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低溫多效工藝在海水淡化工程中的應用

2011-09-23 14:15:28

低溫多效工藝在海水淡化工程中的應用

隨著人口的不斷增長和經濟的飛速發展,淡水資源的匱乏日趨嚴重。海水淡化作為一種開辟新水源的相對成熟的技術,已經成為世界上公認的解決淡水短缺問題的最佳方案〔1-3〕。據報道,當前全球海水淡化容量約為4 200 萬t/d,預計在今后5~10 a 內還將增加2 400 萬t/d。天津是我國的嚴重缺水地區,且毗鄰渤海,擁有豐富的海水資源,建設海水淡化工程具有得天獨厚的優勢〔4-5〕。

1 天津開發區海水淡化工程簡介

2002年天津經濟技術開發區(以下簡稱天津開發區,縮寫TEDA)海水淡化項目正式啟動。經過前期可行性研究,在對國內外海水淡化技術和項目進行大量調研的基礎上,結合本區域的具體條件(原水水質差,區內有合適的熱源),最終確定采用目前國際上較先進的熱壓蒸餾低溫多效技術〔6-8〕。該技術具有對原水水質要求低(SS<20 mg/L)、出水水質好(TDS<5 mg/L)、運行管理簡單等優點。
天津開發區萬噸級低溫多效海水淡化工程日產淡水2 萬t,分兩期建設,其中一期規模為1萬t/d,總投資額1.6 億元,已于2006 年底舉行了通水儀式。該工程利用開發區熱源五廠的低品位蒸汽,采用低溫多效的工藝生產TDS<5 mg/L 的優質淡化水,生產1 t 淡化水消耗0.1 t 低壓蒸汽及2 kW·h 電。
2 海水淡化工程工藝流程

場站組成

天津開發區海水淡化工程可分為海水預處理廠和海水淡化廠兩個場站。海水預處理廠主要是去除海水中的泥沙;海水淡化廠包括海水提升泵房(從預處理廠提取海水到主設備)、中和池泵房(將主設備中的濃鹽水排出)、冷卻水泵房(為主設備提供冷卻水)、淡化水出水泵房(將淡化水排出送至輸水管網)、海水淡化主車間等。其中海水淡化主車間是海水淡化工程的核心,其作用是將海水蒸發成蒸餾水,該車間的設備全部從法國ENTROPIE 公司進口,設備投資約890 萬美元。其中熱壓蒸餾脫鹽TCD裝置主要設備包括:6 個蒸發室、2 臺主要的冷凝器、4臺加熱器、1 臺熱壓縮機、1 套真空系統(包含蒸汽噴射器和噴射冷凝器)、2 臺板式熱交換器、1 個手動海水過濾器、1 臺濃鹽水泵、1 臺蒸餾水泵、1 套海水處理裝置(除沫劑、阻垢劑和除氯劑注入)、1 套減溫系統。

為保證海水的連續供應和改善進水水質,海水在預處理后經提升泵站送到海水淡化廠。在海水淡化廠,來水經加壓泵站加壓、濾網過濾并加入阻垢劑后,進入海水淡化裝置;海水淡化裝置的產品水經后處理進入產品水貯存罐,并通過產品水泵加壓供給熱源廠等用戶,其水質可達到TDS≤5 mg/L,余下的濃鹽水排;蚓C合利用。所用熱壓蒸餾低溫多效海水淡化設備為6 效,處理能力為1 萬t/d,造水比(GOR)為9.69,出水水質TDS<5 mg/L。

該工程利用開發區污水處理廠二級出水作為淡化裝置的冷卻水源,可大大節約取水設施和排水設施的建設費用,每日最大需約5 萬t 冷卻水;而冷卻水升溫后可繼續作為新水源一廠(即再生水水廠,以開發區污水處理廠二級出水作為原水,經雙膜法處理后產水主要供應開發區內綠化及大型熱電廠)原水,恰恰滿足了該工藝希望提高原水溫度(尤其在冬季)的要求,有效地提高其雙膜法的產水效率。這樣就將污水處理、污水再生利用和海水淡化項目的資源整合在一起,形成優勢互補、資源共享的特點。

低溫多效蒸餾裝置

蒸餾裝置是由多效降溫蒸發單元組成。在第一效蒸發單元內產生的蒸汽在換熱管中被冷凝,換熱管為外部噴淋海水集束管。蒸汽冷凝釋放的熱量使換熱管外的部分海水在相對低的溫度和壓力下蒸發,由這部分海水產生的蒸汽在第二效蒸發單元中冷凝。同樣原理,第二效蒸發單元的換熱管外的部分海水會在更低的溫度和壓力下蒸發。同樣的蒸發工藝會在一效接一效的蒸發單元中傳遞下去。最后一效蒸發單元產生的蒸汽在冷凝器中冷凝。每一效蒸發單元中產生的冷凝水通過U 型管流入下一效蒸發單元,最后都流入冷凝器中。最終冷凝水由蒸餾水泵收集到淡化水儲罐中。

海水和大部分苦咸水均含有腐蝕和結垢成分:當操作溫度超過75 ℃,腐蝕和結垢現象會迅速產生,同時鹽濃度會迅速升高,因此TCD 蒸發器適用于:(1)低溫操作,即原水和濃鹽水的溫度始終低于70 ℃;(2)原水的濃縮率總是≤35%。

為使海水在低溫下蒸發,設備運行前要運行真空系統,使設備內壓力低于-93 kPa。經過多效蒸餾和蒸汽的循環利用使得蒸發海水的能耗大大降低,1 kg熱源蒸汽能生產9.69 kg的蒸餾水,即GRO=9.69。因海水淡化濃縮率總是控制在35%,也就是說日產1 萬t 的海水淡化工程,每天所需海水3 萬t,消耗蒸汽0.1 萬t。

3 總結

天津開發區實施的萬噸級低溫多效海水淡化項目,其產品水作為區內熱源廠的鍋爐補充用水以及其他用途純水,取代傳統的自來水深度處理工藝流程,每年節約淡水近850 萬t,具有顯著的環境效益和社會效益。另外,該項目中一部分的淡化水作為高品質飲用水通過分質供水,進入高校園區、住宅小區,為海水淡化水進入城市管網進行了有意義的探索。天津市位于嚴重污染的渤海地區,其海岸帶坡度較緩,海水泥沙含量很高,且溫度和鹽度隨潮流的往復運動變化較大,該工程的成功實施將積累自然條件惡劣地區海水淡化的技術經驗,對于在華北沿海地區推廣具有重大的示范意義。也必將帶動本區域的相關加工制造業的持續發展,為我國的海水淡化產業走向國際市場創造示范條件。

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