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CN106395950A - 高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法 - Google Patents

高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法 Download PDF

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CN106395950A CN201610929801.5A CN201610929801A CN106395950A CN 106395950 A CN106395950 A CN 106395950A CN 201610929801 A CN201610929801 A CN 201610929801A CN 106395950 A CN106395950 A CN 106395950A
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齐春华
王鑫
邢玉雷
吕宏卿
李强
吕庆春
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Abstract

本发明公开了一种高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法，在不凝气抽取位置上进行灵活设置，首效管程单独抽真空，其余每效蒸发器内部不凝气随着产生的二次蒸汽进入下一效蒸发器，直至不凝气汇集到冷凝器，提高热效率；在蒸汽喷射泵引射蒸汽的蒸发效上设置单独抽真空口，将前几效蒸发器累计的不凝气和水蒸汽抽至冷凝器，防止不凝气通过喷射泵进入首效蒸发器，影响传热效率；在蒸汽喷射泵引射某效二次蒸汽管路上安装止回阀，防止启动或非稳定工况下高压动力蒸汽反灌进蒸发器造成损坏；在蒸汽喷射泵引射蒸汽的蒸发器引射口前采用加强汽液分离措施，以保证进入蒸发器首效的蒸汽含盐量极低，进而使该淡化系统生产出高品质的淡水。

Description

高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法
技术领域
本发明属于海水淡化领域，涉及一种高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法。
背景技术
低温多效蒸溜是指在70℃以下进行操作，1981年前后，该技术已正式应用于工业性的海水淡化装置，其特征是将一系列水平管降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。
进料海水在冷凝器中被预热和脱气之后被分成两股物流。一股物流作为冷却水排回大海，另外一股物流变成蒸馏过程的进料液，被引入到蒸发器温度最低的一组中。喷淋系统把料液分布到各蒸发器传热管束的顶排管上，在自上而下流动的过程中，部分海水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而汽化。生蒸汽输入到温度最高一效的蒸发管内部。在管内冷凝的同时，在管外产生了基本等量的蒸发。二次蒸汽穿过汽液分离器，进入下一效传热管内，第二效的操作温度和压力要略低于第一效。这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效重复，最后一效的蒸汽在冷凝器被海水冷却而冷凝。
低温多效蒸馏装置的规模日益扩大，成本日益降低，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，提高传热效率及热能利用率。为了提高热能利用率，在动力蒸汽压力较高(0.3～1.0MPa.a)时，采用蒸汽喷射泵引射多效蒸发中间某一效的低品位蒸汽，经压缩提升其温度后，作为第一效的进料蒸汽重新输入系统。蒸汽喷射泵对于保持装置运行稳定、提高系统造水比(单位质量生蒸汽可获得的产品淡水量)、降低系统能耗、提高经济效益都有着重要的意义。但实际运行过程中尤其是海水淡化装置启动初期，会出现动力蒸汽通过蒸汽喷射泵倒灌入引射蒸发器的现象，使得引射蒸发器内部件因突然高温高压受损。同时，蒸汽喷射泵引射的二次蒸汽中难免会含有海水液滴，该海水液滴会随着混合蒸汽进入蒸发器首效，从而降低了低温多效海水淡化系统的出水品质。而有些工业场合需要高品质的淡水(TDS≤5mg/L)，这就需要研究汽液分离方式，降低产品水中海水小液滴的携带。
低温多效海水淡化系统负压工况的形成是依靠抽真空装置抽取不凝气，不凝气包括泄漏进蒸发器和冷凝器内的空气及进料海水中加热逸出的CO2和O2等。抽取过程中不可避免的将装置内产生的二次蒸汽与不凝气按一定比例同时抽出，造成热能的浪费。所以抽真空的方式对装置性能有较大影响，目前比较常见的抽气方式有两种，分别是并联抽气和串联抽气。并联抽气时，各效蒸发器和冷凝器抽气独立，彼此之间的压力变化缺少一致性，易受动力蒸汽压力波动的影响，同时也将每效的二次蒸汽混合不凝气抽出，降低装置造水比；串联抽气时，各效蒸发器和冷凝器抽气是相互关联的，即前效不凝气靠效间压力梯度被压至下一效，其中含的二次蒸汽热能可以得到再次利用，最后在冷凝器中由真空泵抽走。串联抽气时，装置适应动力蒸汽压力波动，效间压力变化一致性增强，但抽真空速度较慢；而且在蒸汽喷射泵引射二次蒸汽的位置，前几效蒸发器累计的不凝气会被抽到蒸汽喷射泵，进入淡化系统首效蒸发器，影响传热效率。这就需要研究改进不凝气的抽取方式。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法，包括如下步骤：
将2-10个效组在效组间首尾相连，末个效组的末个蒸发器11与冷凝器12相连，各效组包括1-6个蒸发器，且当蒸发器为2-6个时，各蒸发器间串连；
原料水经过原料水泵39进入冷凝器12被加热后分为两股，一股通过冷却水泵40排放，另一股经进料泵46平行分配至末个效组内的各个蒸发器；
经末个效组内的各个蒸发器蒸发后的浓盐水汇集，经效间泵43平行分配到前一效组内的各个蒸发器中；如此依次向首个效组操作；
首个效组的首个蒸发器1的冷凝液输入产品水闪蒸罐13中，闪蒸产生的蒸汽进入首个蒸发器1，闪蒸后剩余的冷凝液分为两股，一股进入首效凝结水平衡罐25，再通过首效凝结水泵45返回至锅炉，另一股与相邻的后一效蒸发器2的产品水汇集进入后一效的蒸发器产品水闪蒸罐14中，闪蒸产生的蒸汽进入后一效蒸发器2中，蒸发后剩余的产品水与和它相邻的后一效蒸发器3的产品水汇集进入相邻的后一效的蒸发器产品水闪蒸罐15中，如此依次向末个效组操作，呈温度阶梯流动并逐级闪蒸冷却，末个产品水闪蒸罐23蒸发后剩余的产品水和冷凝器产生的凝液经产品水平衡罐24后用产品水泵41输送至用户，产品水平衡罐24通过不凝气管道与冷凝器12管程连接；首效凝结水平衡罐25通过不凝气管路与首效首个蒸发器1管程连接；
仅在首个效组中，首个蒸发器1产生的浓盐水通过管路输送至相邻的后一效蒸发器2内闪蒸，如此向后进行，直至首个效组内末个蒸发器内闪蒸为止，首个效组内的末个蒸发器产生的浓盐水流入浓盐水闪蒸罐26，闪蒸出的蒸汽进入相邻后一效的蒸发器内，被冷却浓盐水进入相邻后一效的浓盐水闪蒸罐27中，如此向末个效组操作，呈温度阶梯流动并逐级闪蒸冷却，末个浓盐水闪蒸罐33闪蒸后剩余的浓盐水输入浓盐水平衡罐35中，从浓盐水平衡罐35排出的浓盐水经浓盐水泵42排出；浓盐水平衡罐35通过不凝气管道与冷凝器12的壳程连接；
动力蒸汽进入蒸汽喷射泵34，首个效组的第二个蒸发器2至末个效组的末个蒸发器11之间的任意一个蒸发器或冷凝器12通过设置有止回阀48的管路与蒸汽喷射泵34的进口连接，蒸汽喷射泵34输出蒸汽至首个效组的首个蒸发器1；
在所有蒸发器内部设置有捕沫装置，在设置有止回阀48的管路进口连接的蒸发器内的捕沫装置为双层，其余蒸发器内捕沫装置为单层；
设置有止回阀48的管路进口连接的蒸发器管程通过不凝气管道与冷凝器12壳程连接；不凝气通过真空泵47从首个蒸发器1管程、冷凝器12管程、冷凝器12壳程和有止回阀48的管路进口连接的蒸发器管程中抽出；
冷凝器进原料水管路与末个效组进料管路间设置有阀门38的连接管路，末个效组进料管路与前一效组进料管路间设置有阀门36的连接管路，如此依次向首个效组操作，首个效组进料管路与其相邻的效组进料管路间设置有阀门37的连接管路。
本发明的优点：
(1)本发明的方法，包括“高效利用二次蒸汽热能”的抽真空工艺，包括“减少加热蒸汽内不凝气”的节能抽汽/抽气口设置，具体为：整个海水淡化系统的抽真空方式综合了并联抽气和串联抽气两种方式，设置了四个抽真空位置，通过设置在首效管程单独抽真空、蒸汽喷射泵抽蒸汽蒸发器效管程抽真空、冷凝器管程抽真空、冷凝器壳程抽真空。每效蒸发器内部不凝气随着产生的二次蒸汽进入温度压力较低的下一效蒸发器，直至不凝气汇集到冷凝器，不凝气从冷凝器抽出，重复利用不凝气中的蒸汽热能，提高海水淡化热利用效率达15％左右；在蒸汽喷射泵抽取二次蒸汽的蒸发器上设置单独抽真空口，抽真空口设置在抽蒸汽口前面，将前几效蒸发器累计的不凝气和水蒸汽抽至冷凝器，将水蒸汽冷凝成淡水，再在冷凝器内将不凝气抽走形成系统真空度。防止将不凝气抽到蒸汽喷射泵，进入淡化系统首效蒸发器，影响传热效率。
(2)采用“防止蒸汽喷射泵蒸汽回流”的单向截止工艺，具体为：在蒸汽喷射泵引射某效二次蒸汽管路上安装了止回阀(48)，防止启动时或非稳定工况下时高压动力蒸汽反灌进蒸发器内造成损坏。
(3)采用“加强汽液分离”的捕沫装置设置，将淡水总固溶物含量TDS由TDS≤10mg/L降至TDS≤5mg/L。具体为：在蒸汽喷射泵引射二次蒸汽的蒸发器引射口前设置了双层捕沫装置(57)，其他蒸发器均为单层，这是因为，将引射进蒸汽喷射泵的二次蒸汽内的海水液滴尽量去除，以保证进入蒸发器首效的加热蒸汽的含盐量极低。从而达到低温多效海水淡化系统生产出高品质的淡水。
附图说明
图1为一种高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法所采用的系统示意图。图示：
1～11—蒸发器 12—冷凝器 13～23—产品水闪蒸罐 24—产品水平衡罐25—首效凝结水平衡罐 26～33—浓盐水闪蒸罐 34—蒸汽喷射泵 35—浓盐水平衡罐36～38—阀门 39—原料水泵 40—冷却水泵 41—产品水泵 42—浓盐水泵43～44—效间泵 45—首效凝结水泵 46—进料泵 47—真空泵 48—止回阀 49～59—捕沫装置
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法，包括如下步骤：
图1所示，将3个效组在效组间首尾相连，末个效组的末个蒸发器11与冷凝器12相连，末个效组包括4个蒸发器，与末个效组相邻的效组包括4个蒸发器，首个效组包括3个蒸发器，各效组内的各蒸发器间串连；
效组也可以选2个，4个，5个，6个，7个，8个，9个或10个。
各效组包括的蒸发器的个数可以是1个，2个，5个或6个。
原料水经过原料水泵39进入冷凝器12被加热后分为两股，一股通过冷却水泵40排放，另一股经进料泵46平行分配至末个效组内的各个蒸发器11、10、9、8内；
经末个效组内的各个蒸发器蒸发后的浓盐水汇集，经效间泵43平行分配到前一效组内的各个蒸发器7、6、5、4中；如此依次向首个效组操作；
首个效组的首个蒸发器1的冷凝液输入产品水闪蒸罐13中，闪蒸产生的蒸汽进入首个蒸发器1，闪蒸后剩余的冷凝液分为两股，一股进入首效凝结水平衡罐25，再通过首效凝结水泵45返回至锅炉，另一股与相邻的后一效蒸发器2的产品水汇集进入后一效的蒸发器产品水闪蒸罐14中，闪蒸产生的蒸汽进入后一效蒸发器2中，蒸发后剩余的产品水与和它相邻的后一效蒸发器3的产品水汇集进入相邻的后一效的蒸发器产品水闪蒸罐15中，如此依次向末个效组操作，呈温度阶梯流动并逐级闪蒸冷却，末个产品水闪蒸罐23蒸发后剩余的产品水和冷凝器产生的凝液经产品水平衡罐24后用产品水泵41输送至用户，产品水平衡罐24通过不凝气管道与冷凝器12管程连接；首效凝结水平衡罐25通过不凝气管路与首效首个蒸发器1管程连接；
仅在首个效组中，首个蒸发器1产生的浓盐水通过管路输送至相邻的后一效蒸发器2内闪蒸，如此向后进行，直至首个效组内末个蒸发器3内闪蒸为止，首个效组内的末个蒸发器3产生的浓盐水流入浓盐水闪蒸罐26，闪蒸出的蒸汽进入相邻后一效的蒸发器4内，被冷却浓盐水进入相邻后一效的浓盐水闪蒸罐27中，如此向末个效组操作，呈温度阶梯流动并逐级闪蒸冷却，末个浓盐水闪蒸罐33闪蒸后剩余的浓盐水输入浓盐水平衡罐35中，从浓盐水平衡罐35排出的浓盐水经浓盐水泵42排出；浓盐水平衡罐35通过不凝气管道与冷凝器12的壳程连接；
动力蒸汽进入蒸汽喷射泵34，在蒸发器9通过设置有止回阀48的管路与蒸汽喷射泵34的进口连接，蒸汽喷射泵34输出蒸汽至首个效组的首个蒸发器1；(除蒸发器9外，首个效组的第二个蒸发器2至末个效组的末个蒸发器11之间的任意一个蒸发器或冷凝器12，都可以通过设置有止回阀48的管路与蒸汽喷射泵34的进口连接)
在所有蒸发器内部设置有捕沫装置，在设置有止回阀48的管路进口连接的蒸发器9内的捕沫装置57为双层，其余蒸发器内捕沫装置49，50，51，52，53，54，55，56，58，59为单层；
设置有止回阀48的管路进口连接的蒸发器9管程通过不凝气管道与冷凝器12壳程连接；不凝气通过真空泵47从首个蒸发器1管程、冷凝器12管程、冷凝器12壳程和有止回阀48的管路进口连接的蒸发器9管程中抽出；
冷凝器进原料水管路与末个效组进料管路间设置有阀门38的连接管路，末个效组进料管路与前一效组进料管路间设置有阀门36的连接管路，如此依次向首个效组操作，首个效组进料管路与其相邻的效组进料管路间设置有阀门37的连接管路。
本发明在传统低温多效蒸馏海水淡化方法的基础上进行改进，形成包括“高效利用二次蒸汽热能”的抽真空工艺，“减少加热蒸汽内不凝气”的节能抽汽/抽气口设置方法，“防止蒸汽喷射泵蒸汽回流”的单向截止工艺，和“加强汽液分离”的捕沫装置设置方法。旨在提高蒸汽利用效率，降低能耗，防止海水淡化装置因突然高温高压造成损坏，提高生产淡水的品质。
整个海水淡化系统的抽真空方式综合了并联抽气和串联抽气两种方式，设置了四个抽真空位置，通过设置在首效管程单独抽真空、蒸汽喷射泵抽蒸汽蒸发器效管程抽真空、冷凝器管程抽真空、冷凝器壳程抽真空，使每效蒸发器内部不凝气随着产生的二次蒸汽进入温度压力较低的下一效蒸发器，直至汇集到冷凝器，不凝气最后从冷凝器抽出，这样可以重复利用不凝气中的蒸汽热能，提高热效率。
在蒸汽喷射泵抽取蒸汽的蒸发器上设置单独抽真空口，由于抽真空口设置在抽蒸汽口前面，可将前几效蒸发器累计的不凝气和水蒸汽直接抽至冷凝器，防止将不凝气抽入蒸汽喷射泵，进入淡化系统首效蒸发器，影响传热效率。
在蒸汽喷射泵引射某效二次蒸汽管路上安装了止回阀，可以有效防止启动时或非稳定工况下时高压动力蒸汽反灌进蒸发器内造成损坏。
通过在蒸汽喷射泵引射二次蒸汽的蒸发器引射口前设置双层捕沫装置，可将引射进蒸汽喷射泵的二次蒸汽内的海水液滴尽量去除，以保证进入蒸发器首效的加热蒸汽的含盐量极低。从而可使低温多效海水淡化系统生产出高品质的淡水。

Claims (1)

1.一种高效利用热能生产淡水的低温多效蒸馏海水淡化方法，其特征在于包括如下步骤：
将2-10个效组在效组间首尾相连，末个效组的末个蒸发器(11)与冷凝器(12)相连，各效组包括1-6个蒸发器，且当蒸发器为2-6个时，各蒸发器间串连；
原料水经过原料水泵(39)进入冷凝器(12)被加热后分为两股，一股通过冷却水泵(40)排放，另一股经进料泵(46)平行分配至末个效组内的各个蒸发器；
经末个效组内的各个蒸发器蒸发后的浓盐水汇集，经效间泵(43)平行分配到前一效组内的各个蒸发器中；如此依次向首个效组操作；
首个效组的首个蒸发器(1)的冷凝液输入产品水闪蒸罐(13)中，闪蒸产生的蒸汽进入首个蒸发器(1)，闪蒸后剩余的冷凝液分为两股，一股进入首效凝结水平衡罐(25)，再通过首效凝结水泵(45)返回至锅炉，另一股与相邻的后一效蒸发器(2)的产品水汇集进入后一效的蒸发器产品水闪蒸罐(14)中，闪蒸产生的蒸汽进入后一效蒸发器(2)中，蒸发后剩余的产品水与和它相邻的后一效蒸发器(3)的产品水汇集进入相邻的后一效的蒸发器产品水闪蒸罐(15)中，如此依次向末个效组操作，呈温度阶梯流动并逐级闪蒸冷却，末个产品水闪蒸罐(23)蒸发后剩余的产品水和冷凝器产生的凝液经产品水平衡罐(24)后用产品水泵(41)输送至用户，产品水平衡罐(24)通过不凝气管道与冷凝器(12)管程连接；首效凝结水平衡罐(25)通过不凝气管路与首效首个蒸发器(1)管程连接；
仅在首个效组中，首个蒸发器(1)产生的浓盐水通过管路输送至相邻的后一效蒸发器(2)内闪蒸，如此向后进行，直至首个效组内末个蒸发器内闪蒸为止，首个效组内的末个蒸发器产生的浓盐水流入浓盐水闪蒸罐(26)，闪蒸出的蒸汽进入相邻后一效的蒸发器内，被冷却浓盐水进入相邻后一效的浓盐水闪蒸罐(27)中，如此向末个效组操作，呈温度阶梯流动并逐级闪蒸冷却，末个浓盐水闪蒸罐(33)闪蒸后剩余的浓盐水输入浓盐水平衡罐(35)中，从浓盐水平衡罐(35)排出的浓盐水经浓盐水泵(42)排出；浓盐水平衡罐(35)通过不凝气管道与冷凝器(12)的壳程连接；
动力蒸汽进入蒸汽喷射泵(34)，首个效组的第二个蒸发器(2)至末个效组的末个蒸发器(11)之间的任意一个蒸发器或冷凝器(12)通过设置有止回阀(48)的管路与蒸汽喷射泵(34)的进口连接，蒸汽喷射泵(34)输出蒸汽至首个效组的首个蒸发器(1)；
在所有蒸发器内部设置有捕沫装置，在设置有止回阀(48)的管路进口连接的蒸发器内的捕沫装置为双层，其余蒸发器内捕沫装置为单层；
设置有止回阀(48)的管路进口连接的蒸发器管程通过不凝气管道与冷凝器(12)壳程连接；不凝气通过真空泵(47)从首个蒸发器(1)管程、冷凝器(12)管程、冷凝器(12)壳程和有止回阀(48)的管路进口连接的蒸发器管程中抽出；
冷凝器进原料水管路与末个效组进料管路间设置有阀门(38)的连接管路，末个效组进料管路与前一效组进料管路间设置有阀门(36)的连接管路，如此依次向首个效组操作，首个效组进料管路与其相邻的效组进料管路间设置有阀门(37)的连接管路。
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