)

(3)第i效欠热消耗的加热蒸汽量(kg/h)

$Dsub{}_i=\frac{Gj{}_i\times Cp{}_i\times t{}_i-Gj{}_i\times Cpp{}_i\times tp{}_i}{R{}_{i-1}}$ (3)

(4)第i效从盐水中蒸发出的淡水量(kg/h)

$D{}_i=\frac{v\times (W{}_{i-1}-Dsub{}_i)\times R{}_{i-1}}{r{}_i}$ (4)

(5)第i效预热器的蒸汽消耗量(kg/h)

$E{}_i=\frac{SGj{}_i\times Cpp{}_i\times \Delta t}{R{}_i}$ (5)

若不使用二次蒸汽预热的流程时,式(5)中的Ei为0。

(6)第i效蒸发器原料海水经浓缩后的盐水量(kg/h)

Gi=Gji-Di (6)

(7)第i效蒸发器出口浓盐水积累量(kg/h)

ZGi=ZGi-1+Gi (7)

(8)第i效蒸发器浓盐水闪蒸量(kg/h)

$GS{}_i=\frac{{\rm Z}G{}_{i-1}\times (Cp{}_{i-1}\times t{}_{i-1}-Cp{}_t\times t{}_i)}{r{}_i-Cp{}_i^0\times t{}_i}$ (8)

式中:Cp0i——第i效温度下水的比热,kJ/(kg·℃)

(9)第i效闪蒸器闪蒸的蒸汽量(kg/h)

$D^{\prime }{}_i=\frac{{\displaystyle \sum D}{}_{i-1}\times Cp{}_i^0\times \Delta t}{R{}_i}$ (9)

(10)第i效蒸发出的蒸汽中给第i+1效蒸发器的加热蒸汽量(kg/h)

Wi=Di+GSi+D′i-Ei (10)

(11)第i效淡水的累积量(kg/h)

∑Di=∑Di-1+Di+GSi (11)

(12)第i效浓缩液出口浓度

$C{}_i=\frac{SGj{}_i\times G{}_0}{{\rm Z}G{}_i}$ (12)

(13)各效蒸发器传热面积(m2)

$A{}_i=\frac{Q{}_i}{{\rm K}\times \Delta t{}_i}$ (13)

式中:Qi——蒸发器的传热量(kJ/kg)

K——传热系数,W/(m2·℃)

3 结果与分析

针对这4种不同的流程,分析了不同流程对系统热力性能的影响。

所采用的基本计算参数如下:①淡水产量为10000 t/d;②海水的初始质量浓度为3.13%(质量分数);③进料海水温度为20 ℃;④海水的浓缩比(最末效海水的出口浓度与第一效海水的初始浓度之比)为2;⑤设备的热利用率为0.98[5];⑥各效蒸发器的传热系数为2800 W/(m2·℃)。

如图2～图5所示,当海水淡化系统为6效。其他基本参数相同的情况下,与无预热流程相比,预热流程所需的加热蒸汽量较少,造水比较大,传热总面积较小,冷却海水量小。与串联流程相比,并联流程所需的加热蒸汽量较少,造水比较大,传热总面积较小,冷却海水量小。综合以上分析考虑,并联预热流程的热力性能最优。引起上述变化的原因如下:

(1)与预热流程相比,由于无预热流程的进料海水进入第一效蒸发的温度较低,在产生相同淡水量的情况下,所需的加热蒸汽量较多,造水比变小,传热面积较大。加热蒸汽量增加将导致末效产生二次蒸汽量增加,即进入冷凝器的蒸汽流量增加,所以冷凝器冷却海水流量增加。

(2)与并联流程相比,由于串联流程的所有进料海水经逐级预热后,才进入到蒸发器内,导致所需的加热蒸汽量变大,造水比变小,传热面积较大。

4 结 论

本文建立了串联无预热、串联预热、并联无预热、并联预热4种流程下的低温多效海水淡化系统,在其他参数相同的情况下,比较了不同流程对系统热力性能的影响,结论如下:

(1)与无预热流程相比,预热流程所需的加热蒸汽量较少,造水比较大,传热总面积较小,冷却海水量小。

(2)与串联流程相比,并联流程所需的加热蒸汽量较少,造水比较大,传热总面积较小,冷却海水量小。

(3)综合以上结果表明:并联预热流程的热力性能最优。

参考文献

[1]解利昕.海水淡化技术现状及各种淡化方法评述[J].化工进展,2003,22(10):1081-1084.

[2]林斯清,张维润.海水淡化的现状与未来[J].水处理技术,2000,26(1):7-12.

[3]Darwish M A,Al-Asfour F,Al-Najem N.Energy consumption in e-quivalent work by different desalting methods:case study for Kuwait[J].Desalination,2002,152(1-3):83-92.

[4]张小曼,刘晓华,沈沁.带热压缩串联低温多效海水淡化系统热力性能[J].化学工程,2011,39(8):40-43.

低温多效 篇6

低温多效蒸发(Low-Temperature Multi-Effect Distillation,LT-MED)海水淡化技术作为海水淡化最具发展前景的技术之一,具有操作温度低(所需蒸汽温度低于70℃)、预处理简单、热效率高、可利用电厂低品位余热从而降低造水成本等优点,因此已经成为未来第二代海水淡化的主流技术[1]。膜蒸发和膜凝结技术具有传热量大、传热迅速、热容量小以及凝结潜热便于回收等优点,现已经在海水淡化工业中获得了广泛的应用,尤其是横管降膜蒸发在低温多效蒸发海水淡化系统和工业中得到了极大的推广[2]。

横管降膜蒸发技术为多效蒸发海水淡化方法的发展提供了更广阔的空间,使多效蒸发海水淡化技术的大型化和产业化成为可能。因此开展低温多效蒸发海水淡化系统的优化设计,提高产水效率,提高装置的经济性成为该领域内的重要研究方向之一[3,4]。

1 横管降膜低温多效蒸发海水淡化技术

横管降膜低温多效蒸发海水淡化技术的特征是将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组,用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝,从而得到多倍与加热蒸汽量的蒸馏水的海水淡化技术,该流程如图1所示。整个系统由n个蒸发器、1个冷凝器、n-1个闪蒸罐、n-1个预热器、1个喷射器,以及水泵和真空泵共同组成。

在低温多效蒸发海水淡化系统中,蒸汽输入到温度最高一效的蒸发管内并在管外蒸发,生成二次蒸汽。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,进入下一效蒸发器。蒸发、冷凝过程在各效蒸发器内重复,末效蒸发器内的二次蒸汽在冷凝器中被海水冷凝。海水在冷凝器中作为冷却介质将末效蒸发器产生的二次蒸汽凝结,同时实现海水的预热和脱气,而后分成两股流动:一股作为冷却水直接排回大海;另一股作为蒸发过程的进料。进料海水并行进入到蒸发器的各效中,或由前效至后效串联进料;海水进入蒸发器后,经喷嘴被均匀分布到蒸发器的顶排管上,在管子表面形成液膜,在重力作用下沿顶排管子以薄膜形式均匀向下流动,海水吸收蒸发管内蒸汽的汽化潜热而产生部分蒸发,生成的二次蒸汽经除沫器(汽液分离器)后进入下一效蒸发器的管内作为加热蒸汽,剩余的海水逐效进入下一效蒸发器中闪蒸,浓盐水在温度最低的末效蒸发器中离开装置。

在横管降膜蒸发器中,海水经布液器喷淋在蒸发器横管的外壁面,形成液膜沿圆周做降膜流动,如图2所示。管内用蒸汽进行加热,通过管壁与液膜进行热交换,使液膜升温而不断蒸发。基于该技术的横管降膜蒸发器由多排横管组成,在上一层管外壁上蒸发的余液落至下一层管上继续蒸发,随着蒸发的持续进行,液膜厚度不断减小。液膜厚度越小,其传热系数就越高,横管降膜蒸发相比其他形式的蒸发可以很大程度上提高传热系数和传热性能,对于光滑管而言,横管降膜的传热系数2倍于竖管降膜蒸发。在有效合理的喷淋密度下,横管降膜蒸发不仅消除了液体静压柱和过热区的影响,而且有效降低了蒸发的驱动温度,能够使多效蒸发在较小的温差变化范围内有足够的效数,从而保障了低温多效蒸发的经济性。

2 太阳能低温多效蒸发海水淡化系统的优化设计

2.1 低温多效蒸发系统流程的工作原理

为开展横管降膜低温多效蒸发海水淡化系统的优化设计,依据海水进料方式提出了3种不同的工艺流程,即串流、并流和串并组合方式,并比较了不同流程下低温多效蒸发海水淡化系统的热力特性,探讨了工艺流程对低温多效蒸发海水淡化系统运行性能的影响。

串流多效蒸发系统的流程如图3所示。原料海水首先进入冷凝器,完成预热和脱气后被分成两股流:一股直接排回大海;另一股作为蒸发过程的进料。进料海水首先进入第一效蒸发器,蒸发器产生的二次蒸汽进入下一效作为加热蒸汽,浓缩海水在两效间的压差作用下流入下一效继续蒸发,各效蒸汽的凝结水流入相应的闪蒸罐,产生的蒸汽也被引至下一效。如此进行直到末效,浓海水最终由末效排出。

与串流系统不同,在并流多效蒸发海水淡化系统中,海水进料方式是平行进料,从冷凝器中流出的进料海水以平行的方式依次进入各效蒸发器,而浓缩后的海水流到蒸发器底部作为浓盐水被排出。上一效的浓盐水进入下一效蒸发器,由于压差降低而产生少量闪蒸,进入的浓盐水与本蒸发器的浓盐水混合排出蒸发器。

串并组合的进料方式(见图4)结合了串联和并联的特点,分段平行进料,各段顺流进料,这种方式可保持各效蒸发器管束的流量密度近似相等。海水由后至前首先进入第一组蒸发器,每一组进料过程与并联相同,各组间流程与串流相似,前一组末效的浓缩海水流进预热器换热后又进入下一组蒸发器。依此类推,浓缩液最终由最低温效排出,末效二次蒸汽进入冷凝器。二次蒸汽作为下一效热源,凝结水同样经过闪蒸后顺序排出。

2.2 不同流程的性能比较

以6效低温多效蒸发海水淡化系统为例,探讨工艺流程对低温多效蒸发海水淡化系统热力特性和运行性能的影响。设定的设备参数和工作参数如下:第一效加热蒸汽温度为68℃,末效蒸发温度为50℃,淡水产量为10000t/d,海水浓缩比1.7,海水质量浓度0.032,设备热利用率0.98。

图5、图6所示为在上述相同的条件下,3种进料方式的盐水浓度和二次蒸汽产量在每一效的变化情况。

串并组合方式为两组,每组3效,即3+3模式。

从图5可以看出,串流是前一效的盐水进入下一效作为进料海水,所以盐水浓度逐效递增;并流由于海水从后至前平行进入各效蒸发器,所以各效浓度相差不大;组合情况是海水先平行进入前三效,所以这三效盐水浓度相同,浓盐水从第三效流出,顺流进入第二组,再平行流入第四、五、六效继续蒸发,后三效盐水浓度相等,但比第一组增大。串流进料高温区盐水的含盐量低、低温区盐水的含盐量高,可保证装置具有较高的浓缩比而不增加结垢可能性,来自于前效的盐水温度高于饱和温度,海水进入蒸发器后发生少量闪蒸,然后在管束表面继续蒸发,可适当减少蒸发器面积[5]。串流具有最好的抗结垢性能,串并组合流其次,并流最差。

从图6中可以看出,串流的二次蒸汽产量是逐效递增的,而并流和串并组合方式各效的二次蒸汽产量相差不大。

蒸发器是MED海水淡化装置的主要设备,其换热面积大小反映了装置投资的多少,装置的造水比在一定程度上反映了装置运行费用的高低。图7所示为三种流程的造水比和蒸发器换热面积的曲线,可以看出,串并组合方式的蒸发器传热面积较小,设备制造成本低,同时又具有最大的造水比,运行经济性好。

2.3 串并组合方式的热力性能分析

如前所述,串并组合进料方式的抗结垢性要优于并流,传热面积也比并流的小,造水比要大于串流,所以串并组合是较理想的进料方式。本文就不同的组合方式的串并组合方式进行了热力性能比较。

依分组的原则,组合的具体情况分为3种,第一种是分为三组,每组二效,即2+2+2模式;另一种是分为两组,每组三效,即3+3模式;还有一种也是分为二组,一组四效,一组两效,即4+2模式。

对3种组合方式的热力学性能随第一效加热蒸汽温度的变化情况进行归纳。

加热蒸汽流量随加热蒸汽温度的变化如图8所示。组合方式所需加热蒸汽流量都随加热蒸汽温度的降低而减少。这是由于当加热蒸汽温度降低时,蒸发相同温度和流量的海水所需的显热量减少,同时高温时加热蒸汽潜热升高,所以加热蒸汽流量减少。其中4+2模式的流程形式所需加热蒸汽量最少,而2+2+2模式的组合方式所需加热蒸汽流量最多。因为进料海水首先进入第一组蒸发器,而这3种组合方式的第一组效数分别为2效、3效和4效,按照平行进料方式,可以看出,第一组是4效的进料海水量是最少的,2效的进料海水量最多,进料量最多的相对也需要较多的加热蒸汽量,所以2+2+2模式所需的加热蒸汽量最多,4+2模式需要的最少。

造水比随加热蒸汽温度的变化如图9所示。随着加热蒸汽温度降低,3种组合方式的系统造水比都升高。造水比升高的主要原因是加热蒸汽温度下降时,由于进入第一效蒸发器海水流量和温度不变,使出口二次蒸汽的流量和温度都降低,出口浓盐水和淡水温度也降低,由能量平衡方程可知,加热蒸汽流量降低,导致造水比升高。由于造水比等于淡水产量除以第一效加热蒸汽量,在相同的淡水产量下,加热蒸汽量越小,造水比越高,所以4+2的组合方式造水比最高。

随加热蒸汽温度降低,各效蒸发器传热温差减小,所以蒸发器总传热面积明显增大,蒸发器总传热面积随加热蒸汽温度的变化如图10所示。当分成两组时,蒸发器换热面积相差很小,从图中可以看出,3+3模式和4+2模式的蒸发器传热面积几乎相等,而分成三组时,即2+2+2模式的传热面积最大。

综合上述因素考虑,对于6效的低温多效海水淡化系统而言,4+2模式最优,它拥有最高的造水比和较低的蒸发器换热面积,有利于降低投资成本。

3 结论

为开展低温多效蒸发海水淡化系统的优化设计,比较了多效蒸发海水淡化技术中3种不同工艺流程的运行性能和热力特性,得到了以下结论:

1)在横管降膜低温多效蒸发海水淡化系统中,对于给定的装置,就串流、并流和串并组合3种流程而言,串并组合是最优的海水淡化流程,因为蒸发器传热面积较小,设备制造成本低,同时又具有最大的造水比,运行经济性好。

2)在一定的设计条件下,随着加热蒸汽温度的降低,加热蒸汽量随之减小,造水比和蒸发器换热面积却随之增加。

3)在本文设计的6效横管降膜低温多效蒸发海水淡化系统中,综合4+2,3+3和2+2+2的串并结合设计模式,4+2模式会产生最优的设计结果。

摘要：随着横管降膜蒸发技术在低温多效蒸发海水淡化系统中的应用和推广,低温多效蒸发海水淡化技术以其传热系数高、热耗量小、要求供热的温位低等优点成为未来第二代海水淡化技术的主流技术。本文开展了横管降膜低温多效蒸发海水淡化系统的优化设计,比较了不同流程下低温多效蒸发海水淡化系统的热力特性,串并结合流程以其传热面积小、设备制造成本低、造水比最大等优点成为最佳选择。基于此,对6效低温多效蒸发海水淡化系统进行了优化设计,得出在4+2,3+3和2+2+2三种串并结合设计模式中,4+2模式会产生最优的设计结果。

关键词：海水淡化,低温多效蒸发,横管降膜蒸发,优化设计

参考文献

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[2]王强,厉彦忠,郑宏飞.横管降膜蒸发-凝结回热循环太阳能海水淡化装置实验研究[J].水处理技术,2004,30(1):26-28.

[3]杨洛鹏,沈胜强,Klaus Genthner.低温多效蒸发海水淡化系统热力分析[J].化学工程,2006,34(11):20-24.

[4]Al-Shammiri M,Safar M.Multi-effect distillation plants:state of the art[J].Desalination,1999,126:45-59.

低温多效 篇7

海水经过每效均重复蒸发和喷淋过程, 浓缩后的海水继续向下效流动, 直到最后在温度最低的效组中以浓缩液的形式离开该效组。该装置需要的蒸汽由汽轮机四段抽汽供给, 蒸汽进入温度最高的第1效蒸发管内部, 蒸汽进入温度最高的第1效蒸发管内部, 在管内发生冷凝的同时, 管外海水由于吸收了在蒸发器内冷凝蒸汽的潜热而汽化, 产生了与冷凝量基本相同的海水蒸发, 产生的二次蒸汽在穿过浓盐水液滴分离器以保证蒸馏水的纯度之后, 又引入到下效的传热管内, 蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效重复多次, 每效都产生了相当数量的蒸馏水, 最后在冷凝器集中, 然后被海水冷却, 由蒸馏水泵打出送入淡水箱, 如此生产出来纯度很高的水, 水质含盐量可以小于5mg/L。第1效的蒸汽冷凝液被收集起来, 然后被送入凝结水箱, 不凝性气体从每根冷凝管中抽出, 分别从1效和汇流至第四效。这些不凝性气体最后在排热冷凝器的最冷端富集, 并用蒸汽喷射器抽出。参照热力系统平衡图分析, 对于蒸发器造水比影响较为显著主要包括进效海水温度、蒸发器的真空度、以及蒸发器管束的换热效率等。针对影响造水比的因素提出以下可行性方案。

1 设法提高进效海水温度, 以提高造水比

1.1 提高板式换热器的换热效率, 以增加板

式换热器利用海水淡化蒸汽冷凝后生成的蒸馏水以及经过蒸发浓缩后的盐水余热, 对物料海水进行加热

经过近两年不同季节的实践摸索, 针对低温多效海水淡化对于海水适应性较强的特点, 逐步采取了不进行海水预处理加药处理, 这样大大减轻了因海水投加混凝剂、絮凝剂造成的板式换热器污堵现象, 经过海水不加药试验, 板式换热器运行周期由原来的半年延长到一年, 换热效果明显好转, 这样既提高了进效海水温度, 又减少了药品消耗以及由于检修增加的费用, 并延长了设备的使用寿命。

1.2 进行盐水再循环试验

进入冬季, 海水温度逐渐下降, 黄骅地区海水最低温度历年达到-1.5℃, 比海水淡化装置设计的海水最低温度-0.35℃低, 仅依靠板式换热器的加热已经无法满足要求, 一方面增加换热器换热面积可提高换热效果, 在现有条件下会大大提高设备费用, 根据海水预热器盐水排放温度一般维持在28℃左右, 采取盐水再循环方式, 使盐水与物料海水混合, 以提高进效海水温度。通过盐水再循环前后数据对比, 可以看出盐水再循环对造水比的影响。

工况安排:在海水淡化造水比明显下降条件下, 使机组负荷相对平稳, 维持为500MW~580MW, 进效蒸汽流量一定时, 保持各效进效海水总流量1300 t/h, 盐水再循环流量分别在0 t/h、100 t/h, 160 t/h时, 盐水再循环过程数据对比, 考察盐水再循环对造水比的影响。

由表1可以看出盐水再循环前后, 保持海水淡化各效总流量1300t/h左右, 通过各组数据进行分析, 可以看出, 随着盐水再循环流量的增加, 由0~150t/h盐水再循环流量变化, 海水淡化造水比显著提高, 由最初的4.37提高至5.76水平, 同时盐水再循环对蒸馏水含盐量的影响甚微, 基本无变化;同时第五组数据表明, 在降低进效海水流量的条件下, 即使不进行盐水再循环, 对造水比的提高也较为明显。在允许条件下, 随着盐水再循环流量的提高, 造水比将随之增加, 盐水再循环前后, 因盐水量的变化, 对盐水泵电流有轻微影响, 当再循环流量增加后, 盐水泵电机负荷略有上升, 受其它条件限制, 不能无限制的增加盐水循环流量, 盐度增加后, 结垢倾向将大大增加。盐水再循环在海水预热器换热效果下降的条件下, 对盐水排放的热量回收起到了关键作用, 在换热器效果较好时, 盐水再循环对造水比的影响将会下降, 显然海水经预热器盐水加热效果已经减小了盐水排放热量损失。

1.3 适当减小物料海水流量

物料海水减少, 一方面提高了板式换热器加热后的海水温度, 同时经过蒸馏冷凝器后的海水温度也会显著上升, 使物料海水温度提高, 另一方面, 物料水减少造成不良影响, 海水的喷淋面积、喷淋流量会有所下降, 同样对蒸发器的换热效率下降, 由于物料水流量下降, 增加了换热管壁结垢倾向, 对传热是十分不利的, 因此, 不建议采用。

2 保证合格的蒸汽品质, 以提高造水比

保证合格的蒸汽品质, 以提高蒸汽热力压缩机的工作性能, 是提高海水淡化产水量的关键, 在机组不同负荷下:300MW、400MW、500MW, 600MW, 各工况试验结果, 各工况下的造水比进行对比。

从表2的试验结果可以看出。

在机组负荷为300MW时, 海水淡化装置进汽压力保持滑压状态, 进汽压力保持在0.25MPa之间, 海水淡化装置进汽喷嘴开度在61%~70%, 装置稳定运行, 装置出力保持在额定出力79%, 造水比为6.92。

在机组负荷为400MW时, 海水淡化装置进汽压力随机组压力变化, 保持在0.34MPa~0.37MPa之间, 海水淡化装置进汽喷嘴开度在51%~55%之间变化, 装置稳定运行, 装置出力保持在额定出力92%, 造水比为6.88。

在机组负荷为500MW时, 海水淡化装置进汽压力随机组压力变化, 进汽压力保持在0.50MPa~0.52MPa之间, 海水淡化装置进汽喷嘴开度在22%~27%之间变化, 但通过试验发现喷嘴开度在22%时装置的造水比有所降低, 因此不建议运行在过低的喷嘴开度下, 可以保证装置稳定运行, 装置出力则保持在额定出力91%, 造水比为7.15。

在机组负荷为600MW时, 海水淡化装置进汽压力随机组压力变化, 进汽压力保持在0.58MPa~0.60MPa之间, 海水淡化装置进汽喷嘴开度在22%~24%之间变化, 根据以上负荷数据判断, 喷嘴开度增加, 能够确保装置稳定运行, 装置出力则保持在93%左右, 造水比为6.80。另外, 在机组负荷为600MW时, 若要求装置出力增加, 则需要消耗的蒸汽量增加, 会影响机组负荷。

通过提高加热蒸汽流量和温度, 使蒸发器运行在较高温度下, 从而提高蒸馏水产量, 只有在压力比较稳定的情况下, 热力压缩机的工作效果是最佳的, 通过对性能试验数据进行分析 (排除其他因素的影响) , 海水淡化在机组5 0 0 M W负荷左右范围运行, 压力维持在0.5MPa~0.55MPa, 喷嘴的工况最佳, 其造水比是较高的, 也是最经济的。

3 提高海水淡化蒸发室内真空度, 以提高造水比

海水淡化蒸发室工作在真空状态下, 一般蒸发室压力维持在0.01MPa, 真空下饱和水汽化温度低于大气压下水的沸点100℃, 表3为真空条件下饱和水与饱和水蒸汽热力性质表[2]。

根据饱和水和饱和水蒸气热力性质表, 适当提高真空度可降低汽化温度, 从而使蒸发室产生较多的蒸汽量, 但随着蒸汽量的增加, 如产生的大量蒸汽不能及时的冷凝, 会降低蒸发室和冷凝器的真空度, 虽然低温多效海水淡化装置利用二级喷射抽汽器, 及时排掉产生的不凝气体, 并维持系统的真空, 一旦大量的蒸汽不能及时完全的凝结, 势必会随着不凝气体排放, 一方面蒸发室的压力会逐渐升高, 蒸发的温度也要随之提高, 在温度一定的条件下, 只能降低蒸汽产量, 另一方面, 可凝结气体随着不凝气排放, 也造成了少量浪费, 这对经济运行是不利的。真空度和蒸发温度是互相制约的两个条件, 只有找到一个最佳的稳态平衡点, 一般控制盐水排放温度在53℃, 相对应的压力低于0.015MPa, 方可满足汽化温度。

4 定期酸洗除垢, 提高蒸发器铜管换热, 以提高造水比

即使低温多效海水淡化装置将盐水蒸发温度控制在70℃以下, 基于控制不当造成的超温以及海水喷淋不均局部浓缩等原因, 蒸发器管束结垢仍是不可避免的, 结垢对造水比的影响是客观存在的, 一般第一效结垢倾向要远远大于后面的几效。根据垢样分析, 主要成分以碳酸盐垢为主, 在清洗方案选择上要特别注意的蒸发器本体材质及铜管的腐蚀影响。清洗标准一般认为在海水淡化造水比下降1左右时, 应及时对蒸发器管束检查结垢程度, 确定清洗方案, 进行必要的清洗以提高造水比。

5 结语

综合以上因素, 多种原因影响到低温多效海水淡化装置的经济运行。通过提高进效海水温度, 维持稳定的蒸汽品质, 提高蒸发室的真空度, 在确定换热管结垢情况下, 采取以上方案对于海水淡化的造水比提高具有较好的利用价值, 更有利于低温多效海水淡化装置在沿海地区广泛的应用和发展。

摘要：低温多效蒸馏法是20世纪80年代开发的海水淡化新技术。它的特点是控制盐水的最高蒸发温度为70℃, 对原料海水的预处理要求不高, 蒸发过程动力消耗小、生产的淡水水质高。我公司引进法国技术投资建设的低温多效蒸馏海水淡化装置, 利用电厂低品位蒸汽, 将海水多次蒸发和冷凝, 以达到较高的造水比。

关键词：低温多效,海水淡化,造水比,盐水再循环

参考文献

[1]王世昌.海水淡化工程[M].化学工业出版社, 2003, 3.

低温多效 篇8

近年来, 中国钢铁工业迅猛发展, 钢铁冶金技术不断进步, 使得钢铁厂副产煤气资源量越来越多。实现煤气的充分回收、合理利用, 对于钢铁厂降低成本、提高能源转换具有重要的意义。目前, 回收的煤气资源主要作为燃料供焦炉、热风炉、加热炉等工业炉窑加热使用, 这部分占煤气资源量的50%~80%, 剩余部分供企业自备电厂发电, 方式主要有全烧 (或掺烧) 煤气锅炉发电和燃气-蒸汽联合循环发电 (CCPP) 两种。

首钢京唐钢铁联合有限责任公司 (以下简称首钢京唐公司) 拥有国内首套煤粉-煤气混烧发电机组, 机组容量300MW, 煤气混烧率最高达到30%, 作为煤气系统的缓冲用户, 极大地降低了公司煤气放散率水平。但由于采用常规的锅炉、汽轮发电机组模式, 将蒸汽参数提高至亚临界水平 (16.7Mpa, 540℃) , 热电转换效率仅达38%左右。

燃烧低热值高炉煤气的CCPP发电机组一般由高炉煤气供给系统、燃气轮机系统、余热锅炉系统、蒸汽轮机系统和发电轮机系统组成。主要设备有空气压缩机、高炉煤气压缩机、燃气轮机、余热锅炉、发电机和励磁机等。一般分为单轴和多轴布置形式。经除尘加压的高炉煤气与加压的空气混合后进入燃烧室进行燃烧, 所产生的高温、高压燃气进入燃气透平机组膨胀做功, 燃气轮机带动发电机组发电, 同时燃气轮机做功后的排气进入余热锅炉, 产生蒸汽后进入蒸汽轮机做功, 蒸汽轮机带动发电机组发电。CCPP发电效率可以达到58%~60%, 一些大型机组甚至可以超过60%。因为燃气轮机为旋转持续做功, 可以利用热值比较低的燃料气体, 同时还具有开、停机快, 运行负荷调节幅度大速度快等特点。

随着环保压力的增大及降低大宗物料运输成本的需求, 一些大型钢铁企业开始外迁并在沿海布局, 但沿海布局的一个弊端就是工业用水的供应。一般钢铁行业布局沿海地区, 都是选择无人居住的滩涂地区, 本就没有淡水资源, 再加上钢铁工业用水量巨大, 水资源的保供是一个难题。目前, 解决的措施就是铺设长距离输送管线供给工业水, 这样不仅导致水价升高, 并且存在断供的风险。

首钢京唐公司结合沿海优势, 独创“汽轮发电机组与低温多效海水淡化耦合技术”, 能同时生产电能及高品质除盐水, 并降低除盐水生产成本至6元/t, 有效保证了工厂的用水安全。目前日产水量5万t, 占全公司用水量的50%以上。双轴布置的CCPP发电机组汽轮机排汽量约240t/h, 常规做法为进入凝汽器与循环冷却水换热, 凝结水送回余热锅炉进行循环。根据首钢京唐公司一期工程汽轮发电机组与低温多效海水淡化耦合技术的经验, 将建设CCPP与低温多效海水淡化相耦合的水电共生技术, 进一步增大除盐水产量。

2 可行性分析

目前, 首钢京唐公司成功运营2套25MW汽轮发电机组后置低温多效海水淡化装置。整套装置自2011年10月份投产至今, 每年满负荷运行小时数都在7920h以上, 每年向公司电网供电3.2亿k Wh, 向公司水管网供水800万t, 整个系统的热效率为82.23%。详见表1。