多级闪蒸技术在海水淡化中的应用.doc

多级闪蒸技术在海水淡化中的应用杨欢（武汉大学，土建学院，水务工程 ，200632610018）摘要:：文中对多级闪蒸海水淡化装置，介绍了其工作原理、技术特性、设备现场布置和工艺流程，及在海水淡化中的应用关键词： 多级闪蒸 海水淡化 多级闪蒸(MSF)是将加热至一定温度的盐水依次在一系列压力逐渐降低的容器中闪蒸汽化,然后将蒸汽冷凝制取淡水的过程其突出优点是淡化过程中传热面与蒸发面不接触,基本不存在结垢现象,传热效率稳定到上世纪末,此法一直是世界海水淡化市场的主流技术现在,在世界海水淡化市场尤其是海湾地区MSF仍具有很强的竞争力1 多级闪蒸技术概述多级闪蒸具有可靠性高、防垢性能好、易于大型化等优点因此,于上世纪50年代一经问世就很快得到应用和发展目前,全球海水淡化产量的60%是由多级闪蒸方法获得的,同时,多级闪蒸也是单机容量最大的海水淡化方法(可达100 000 t/天),适合于大型和超大型淡化装置MSF总是与火力电站联合运行,以汽轮机低压抽汽作为热源,实现电水联产多级闪蒸技术本身也存在着一些缺陷,如设备腐蚀快、动力消耗大、传热效率低及设备操作弹性小等但任何一种技术都在不断地进步,近年来,多级闪蒸技术在工艺改进、混合技术运用(与RO和MED的结合使用等)及热效率提高等方面都有了长足的进步,仍然是现今公认的最成熟可靠的海水淡化技术。

同时需要说明的是,所有的现有海水淡化技术对于淡化海水与生产饮用水都是可行的对于技术的选择不存在“唯一的”最佳解决方案,而是应基于每个项目的自身特点,根据实际条件而定,包括规模大小、能源费用、原水水质、气候条件以及技术与安全性要求等总体上说,单独设立的海水淡化厂适合采用反渗透法,但如果有热电厂(最新有核能发电厂)配套的话,则热法蒸馏技术更为经济可靠多级闪蒸法不仅用于海水淡化,而且已广泛用于火力发电厂、石油化工厂的锅炉供水、工业废水和矿井苦咸水的处理与回收,以及印染工业、造纸工业废碱液的回收等2 基本原理水的沸点是随容器上部汽侧压力而变化的，压力越高水的沸点越高，反之，压力.越低水的沸点就越低所谓的闪蒸就是被加热的海水在负压的封闭容器中突然汽化，蒸汽上升到容器的上部又被冷却水管冷凝成淡水，这就是单级海水淡化工作原理海水在容器中汽化的效果是由三种主要因素形成的，一是海水温度，但不宜过高，否则能源消耗多，易在设备内壁结垢;二是海水蒸发积，但不宜过大，否则影响制造成本及设备占地面积;三是容器内的压力，真空度越大汽化效果越好因此在设计闪蒸设备时需统筹考虑三种因素最佳效果多级闪蒸工作原理，以三级闪蒸为例(图1)，它是在三个封闭的容器(可称为三个闪蒸室)中，每个闪蒸室下部都有一块可调节热海水水位的堰板，中部左侧为汽水分离器，右侧为淡水盘，上部为冷却水管束，顶部有抽气管口。

常温的海水首先进入第三级闪蒸室上部的冷却水管束，经二级、一级上部冷却水管引出设备运转时，该段海水一方面做为冷却水用，另一方面它本身被预热从一级上部出来的被预热的温海水经海水加热器加热至90℃一100℃，然后热海水进入第一级闪蒸室的下部，由于闪蒸室内的压力低于热海水温度所对应的饱和蒸汽压，所以热海水做为过热水而急速地被汽化，汽化后的蒸汽在闪蒸室中部通过汽水分离器除去蒸汽携带的微小海水珠，分离后的蒸汽上升到闪蒸室的上部，遇到冷凝区的管束，被凝结成淡化水(或称产品水)，淡化水滴入淡水盘后逐级汇总，引出至室外水箱内储存经过第一级闪蒸室的热海水、按照上述原理依次进人第二、第三级闪蒸室，逐级汽化—凝结，到了最后三级的热海水，其温度有所下降，含盐量有所上升，浓海水可排至地沟或按比例进行再循环为了使闪蒸室内的压力低于每一级热海水温度所对应的饱和蒸汽压，闪蒸室的真空度逐级增强，闪蒸过程的级数越多，其热效率就越高，经济效益就越好理想的多级闪蒸海水淡化装置，其热海水在最后一级的温度与最后一级上部冷却水温度(常温海水)之差为6℃一10℃3 设备装置与工艺流程3.1 装置主要设备组成（1）一个盐水加热器：双回路管式热交换器，直径1.2m；长5.0m。

缸体为碳钢，管材为90/10铜、镍合金，管径15.875mm，壁厚0.889mm，管子数量1000根，热交换面积304m2水室内衬3mm厚90/10铜镍合金，管板为整体级刀10铜镍合金，中间隔板为碳钢2）热回收段蒸发器：每台装置有三个长管型蒸发容器，每个容器有12个闪蒸级，共36级每个容器的尺寸:19.6m×2.8m×2.2m蒸发器的冷凝器采用的管材为90/10铜镍合金，外径15.875mm，壁厚0.889mm，管数1050根，有效热交换面积:1892m2管板为整体90/10铜镍合金，水室为碳钢衬3mm厚90/10铜镍合金每个闪蒸室的内壁，直至淡水槽的高度衬以3mm厚的316L不锈钢板闪蒸室内的淡水槽和网状分离器均为316不锈钢，盐水闸阀也为316不锈钢3）热放出段蒸发器：每台装置有一个容器，长管型，每个容器有三个闪蒸级容器尺寸:19.6m×1.2m×2.2m闪蒸室中的冷凝器管材为钛管;管径15.875mm，壁厚0.635mm，共740根管;有效热交换面积:666.5m2水室为碳钢衬以3mm厚的90/10铜镍合金，管板为铝黄铜闪蒸室为碳钢，直至淡水盘高度衬以3mm厚的316L不锈钢中间隔板为碳钢。

4）真空除氧器：每台装置设一台除氧器，直径2.3m，高7.6m;填料高度3.0m缸体为碳钢衬胶，配水装置为FRP，填料为:聚丙烯勾环5）每台装置设置一台除二氧化碳器，直径2.3m，高7.6m，填料高度3.0m缸体为碳钢衬FRP，配水装置为FRP，填料为聚丙烯勾环6）真空系统为蒸汽喷射型，每台装置一套，每套为三级抽气，每级两个抽气喷射器互为备用每级有级间冷凝器，直接接触型冷凝器为逆流串联，材质为FRP(其中预冷凝器为316不锈钢)另外还有启动用喷射器，材质为316不锈钢7）盐水循环泵：每台装置设有一台100%的立式多级泵，容量1076ms/h;吸入压力07xIO.Pa(绝对)，功率251kw所有浸湿部分为316不锈钢，系列轴承为橡胶，轴套为316不锈钢此外，每台装置还配有100%的盐水排污泵，产品水泵，凝结水返回泵，调温泵各一台这些泵均为单级卧式泵，所有浸湿部分均采用316不锈钢8）化学剂量系统:每套装置一套酸剂量系统，包括聚乙烯酸箱一个，容积17m、正位移式酸剂里泵2台，容量为2.3L/min一套防泡沫剂量系统，包括二个聚乙烯溶液箱，容积0.08m、正位移式剂量泵2台，容量为IL/min。

一套亚硫酸钠剂量系统，包括聚乙烯溶液箱二个，容积0.08m3，两台正位移式剂量泵，容量为3.2L/min一套苛性钠剂量系统，包括聚乙烯溶液箱一个，容积0.19m，，1台正位移式剂量泵，容量为12L/min这些泵的隔膜部分均为特氟隆材质，浸湿部分分别为PVC、316不锈钢、铸铁、316不锈钢3.2 工艺流程工艺流程见图2盐水由盐水循环泵打出，通过各冷凝器管束和盐水加热器，首先进入闪蒸容器的第一级闪蒸室此时部分盐水经蒸发形成纯蒸汽，这些蒸汽通过网状分离器除掉盐水滴，并在凝结器管外侧凝结成纯水滴落到淡水槽中剩余的海水依次通过以后各闪蒸级，盐水在每级中闪蒸并产生蒸汽，蒸汽在凝结器中凝结变成淡水，淡水由上一级通过级间隔板小孔流到下一级由于压力差的缘故，所有的盐水都流到最末一级，用淡水泵抽出，送至淡水贮存箱或配水系统剩余的盐水在最末一级的后部，被盐水循环泵抽出，通过热回收段的凝结器管束回收热量，减少淡化装置对外部热量的需求 图2 多级闪蒸海水淡化装置工艺流程图3.3 技术特点（1）装置简化多级闪蒸海水淡化装置，不经预处理即可直接处理高含盐量海水(35000~40000mg/L)，简化了水处理系统。

2）能源消耗低每4681.8J(IkCal)的热量可生产18kg淡水，每小时耗用0.16Mpa、117℃的低压蒸汽12t，可生产125t淡水每套装置总电力消耗(最高)550kw3）淡化水的水质高本装置淡化水含盐量为3~15mg/L，可简化除盐系统4）无环境污染由于淡化工艺流程是汽化—凝结的物理变化过程:没有污染环境卫生的废液排出其淡水不仅做为锅炉补给水的水源，还可做为盐碱地区生活用水的水源5）设备管道防腐性能好本装置的主体设备-一蒸发器(多级闪蒸室)的壳体是碳钢材质，但每个级室接触海水部分内衬3mm不锈钢板，冷却水管束采用了铜镍合金材质，所有接触淡水的设备(淡水槽、水泵、管道，阀门)均为不锈钢材质，系统中海水管道低温部份采用了环氧玻璃钢材质，高温部份采用了铜镍合金材质(海水加热器进出口管道)4 结语大量的资料和论著表明,如果我们还是像现在这样取水和用水,将会产生一系列的严重后果,这种资源一旦耗尽,经济的发展,各种生态系统以至人类的健康与生存都将受到威胁有关专家预言:能源危机之后,下一场危机将会是水源危机估计21世纪水对人类的重要性将同石油在20世纪对人类的重要性一样,它将成为一种决定国家富裕程度的珍贵商品。

参考文献：［1］ 颜肖慈，周小海，罗道明物理化学武汉大学出版社［2］ 李圭白，张杰水质工程学中国建筑工业出版社［3］ 王世昌海水淡化工程北京：化学工业出版社，2003［4］ 谭永文，谭斌，王琪中国海水淡化工程进展[J]水处理技术，2007，33(1)。