低温多效蒸馏法海水淡化技术的应用.pdf

第 3 1卷 第 7期 2 0 0 9年 7月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 3l No 7 J u 1 2 0 0 9 低温多效蒸馏法海水淡化技术的应用 孙育文， 周军 ( 北京 国电华北 电力工程有 限公司 ， 北京1 0 0 1 2 0 ) 摘要： 海水淡化技术包括蒸馏法和反渗透法。介绍了低温多效蒸馏技术在天津北疆发电厂海水淡化中的应用情况， 分 析了海水淡化技术的特点， 论述了海水淡化系统的运行及控制方式 ， 提供了海水淡化装置的性能参数和保证值。 关键词： 海水淡化技术； 海水淡化装置； 低温多效蒸馏； 海水反渗透 ； 性能参数 中图分类号 ： T Q 0 8 5 4 7 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 0 9 ) 0 7 0 0 6 5 0 3 1 项 目概况 天津北 疆 发 电厂 规划 装 机 容 量 为 41 0 0 0 M W， 一期工程建设 2台超超临界燃煤机组 ， 规划容 量为配套建 设 日产 2 0万 t 淡水 的海水 淡化工 程。 一 期海水淡化装置制水量为 日产 l 0万 t 淡水 。 天津北疆发电厂位于天津市汉沽区南部沿渤海 区域 ， 是集发电 、 海水淡化 、 浓海水制盐一体化运营 模式建设 的高效大型系统工程 ， 是典型的循环经济 模式项 目。该项 目包括发电 、 海水淡化 和浓海水制 盐等多个分项 目。海水淡化站作为北疆发电厂工艺 系统 中的关键环节， 起到承上启下 的作用。利用 电 厂所发的电力 、 产生的大量低压蒸汽以及海水取排 水设施生产淡水 ， 少部分作为电厂锅炉补给水 、 工业 用水及生活饮用水 ， 其余向城市供应淡水 ， 海水淡化 后 ， 排出的浓盐水送到盐场制盐。 为了提高全厂的综合热效率 ， 降低制淡水成本 以提高市场竞争力 ， 天津北疆发 电厂的海水淡化装 置用汽设计采用 了压力尽量低的抽汽 ， 同时 ， 减少用 汽量 。采用发电与制水错峰运行方式 ， 尽量在发 电 低谷时制水 ， 因此 ， 选择了较高的造水 比。 基于渤海湾的生态环保要求 ， 其发电和海水淡 化系统没有设置对海排水 口， 因此 ， 没有废水排放 ， 海水淡化装置的浓盐水排至盐场用于制取食用盐和 其他工业产品， 既达到了生态环保的要求 ， 又提高了 电厂运行的经济性。 2 水源情况及动 力用汽条件 海水淡化装置采用 2种水源 ， 入料水采用原海 水， 末效强制冷却器冷却水取 自 二次循环海水。 原海水取水采用高潮位取水 的方式 ， 在海挡外 设置 2座沉淀调节池 ， 由一级沉淀调节池人 口设置 收稿 日期 ： 2 0 0 90 31 7 闸门调节进水水位 ， 经 2级沉淀调节池后 ， 通过海水 取水泵升压后 ， 输送到电厂冷却塔系统及海水淡化 装置的预处理系统 。 海水淡化装置要求入料海水悬浮物质量浓度不 高于 2 5 m g L ； 温度变化 范围为 一 2 1+3 0， 盐 的质量浓度变化范围为 2 7 0 0 0 3 4 0 0 0 mg L 。 海水淡化装置末效强制循环冷却器采用发电机 组 的二次循环海水冷却 ， 冷却海水温度变化范 围为 63 3 ， 盐 的质量浓度变化范围为 4 8 6 0 06 6 0 0 0 mg L ， 排水返 回海水冷却塔循环使用。 海水淡化装置动力蒸汽为汽轮发电机组的五段 抽汽( 中压缸排汽 ) 和 或六段抽汽 ， 蒸 汽参 数随汽 轮发电机组的负荷变动而变化。淡化装置入 口动力 蒸汽压力范围为 0 0 3 0 6 6 9 MP a ( a ) ； 蒸汽温度范 围为 6 9 3 1 0。用于驱动喷射压缩器 ， 抽真空的 蒸汽压力大于 0 61 2 MP a ( a ) ， 蒸汽温度为过热 蒸汽 ； 每套装置抽真空蒸汽用量 2 t h 。 设备运 行时水 温变化 ， 原料水 温度最 高为 3 O ， 最低为一 2 1 ； 强制冷凝器冷却水温度最高为 3 3 ， 最低为 6 o C。 在上述条件下 ， 该项 目 1台汽轮发 电机组共安 装 4套 日产 2 5万 t 淡水的低温多效蒸馏海水淡化 装 置 。 3 系统运行及控 制方式 低温多效蒸馏是指最高温度不超过 7 O 的海 水淡化技术 ， 是上世 纪 8 O年代成熟 的高 效淡 化技 术 。其特点是 将一系列 的喷淋降膜蒸发 器串联 布 置。其工艺流程为 ： 海水一海水取水泵一混合絮凝 沉淀池一清水池一海水提升泵一ME DT V c 一淡水 箱 池一用户。 加热蒸汽被引入第一效 ， 其冷凝热使几乎等量 的海水蒸发 ， 通过多次蒸发和冷凝 ， 后面的蒸发温度 6 6 华 电技 术 第 3 1 卷 均低于前面一效 ， 从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水， 最后一效的蒸汽在强制冷凝器中冷凝。第一效冷凝 液返回锅炉， 而其他效及海水冷凝器的冷凝液收集 后作为产品水。 低温多效海水淡化装置的运行温度远远低于多级 内蒸( M S F ) 装置的 1 1 0， 所 以， 其能耗和管壁腐蚀及 结垢速率均较低。和多级内蒸( M S F ) 装置相比， 其设 备本体和传热管的材质要求较低， 而热效率较高。 多效蒸馏的操作 弹性很大， 运行负荷在4 0 1 1 0 皆可正常操作， 而且不会使造水比下降。 低温多效海水淡化装置可以用 7 0 左右， 0 0 3 0 O 3 5 M P a ( a ) 的蒸汽作为热源， 当提供的汽机抽汽参数 高于低温多效加热蒸汽的压力和温度的要求时， 可采 用热压缩装置， 以进一步提高系统的热效率。 国外近几年多级 内蒸( ME D) 装置发展迅速 ， 多 级内蒸( ME D) 装置单台最大产水量已达 2 5万 t d ， 并在世界各地已有多台运行业绩， 技术是成熟的。 热压汽蒸馏通常是与大规模低温多效蒸馏联系 在一起 ， 也就是将多级内蒸( ME D) 装置某效产生的 蒸汽通过热压缩的方式来提高温度和压力 ， 然后再 进入到第一效加热海水。目前 ， 绝大多数低温多效 蒸馏装置都采用热压汽蒸馏 的方式来 提高热 能效 率， 即低温多效 加蒸 汽压缩 喷射器 ( L TME D T V C ) 工艺。蒸馏装置的原理流程如图 1 所示。 该工程海水淡化装置根据机组负荷的不同有不 同的运行方式 ， 1 0 0 0M W 超超临界汽轮发 电机组额 定工况时的五段抽汽压力为 0 6 6 9 M P a ， 温度 3 l 0 c c， 六段压力为 0 2 8 6 MP a ， 温度 2 0 0 c c， 当负荷降低 时 ， 机组的抽汽参数会下降。海水淡化装置的蒸汽 蒸汽 来 自锅 炉 参数不大于 0 6 6 9 MP a ， 当动力蒸汽压力在0 6 6 9 0 5 MP a 时 ， 装置将 自动使动力蒸汽进入高压 T V C， 此时， 海水淡化装置的造水 比为 l 5 。当动力蒸汽压 力在 0 5 0 3 MP a 时 ， 装置将 自动使动力蒸汽进入 高压 T V C ， 此时 ， 海水淡化装置 的造水 比等 于或 略 小于 1 5 。当动力蒸汽压力在 0 3 0 1 2 M P a时， 装 置将 自动切换动力蒸汽进入低压 T V C ， 此时装置的 造水 比 1 3 。当蒸汽压力降低到小于0 1 2M P a 时 ， 装 置将 自动切换动力蒸汽经减温减压后直接进人海水 淡化装置的首效 。 海水淡化装置的浓盐水排至盐厂， 在额定工况 条件下 ， 排水盐的质量浓度不小于 6 6 0 0 0 m g L ， 满 足制取食用盐和其他用盐的要求。 该工程采用集 中控制方式 ， 在海水淡化站控制 室进行监控。系统 中设有必要的监测仪表， 能够在 要求的设计范围内根据人料水和出口水的温度 、 压 力等参数的变化实现 自动调节 。同时 ， 可 以实现 自 动报警打印 ， 微机控制 、 C R T显示 ， 可 自动、 半 自动、 就地手动及控制室键盘微机操作。海水淡化装置为 露天布置， 海水淡化系统水泵等附属设备及电控设 备布置在海水淡化装置侧 面管架下 的房间内， 并设 置一个集中的控制室。 4 海水淡化装置的预处理系统 根据海水淡化装置对入料水的水质要求 ， 针对 目前北疆发电厂原海水水质较差 、 污染较严重的情 况 ， 海水预处理工艺流程确定如下 ： 二沉池海水一海水取水泵一微砂加速絮凝沉淀 图 1 L TME D T V C蒸馏装置的原理流程图 抽出空气 海水 盐水 6 k g 淡水 第 7期 孙育文 ， 等： 低温 多效蒸馏法海水淡化技术的应 用 6 7 设备一清水池一海水 清水泵一ME D设备 一污泥浓 缩一污泥离心脱水机。 根据海水淡化装置人料水量 的要求 ， 预处理水 量按 2 4万 t d考虑。该工程海水预处理设施分为 2 组 ， 每组处理水量 约为 5 0 0 0 t h 。出水水量及水质 指标见表 1 。 表 1 海水 淡化 装置出水量及其 出水指标 来 自取水工程的海水通过配水井平均分配进入 并列设置 的二组混合 絮凝沉淀池 内。经混凝 一注 砂一熟化一沉淀处理后 的水进入清水池 ， 经清水泵 提升后 ， 送人海水淡化装置。 絮凝沉淀设备产生 的污泥经过污泥池浓缩后 ， 通过污泥输送泵送入离心脱水机进行处理 ， 产生的 泥饼外运 。 在正常运行时， 海水预处理系统 的排水排至位 于海水预处理加药 间的集水池 ， 当悬 浮物含量满足 循环冷却水系统要求时 ， 通过 回用水泵送人循环冷 却水系统。海水预处理设备调试期间的不合格出水 排至雨水排水系统。 5 海水淡化装置性能参数 出力 ： 在额定工况条件下 ， 装置单机出力不小于 2 5 0 0 0m d ； 负荷调节范围在 4 0 1 1 0 ， 超过上 述出力范 围时 ， 最长允许运行时间为 4 h 。 产品水质 ： 固体溶 解 物总 量 ( T D S ) 小 于等 于 5 m #L 。 造水 比： 高输入参数造水 比不小 于 1 5 0 ， 低输 入参数造水比不小于 1 3 0 。 电耗 ： 蒸汽压 力 0 5 0 MP a时， 保 证 电耗 1 4 5 ( k W h ) m ； 蒸汽压力 0 1 2 MP a时 ， 保证电耗1 5 5 ( k W h ) m 。 噪音水平 ： 装置不低于 4 0 0m h出力的稳定运 行状态下 ， 噪音水平距 设备外壳 1 m，距运行平 台 1 2 m不 超过 8 5 d B ( A) 。 为防止设备结垢 ， 设置了阻垢剂加药系统 ， 在入 料原海水中加入阻垢剂 ； 为防止泡沫产生 ， 设置消泡 剂加药系统 ， 可酌情使用。此外 ， 系统还设置 了酸洗 装 置 。 6 结束语 低 温多效蒸馏技术是海水淡化 的又一种形式 ， 该系统对海水水质变化的适应性强 ， 出水 品质较高， 可节省部分除盐设备 的投资和运营成本 ， 出水率稳 定 ， 不受水温影响 ， 设备可在机组不 同条件下正常运 行 。设备单机容量大且检修 、 维护工作量小。不足 部分是该系统的海水用水量较大 ， 其中一部分是用 于最后一效蒸汽冷凝的冷却 用水 ， 但 可同全厂 的机 组循环冷却水综合考虑 ， 设备投资以及制水成本相 对较高。 ( 编 辑 ： 王 书平 ) 作者简 介 ： 孙育 文( 1 9 6 3 一 ) ， 女 ， 河北 迁安人 ， 高级 工程 师 ， 从 事 电 厂化学专业设计方面的工作。 周 军( 1 9 6 9 一 ) ， 男 ， 安徽青 阳人 ， 教授级 高级工 程师 ， 从 事电厂化学专业设计方面的工作。 o ( ) o 中英文摘要编 写要求 ( 1 ) 应按照摘要编写的4个要素( 论文的目的、 方法、 结 果、 结论) 进行编写。目的： 研究 、 研制 、 调查等的前提 、 目 的 、 所涉及 的主题 范 围。方 法 ： 所用 的原 理 、 理 论 、 条 件 、 对 象、 材料 、 工艺、 结构、 手段、 装备、 程序等。结果： 实验、 研究 的结果、 数据， 被确定的关系， 观察得到的效果、 性能等。结 论： 结果的分析 、 研究、 比较、 应用， 提出的问题等。 ( 2 ) 摘要编写应内容充实， 中文摘要一般在 1 5 02 5 0 字之间， 英文摘要应在 1 5 0个词左右。 ( 3 ) 摘要应尽可能取