低溫多效工藝在海水淡化工程中應用

隨著(zhù)人口的不斷增長(cháng)和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，淡水資源的匱乏日趨嚴重。海水淡化作為一種開(kāi)辟新水源的相對成熟的技術(shù)，已經(jīng)成為世界上公認的解決淡水短缺問(wèn)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(wàn)t/d，預計在今后5~10 a 內還將增加2 400 萬(wàn)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(yōu)勢〔4-5〕。

1 天津開(kāi)發(fā)區海水淡化工程簡(jiǎn)介

2002年天津經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區（以下簡(jiǎn)稱(chēng)天津開(kāi)發(fā)區，縮寫(xiě)TEDA）海水淡化項目正式啟動(dòng)。經(jīng)過(guò)近2 a的前期可行性研究，在對國內外海水淡化技術(shù)和項目進(jìn)行大量調研的基礎上，結合本區域的具體條件（原水水質(zhì)差，區內有合適的熱源），最終確定采用目前國際上較先進(jìn)的熱壓蒸餾低溫多效技術(shù)〔6-8〕。該技術(shù)具有對原水水質(zhì)要求低（SS＜20 mg/L）、出水水質(zhì)好（TDS＜5 mg/L）、運行管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。其設計進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 工程設計中設備要求的進(jìn)水水質(zhì)指標

天津開(kāi)發(fā)區萬(wàn)噸級低溫多效海水淡化工程日產(chǎn)淡水2 萬(wàn)t，分兩期建設，其中一期規模為1萬(wàn)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(kāi)發(fā)區熱源五廠(chǎng)的低品位蒸汽，采用低溫多效的工藝生產(chǎn)TDS＜5 mg/L 的優(yōu)質(zhì)淡化水，生產(chǎn)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

2.1 場(chǎng)站組成

天津開(kāi)發(fā)區海水淡化工程可分為海水預處理廠(chǎng)和海水淡化廠(chǎng)兩個(gè)場(chǎng)站。海水預處理廠(chǎng)主要是去除海水中的泥沙；海水淡化廠(chǎng)包括海水提升泵房（從預處理廠(chǎng)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(wǎng)）、海水淡化主車(chē)間等。其中海水淡化主車(chē)間是海水淡化工程的核心，其作用是將海水蒸發(fā)成蒸餾水，該車(chē)間的設備全部從法國ENTROPIE 公司進(jìn)口，設備投資約890 萬(wàn)美元。其中熱壓蒸餾脫鹽TCD裝置主要設備包括：6 個(gè)蒸發(fā)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(gè)手動(dòng)海水過(guò)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。

2.2 工藝流程

海水淡化工藝流程見(jiàn)圖1 所示。
 
為保證海水的連續供應和改善進(jìn)水水質(zhì)，海水在預處理后經(jīng)提升泵站送到海水淡化廠(chǎng)。在海水淡化廠(chǎng)，來(lái)水經(jīng)加壓泵站加壓、濾網(wǎng)過(guò)濾并加入阻垢劑后，進(jìn)入海水淡化裝置；海水淡化裝置的產(chǎn)品水經(jīng)后處理進(jìn)入產(chǎn)品水貯存罐，并通過(guò)產(chǎn)品水泵加壓供給熱源廠(chǎng)等用戶(hù)，其水質(zhì)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(wàn)t/d，造水比（GOR）為9.69，出水水質(zhì)TDS＜5 mg/L。

該工程利用開(kāi)發(fā)區污水處理廠(chǎng)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(wàn)t 冷卻水；而冷卻水升溫后可繼續作為新水源一廠(chǎng)（即再生水水廠(chǎng)，以開(kāi)發(fā)區污水處理廠(chǎng)二級出水作為原水，經(jīng)雙膜法處理后產(chǎn)水主要供應開(kāi)發(fā)區內綠化及大型熱電廠(chǎng)）原水，恰恰滿(mǎn)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(chǎn)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(yōu)勢互補、資源共享的特點(diǎn)。

2.3 低溫多效蒸餾裝置

蒸餾裝置是由多效降溫蒸發(fā)單元組成。在第一效蒸發(fā)單元內產(chǎn)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(fā)，由這部分海水產(chǎn)生的蒸汽在第二效蒸發(fā)單元中冷凝。同樣原理，第二效蒸發(fā)單元的換熱管外的部分海水會(huì )在更低的溫度和壓力下蒸發(fā)。同樣的蒸發(fā)工藝會(huì )在一效接一效的蒸發(fā)單元中傳遞下去。最后一效蒸發(fā)單元產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器中冷凝。每一效蒸發(fā)單元中產(chǎn)生的冷凝水通過(guò)U 型管流入下一效蒸發(fā)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(guò)75 ℃，腐蝕和結垢現象會(huì )迅速產(chǎn)生，同時(shí)鹽濃度會(huì )迅速升高，因此TCD 蒸發(fā)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(fā)，設備運行前要運行真空系統，使設備內壓力低于-93 kPa。經(jīng)過(guò)多效蒸餾和蒸汽的循環(huán)利用使得蒸發(fā)海水的能耗大大降低，1 kg熱源蒸汽能生產(chǎn)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(shuō)日產(chǎn)1 萬(wàn)t 的海水淡化工程，每天所需海水3 萬(wàn)t，消耗蒸汽0.1 萬(wàn)t。

3 總結

天津開(kāi)發(fā)區實(shí)施的萬(wàn)噸級低溫多效海水淡化項目，其產(chǎn)品水作為區內熱源廠(chǎng)的鍋爐補充用水以及其他用途純水，取代傳統的自來(lái)水深度處理工藝流程，每年節約淡水近850 萬(wàn)t，具有顯著(zhù)的環(huán)境效益和社會(huì )效益。另外，該項目中一部分的淡化水作為高品質(zhì)飲用水通過(guò)分質(zhì)供水，進(jìn)入高校園區、住宅小區，為海水淡化水進(jìn)入城市管網(wǎng)進(jìn)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(dòng)變化較大，該工程的成功實(shí)施將積累自然條件惡劣地區海水淡化的技術(shù)經(jīng)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(dòng)本區域的相關(guān)加工制造業(yè)的持續發(fā)展，為我國的海水淡化產(chǎn)業(yè)走向國際市場(chǎng)創(chuàng )造示范條件。(谷騰水網(wǎng))

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