分段水－水预热的多效蒸馏海水淡化工艺流程

摘要

本发明公开了属于多效蒸馏海水淡化技术领域，特别涉及一种分段水－水预热的多效蒸馏海水淡化工艺流程，其主要特征是将蒸发器分为若干段，高温段蒸发器末效凝结产品淡水和浓海水被引出，通过水－水换热器预热补充海水，减小进入本段蒸发器的补充海水过冷度，从而解决了困扰MED系统设计的关键制约因素，能有效提高系统热经济性；高温段末效蒸发器的二次蒸汽进入相邻的低温段蒸发器作为加热蒸汽，以重复利用其潜热，这是新流程可以采用更多效数、更大工作温度范围和更高造水比的重要原因。

说明书

技术领域

本发明属于多效蒸馏(简称MED)海水淡化技术领域，特别涉及一种分段水-水预热的多效蒸馏海水淡化工艺流程。可有效解决目前广泛采用的无蒸汽预热器的MED系统所带来的海水过冷度增大的不利影响，使MED系统的参数选择范围扩大，能有效提高MED系统热经济性，降低淡水成本。

背景技术

中国是一个严重缺水的国家，多年人均淡水资源量不足世界平均水平的1/4，沿海地区尤其严重。据国家统计局资料，我国沿海11个省、市、区以全国15％的土地，养活了全国40％的人口，创造了全国67％的国内生产总值。随着人民生活水平的提高及工农业的高速发展，对淡水资源的需求持续增长，换句话说，缺水严重制约中国经济的可持续发展和人民生活质量的保障。

为了解决沿海地区淡水资源严重匮乏的局面，不少地区开始应用海水淡化技术。目前市场上的海水淡化技术主要有多效蒸馏MED和反渗透RO，多级闪蒸MSF则由于能耗偏高正逐步失去市场份额。由于低温多效蒸馏海水淡化可以利用发电厂低压抽汽作为输入热源，构成热电联产的海水淡化模式，因此备受各方的重视。河北沧东发电有限公司、天津北疆电厂、青岛黄岛电厂、华能威海电厂和首钢曹妃甸电厂等采用或计划采用。

但是，为简化流程和设备结构，目前的多效蒸馏海水淡化装置大都采用了无预热器流程设计(如图1所示)，由此带来的问题是补充海水相对于各效蒸发器的工作温度存在很大的过冷度，使装置的热经济性降低。为应对这一问题，低温多效MED技术的发明者，以色列的IDE公司采用分段式流程，将低温段若干效蒸发器的浓缩海水(浓盐水)混合送至高温段，虽然在一定程度上缓解了过冷度大的问题，但由此带来的另一个问题是高温段蒸发器的海水浓度高，由于海水的沸点升高值随浓度和温度的提高而增大，会直接影响到高温段蒸发器的有效传热温差，从而制约了MED系统参数的选择，比如，IDE公司的产品顶值温度不超过70℃，称之为低温多效蒸馏，当业主提出更高热经济性指标(如造水比)的要求时，在不得不提高海水顶值温度和装置效数的同时，还必须提高高温段蒸发器的效间温差的设计以克服沸点升高的影响，而这种提高效间温差的办法本身又在降低系统的热经济性。

国际上另一主要的MED厂家法国的SIDEM公司，由于采用了整段式流程，其典型的蒸发器蒸发温度范围只有约10℃的差值，导致装置的效数选择范围非常有限，其在中国建造的2×10,000吨/日低温多效蒸馏海水淡化装置只有4效蒸发器，排放浓海水温度很高，总体热经济性很差。

为解决目前低温多效蒸馏海水淡化系统流程存在的缺陷，本发明提出一种分段水-水预热的MED新流程，为设计更多效数、更大温度范围和更高造水比的MED海水淡化装置提供新的解决方案。

目前多效蒸馏MED海水淡化系统多采用无蒸汽预热器设计，其流程如图1所示。海水进入系统时，经板式换热器预热，预热后温度比浓海水和产品淡水流出蒸发器的温度低2-5℃，然后被送至各效蒸发器顶部，经布水器或喷淋装置均匀分布在各效蒸发器中水平布置的传热管上，形成向下流动的水膜(简称降膜)；经各效蒸发器加热蒸发，产生凝结淡水和浓缩海水经节流闪蒸到下一效，闪蒸产生的二次蒸汽潜热与各效蒸发产生的二次蒸汽一样被利用。上述过程在多个蒸发器中进行构成多效蒸馏海水淡化，并达到末效蒸发器。冷凝器的压力与末效蒸发器相等，功能在于结束多效蒸馏过程，将所有的二次蒸汽凝结成最终的产品淡水。浓海水由浓海水泵抽出，经板式换热器预热海水，并排回大海，产品淡水由产品淡水泵抽出，经板式换热器预热后送至储水箱。

由于海水进入MED系统的温度较低，因此达到各效蒸发器都存在一定的过冷度，其中第一效的过冷度最大，其后依次减小。如果增大MED系统的海水顶值温度(第一效的蒸发温度)和蒸发器的效数，过冷度的影响将显著增大。而增大海水温度范围(第一效和末效蒸发温度差)和效数是增大系统造水比(单位输入加热蒸汽量的淡水产量)的重要步骤，海水过冷度增大限制了系统热力学性能的提高。法国SIDEM公司的产品就面临着这样问题，难以应对用户对系统造水比的更高要求。

为解决这一问题，以色列的IDE公司将低温段若干效蒸发器的浓海水混合，混合温度高于系统补充海水温度，由中间水泵送至高温段蒸发器，虽然这在一定程度上解决了过冷度增大的问题，但又带来高温段高海水浓度带来的海水沸点升高值增大问题，海水沸点升高导致各效有效传热温差减小，需增大传热面积，影响装置的造价。

发明内容

本发明的目的是提供一种分段水-水预热的MED海水淡化的新工艺流程，为设计更多效数、更大温度范围和更高造水比的MED海水淡化装置提供了可能。该多效蒸馏海水淡化系统的工艺流程有如下特点：

(1)将多效蒸馏海水淡化系统的蒸发器分数段(2～10段)，各段由数效(3-6效)蒸发器组成；

(2)各段蒸发器末效的浓海水和凝结产品淡水被引出，通过换热器预热补充海水；

3)各段蒸发器的平均工作温度范围为6-16℃，从而最大限度地降低补充海水过冷度过大带来的影响；

(4)高温段蒸发器末效的二次蒸汽进入下一段蒸发器作为加热蒸汽，从而最大限度地重复利用蒸汽的潜热，提高系统造水比。

本发明的直接效果就是通过水-水预热，降低进入各段蒸发器的补充海水过冷度，可大幅度提高系统的热经济性。如果根据本发明提供的新流程用于改造法国SIDEM公司为河北沧电有限公司生产的4效MED海水淡化系统，只需将其末端的冷凝器移至新流程的最末端，进入冷凝器的二次蒸汽则进入新流程的低温段蒸发器的第一效蒸发器，从而可以在不改变系统的能源需求和系统效间温差的条件下，至少可以增加四效以上的蒸发器，淡水产量可以增加40％以上，节能效果非常显著。

附图说明

图1为多效蒸馏MED海水淡化系统流程示意图。

图2为分段水-水预热的MED海水淡化系统流程图。

具体实施方式

下面结合图2进行说明。本发明提供一种分段水-水预热多效蒸馏海水淡化系统的新工艺流程，将多效蒸馏海水淡化系统的蒸发器分为2～10段，各段分别设置3-6效蒸发器，各段温度范围6-16℃，图2所示蒸发器分3段，第一段n效，第二段m效，第三段k效，其中n、m、k值和段数根据能源费用和材料费用综合分析确定。

本分段水水预热的多效蒸馏海水淡化系统工艺流程中，高压蒸汽5经TVC热压缩器11引射压缩系统中某一中间效的二次蒸汽共同作为加热蒸汽，进入多效蒸发器12的第一段n效蒸发器的第一效，依次逐效(逐段)冷凝蒸发，实现多效蒸馏海水淡化过程；海水由各段的海水泵1进入热交换器6预热后输送到各段的喷淋装置13喷淋到各效蒸发器表面，吸热蒸发产生二次蒸汽；二次蒸汽进入下一效蒸发器冷凝，加热下一效的海水，直至本段末效蒸发器。

高温段末效蒸发器(图中第n效，第m效)的二次蒸汽进入相邻的低温段蒸发器第一效作为加热蒸汽，最大限度地重复利用其潜热，这是新流程能提高系统热经济性的重要原因。

高温段末效蒸发器(图2第n效，第m效)的凝结产品淡水2和浓海水3分别由凝结水泵9和浓海水泵8送至热交换器6预热海水，第一段蒸发器的凝结水4具有较高的温度，可用凝结水泵7送至热交换器6预热海水，即水-水预热，可以有效地降低进入本段蒸发器的补充海水的过冷度，从而提高系统热经济性；又由于补充海水为原海水，浓度比较低，各效蒸发器的海水沸点升高的影响较小，对保证系统有较高的经济性有利。产品淡水2被送至储水箱，浓海水3被排放返回大海。

第三段(末段)第K效蒸发器产生的二次蒸汽进入冷凝器15，以结束多效蒸馏过程，同时预热海水，补给水泵14将预热后的海水送至末段的喷淋装置13。

系统中的不凝气体由真空系统16排出；如果使用低压蒸汽，则从低压蒸汽阀10进入多效蒸发器12的第一段第一效蒸发器。

注：图示中TVC热压缩器即蒸汽喷射器11，功能是将具有一定压力的加热蒸汽经TVC装置引射压缩系统中某一中间效的二次蒸汽到第一效，共同作为加热蒸汽使用，以减小加热蒸汽量，是一种节能装置，在许多MED系统应用。