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全面解析三大的海水淡化工艺

北极星环保网来源:环保新课堂 SARAOE2017/2/13 9:52:56我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:海水淡化 多级闪蒸 反渗透

北极星环保网讯:海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径。本文详细介绍了目前商业用最为广泛的海水淡化工艺:低温多效蒸馏、多级闪蒸反渗透,分析了其工艺原理、工艺特点、发展趋势以及我国海水淡化产业发展现状。

01 低温多效蒸馏工艺(LT-MED)

低温多效蒸馏工艺(LT-MED)在一系列压力递减的蒸发室中进行,蒸发室的个数称为效数,典型的LT-MED淡化厂的效数一般有7效以上。如图1所示,每个蒸发室内安装有一系列蒸发管束,蒸发管束具有优良的传热性能和一定的机械强度。

海水淡化

三效低温多效蒸馏海水淡化工艺原理图

系统中,往第一效蒸发管中通入来自外部热源的蒸汽;海水从蒸馏系统的右边进入,被最后一效中生成的蒸汽预热后一部分作为蒸馏系统的补充水。

进入系统的海水从每一效的顶部喷洒到内部的蒸发管束上,在重力的作用下沿蒸发管的表面从上而下流动并不断从蒸发管表面吸收热量而部分蒸发生成蒸汽,同时蒸发管内部的蒸汽放热冷凝生成淡水被收集。在系统上一效中生成的二次蒸汽经除雾器去除盐类物质后进入到下一效的蒸发管中,直接作为下一效蒸发管的加热蒸汽。

沿蒸汽传输方向,效室内的压力和温度逐渐下降,这样,蒸发、冷凝在各效就会重复进行,只有在第一效蒸发管中冷凝的淡水回流至蒸汽发生器,其余各效即成为产品水。

技术特点

LT-MED通过控制蒸发室内的压力,实现了海水在较低温度(<70℃)条件下的蒸发和冷凝循环,大大减弱了设备的结垢和腐蚀问题,运行寿命长、维护量少,而且使得应用廉价传热材料的可能性大大增加。

由于LT-MED的冷凝过程完全发生在蒸发管内部,系统受海水水质的影响非常小。在较低的温度条件下,海水中的杂质几乎不发生相变,产品水的TDS可达5mg/L以下。LT-MED主要利用低压蒸汽或者是发电厂的余热,这也使得其能够利用多种低位热能而具备节能的特色。

根据系统规模、蒸发室个数以及蒸发管的传热效率的不同,造水比(生产淡水和消耗蒸汽的质量比)为8~15,其运行负荷可以是设计负荷的40%~110%而保持造水比不变,这种操作弹性是一个重要优势,如果因某种原因蒸汽量减少或者增大,对LT-MED的运行影响并不大。但由于LT-MED的操作温度超过70℃,这也成为该工艺技术进一步提高热效率的制约因素。

当前发展趋势

由于在较低的温度下,海水的结垢和腐蚀现象会很大程度减轻,根据这个原理,20世纪70年代末以色列IDE公司开发出了LT-MED。从热能利用和转化的角度来讲,LT-MED的效率要比MSF高,这使得LT-MED的市场优势明显,在新建的热法工艺中被广泛采用。

就全球市场而言,尽管LT-MED淡化厂的数量相对MSF来说还较少,但由于LT-MED的开发使多效蒸馏具有了诸多的优越性,并且其在利用低温余热的蒸汽后,制水成本较反渗透工艺亦具有相当高的竞争力,建成数量正在不断增加。未来低温多效蒸馏工艺研究的重点是新型廉价材料的应用、装置规模的扩大等技术,旨在进一步降低设备造价和运行成本,提高竞争力。

02多级闪蒸工艺(MSF)

多级闪蒸工艺(MSF)的原理是将海水在一系列压力逐渐减低的闪蒸室内进行闪蒸,闪蒸室的个数称为级数,超大型的MSF淡化厂可达50级。

海水淡化

多级闪蒸海水淡化工艺原理图

如图2所示,海水首先通过闪蒸室顶部的冷凝管束,在冷凝管束中被各级闪蒸室内生成的逐渐升温的蒸汽预热,最后到达盐水加热器。盐水加热器的加热蒸汽来自火力发电厂,海水在加热器内被加热到最高温度(90~115℃)后送入第一级闪蒸室。

闪蒸室内的压力低于海水所对应的饱和蒸汽压,即海水被送入闪蒸室的温度高于在闪蒸室内压力条件下的沸点温度,因此海水迅速沸腾,一直到温度降到沸点,一部分海水汽化,生成的蒸汽通过除雾器去除溶解的盐类物质,最后在顶部的进水冷凝管束表面冷凝后生成淡水被收集。没有汽化的海水温度降低,流入到下一个压力较低的闪蒸室继续闪蒸的过程,这样重复蒸发和冷凝的过程持续生成淡化水。

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