CN102531256B - 一种低温海水淡化工艺方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温海水淡化工艺方法及装置；海水加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺后进入多介质过滤器；海水经预热到43℃，调节pH值至4.3，加酸后进入脱气塔，脱除海水中的二氧化碳和溶解氧；海水经加氢氧化钠、还原剂亚硫酸钠、有机硅系消泡剂后进入微滤器，除去小分子有机物质；加入有机磷系缓蚀阻垢剂后入预热器管程加热到72.4℃，进入蒸发器蒸发；蒸发器出口的海水入首个多效蒸发塔使海水浓缩；入第二个多效蒸发塔进一步完成海水浓缩，在第二个多效蒸发塔第六效壳程出口得到淡水经冷凝器冷凝后进入产品水罐；本工艺获锅炉用除盐水，氧气含量小于3ppb，二氧化碳含量小于3ppm，在预热蒸发过程中，还减轻或抑制了污垢生长的可能。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化技术，特别是用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺方法及装置。
背景技术
蒸馏法海水淡化技术是一个蒸馏过程，即通过蒸馏将海水加热蒸发出来的蒸汽冷凝，制造淡水，并同时将海水浓缩的过程。
海水淡化蒸馏方法主要有多级闪蒸和多效蒸馏两种工艺方法。其中，多级闪蒸是先利用蒸汽将海水预热，然后逐级降压，使海水快速蒸发而获取淡水的海水淡化工艺。多效蒸馏是利用蒸汽在冷凝管内冷凝使海水在冷凝管外逐级多效蒸发而获取淡水的海水淡化工艺。
目前，利用多级闪蒸方法和现有的多效蒸馏方法的海水淡化装置，能耗大，从而限制了降低海水淡化的成本；此外，现有的蒸馏法海水淡化过程所产淡水用于锅炉用除盐水时需要进行后处理；现有低温多效蒸馏的方法，操作温度较低，不能充分利用加热蒸汽的热能，提高操作温度，则将发生严重的结垢。
低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度低于70℃的淡化技术。低温多效蒸馏海水淡化技术，可利用电厂、化工厂或低温核反应堆提供的低品位蒸汽，将海水多次蒸发和冷凝达到较高的造水比(10左右)，特别适合于利用低位余热的大中型海水淡化使用。低温多效蒸馏海水淡化技术生产的蒸馏水纯度极高(盐度＜5mg/L)，可作为锅炉的补充用水、生产过程的工艺用水或者大规模的市政饮用水供水。
低温多效蒸馏海水淡化技术以明显的技术优势及装置组合的灵活性，使它可以利用各种形式的低位热源。虽然低温多效蒸馏法在技术上有许多优点，但是盐水蒸发温度不能超过70℃也成了该技术进一步提高热效率的制约因素。冷凝和蒸发过程的传热系数随其操作温度提高而提高，另外由于低温操作时蒸汽的比容较大，使得设备的体积较大，无形中增加了设备的投入。因此，尽可能地提高低温多效过程的操作温度，使之达到更高的造水比，是近几年国际海水淡化界努力解决的问题，也是我国今后海水淡化技术研究和发展的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用低品位余热的低温多效海水淡化工艺方法及装置。利用工业低品味余热为热源，在低温下进行海水淡化，生产适合于锅炉用除盐水，实现工业余热的再利用。强化预处理工艺，经脱碳脱氧处理，有效地减轻和抑制污垢生长，降低腐蚀速率，提高首效温度，充分利用热能，增加装置的使用寿命，保证系统长期稳定的运行。
本发明所述的低温海水淡化工艺方法，包括以下步骤：
(1)进料海水通过剂量泵加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺后，经海水提升泵将压力提升到0.6MPa，进入多介质过滤器，多介质过滤器采用自动反洗，设反洗水罐和反洗水泵，多介质过滤器出水作为反洗用水；
(2)多介质过滤器过滤后的海水，先经预热器预热到43℃，加硫酸调节pH值至4.3，加硫酸后海水进入脱气塔，脱除海水中的二氧化碳和溶解氧，使氧气含量小于3ppb，二氧化碳含量小于3ppm，脱除的二氧化碳和氧气以及与塔压成平衡的水蒸气通过蒸汽喷射器抽走，维持脱气塔的真空操作；
(3)脱气塔出来的海水经加氢氧化钠(NaOH)、还原剂亚硫酸钠(Na2SO3)、有机硅系消泡剂后进入微滤器，除去多介质过滤器透过的小分子有机物质；
(4)微滤器出来的海水加入有机磷系缓蚀阻垢剂后被引入预热器管程，海水被废热水加热到72.4℃，进入蒸发器管程的液体分布器，海水在蒸发器中吸收壳程废热水的热量，进行蒸发操作；
(5)蒸发出来的低温蒸汽作为低温多效蒸发塔的第一效热源进入首个多效蒸发塔第一效的壳程，蒸发器下部出口的海水被打入首个多效蒸发塔的第一效管程中；
(6)进入首个多效蒸发塔的海水经液体分布器均匀分布到各蒸发管内表面，呈薄液膜向下流动，其中部分海水由于吸收了管外蒸汽冷凝的潜热而汽化，经气液分离后，这部分蒸汽进入首个多效蒸发塔第二效壳程作为热源；被轻微浓缩的海水进入到多效蒸发器的第二效管程中受热蒸发；产生的蒸汽和略微浓缩的海水分别进入第三效的壳程和管程，使海水继续浓缩；首个多效蒸发塔第三效出口海水被引入第二个多效蒸发塔第四效管程，三效出口的二次蒸汽靠压差进入第四效的壳程，在第二个蒸发塔的四～六效中，进一步完成海水浓缩，在第二个多效蒸发塔第六效管程出口得到浓海水排放到海水排放系统；在第二个多效蒸发塔第六效壳程出口得到淡水经冷凝器冷凝后进入产品水罐。
本发明所述的低温海水淡化工艺方法，提供了一种高效、节能的低温多效海水淡化工艺方法，用于生产锅炉用除盐水。本发明加强了预处理过程，将脱氧脱碳过程由海水淡化后处理段提至预处理段，使氧气含量小于3ppb，二氧化碳含量小于3ppm。这样既达到了锅炉用除盐水的要求，在蒸发淡化之前进行脱气处理，还有效地减轻和抑制了污垢生长的可能。本发明低温多效的海水淡化工艺同时减缓或抑制了海水对材料的腐蚀速率，使用材料有更多的选择；保证了系统的长周期稳定运行；减少了有机磷系缓蚀阻垢剂的使用；提高了首效蒸发的操作温度(72.4℃)，从而充分地利用蒸汽的热能，提高了海水淡化装置的热效率，降低了海水淡化的成本。利用本发明的低温多效海水淡化装置进行海水淡化，可用于生产合格的锅炉用除盐水，并且避免了腐蚀、结垢和化学处理所产生的问题。
本发明所述的低温多效海水淡化工艺装置包括依次连接的多介质过滤器、脱气塔、微滤器、预热器、蒸发器、首个多效蒸发塔、第二个多效蒸发塔、冷凝器。
本发明低温多效海水淡化工艺装置中还包括不凝气抽取装置和蒸汽喷射器；冷凝器接脱气塔出口，冷凝器的出口通过接管与蒸汽喷射器接口相连，蒸汽喷射器与首个多效蒸发塔蒸汽入口连接。工作过程中，冷凝器上方的不凝气即会被不凝气抽取装置抽出。蒸汽喷射器同时保证了脱气塔及多效蒸发塔内的负压状态。经脱气处理后的海水引入预热器中进行预热，而后进入蒸发器。由于在预热蒸发前的脱气处理，减缓或抑制了海水对材料的腐蚀速率，使用材料有更多的选择。
本发明低温多效海水淡化工艺装置的关键设备是多效蒸发塔(见图7)。每塔内包括由壳程和位于壳程内的管程4构成的三效蒸发结构，每效蒸发结构中安装有捕沫装置3和液体分布器5。捕沫装置可以在较大程度上去除蒸汽中的液滴，保证冷凝水的水质，同时蒸汽的阻力损失小，从而提高淡化设备的效率。
本发明所述的蒸发塔为零效蒸发塔(见图8)由壳程、蒸发管7、捕沫装置8和液体分布器6构成。
本发明所述的脱气塔(见图6)由预热器1和填料段2构成。
与现有技术相比，本发明用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺及装置具有以下优越性：
1.本发明用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺及装置中，强化了海水预处理过程，将脱氧脱碳过程由海水淡化后处理段提至预处理段。
2.由于在本发明用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺及装置中，在蒸发淡化之前进行脱气处理，既达到了锅炉用除盐水的要求，氧气含量小于3ppb，二氧化碳含量小于3ppm，在预热蒸发过程中，还减轻或抑制了污垢生长的可能。
3.本发明用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺及装置中，减缓或抑制了海水对材料的腐蚀速率，使用材料有更多的选择。
4.本发明用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺及装置，能保证系统的长周期稳定运行。
5、本发明将微滤操作置于脱气塔之后，可以减少微滤膜反洗的频率，延长了微滤膜的使用寿命。
6.本发明用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺及装置中，减少了有机磷系缓蚀阻垢剂的使用。
7.本发明用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺及装置中，提高了首效蒸发的操作温度。
附图说明
图1是本发明用于生产锅炉用除盐水的低温多效海水淡化工艺方法的工作流程图。
图2是本发明海水预处理系统的工艺流程图。
图3多介质过滤器外部结构图示意图。
图4多介质过滤器内部结构图示意图。
图5冷凝器结构示意图。
图6脱气塔示意图。
图71-2效蒸发塔示意图。
图8零效蒸发塔示意图。
具体实施方式
本发明所述的低温多效海水淡化工艺装置包括依次连接的多介质过滤器、脱气塔、微滤器、预热器、蒸发器、首个多效蒸发塔、第二个多效蒸发塔、冷凝器构成；第二个多效蒸发塔蒸汽出口通过接管与蒸汽喷射器接口相连，蒸汽喷射器出口与首个多效蒸发塔蒸汽入口连接。
海水总线与冷凝器连接，冷凝器分别与多介质过滤器、第二个多效蒸发塔连接。冷凝器接脱气塔出口，冷凝器的出口通过接管与蒸汽喷射器接口相连。多介质过滤器与脱气塔预热器连接。
取自海水总线的原海水先经冷凝器换热后，进入海水缓冲罐中，缓冲罐出来的海水被分成两股，一股进入预处理工序，另一股直接排入海水排放系统中。
47t/h的进料海水通过剂量泵加入PAC(聚合氯化铝)和聚丙烯酰胺后，经海水提升泵将压力提升到0.6MPa，进入多介质过滤器(2备1开)，多介质过滤器采用自动反洗，设反洗水罐和反洗水泵，多介质过滤器出水作为反洗用水。多介质过滤器过滤后的海水，控制其流量稳定在47t/h，先经预热器预热到43℃，加酸调节pH值至4.3，加酸后海水进入脱气塔，脱除海水中的CO2和溶解氧。脱除的CO2和O2以及与塔压成平衡的水蒸气通过蒸汽喷射器抽走，以维持脱气塔的真空操作。脱气塔出来的海水经加氢氧化钠(NaOH)、还原剂亚硫酸钠(Na2SO3)、有机硅系消泡剂后进入微滤器(1备1开)，除去多介质过滤器透过的小分子有机物等杂质。从微滤器出来的海水加入有机磷系缓蚀阻垢剂经预热后进入蒸发器，再进入多效蒸发塔。
微滤器出来的海水加入有机磷系缓蚀阻垢剂后被引入预热器管程，海水被废热水加热到72.4℃，进入蒸发器管程的液体分布器，海水在蒸发器中吸收壳程废热水的热量，进行蒸发操作，蒸发出来的低温蒸汽作为低温多效蒸发的第一效热源，进入首个蒸发塔第一效的壳程。蒸发器下部出口的海水被打入首个蒸发塔的第一效管程中。
进入首个蒸发塔的海水经液体分布器均匀分布到各蒸发管内表面，呈薄液膜向下流动，其中部分海水由于吸收了管外蒸汽冷凝的潜热而汽化。经气液分离后，这部分蒸汽进入首个蒸发塔第二效壳程作为热源；被轻微浓缩的海水进入到蒸发器的第二效管程中受热蒸发。产生的蒸汽和略微浓缩的海水分别进入第三效的壳程和管程，使海水继续浓缩。首个蒸发塔第三效出口海水被引入第二个蒸发塔第四效管程。三效出口的二次蒸汽靠压差进入第四效的壳程。在第二个蒸发塔的四～六效中，进一步完成海水浓缩。最终第二个蒸发塔第六效出口的浓海水被排放到海水排放系统。
来自蒸发器热源蒸汽首先进入进入到首个蒸发器的第一效壳程，在壳程冷凝，放出热量使管内的海水部分蒸发。冷凝得到的淡水进入首个蒸发塔的第二效壳程；首个蒸发塔的第一效管程海水被加热产生二次蒸汽，经效间捕沫器除去气相中夹带的雾沫后，进入首个蒸发塔的第二效壳程作为热源，使管内的海水部分蒸发，同时本身被冷凝成淡水，得到的淡水进入首个蒸发塔第三效壳程。首个蒸发塔的一、二和三效产生的淡水被送至第二个蒸发塔的第四效壳程。首个蒸发塔第三效管程产生的蒸汽引入到第二个蒸发塔的第四效壳程作为加热蒸汽。同样，在第二个蒸发塔的四～六效同样进行多级冷凝和蒸发，最终在第二个蒸发塔的第六效得到蒸汽和产品淡水。淡水进入产品水罐，第二个蒸发塔的第六效管程产生的蒸汽进入冷凝器全部冷凝所得淡水一并进入产品水罐。
本发明在预热蒸发前进行了脱气处理，减缓了海水对材料的腐蚀，材料的选择更灵活。在海水温度为70℃～75℃，溶氧量小于5ppb，添加Na2SO3的实验条件下，运行67小时，海水对铝黄铜的年腐蚀深度为0.0046mm/a，而对碳钢的年腐蚀深度为0.0660mm/a。而没经过脱气处理的海水对铝黄铜的年腐蚀深度约为0.045mm/a，而对碳钢的年腐蚀深度约为0.15mm/a。极大地减小了海水对材料的腐蚀，提高了材料的使用周期。
本发明的关键设备多效蒸发段采用双塔、六效技术，每一个塔中有三效，每效安装捕沫器，可以较大程度地除去蒸汽中的液滴，保证冷凝水的水质，测得生产的产品水的电导小于10μS/cm，符合锅炉用水的要求。同时经过捕沫器的蒸汽压力损失小，提高了淡化设备的效率。
本发明克服了常用海水淡化首效海水的蒸发温度低于70℃的缺点，测得首效海水的蒸发温度提高到了72.4℃，提高了海水淡化装置的热效率。
表1给出了低温多效海水淡化效果：
表2给出了实施实例-大连石化500t/d低温多效海水淡化中试装置正常运行时的数据：
表1：效果数据表
表2：实施实例数据
表3设备型号表
Claims (3)
1.一种低温海水淡化工艺方法，其特征在于：
包括以下步骤：
（1）进料海水通过剂量泵加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺后，经海水提升泵将压力提升到0.6MPa，进入多介质过滤器，多介质过滤器采用自动反洗，设反洗水罐和反洗水泵，多介质过滤器出水作为反洗用水；
（2）多介质过滤器过滤后的海水，先经预热器预热到43℃，加酸调节pH值至4.3，加酸后海水进入脱气塔，脱除海水中的二氧化碳和溶解氧，使氧气含量小于3ppb，二氧化碳含量小于3ppm，脱除的二氧化碳和氧气以及与塔压成平衡的水蒸气通过蒸汽喷射器抽走，维持脱气塔的真空操作；
（3）脱气塔出来的海水经加氢氧化钠、还原剂亚硫酸钠、有机硅系消泡剂后进入微滤器，除去多介质过滤器透过的小分子有机物质；
（4）微滤器出来的海水加入有机磷系缓蚀阻垢剂后被引入预热器管程，海水被废热水加热到72.4℃，进入蒸发器管程的液体分布器，海水在蒸发器中吸收壳程废热水的热量，进行蒸发操作；
（5）蒸发出来的低温蒸汽作为低温多效蒸发塔的第一效热源进入首个多效蒸发塔第一效的壳程，蒸发器下部出口的海水被打入首个多效蒸发塔的第一效管程中；
（6）进入首个多效蒸发塔的海水经液体分布器均匀分布到各蒸发管内表面，呈薄液膜向下流动，其中部分海水由于吸收了管外蒸汽冷凝的潜热而汽化，经气液分离后，这部分蒸汽进入首个多效蒸发塔第二效壳程作为热源；被轻微浓缩的海水进入到多效蒸发器的第二效管程中受热蒸发；产生的蒸汽和略微浓缩的海水分别进入第三效的壳程和管程，使海水继续浓缩；首个多效蒸发塔第三效出口海水被引入第二个多效蒸发塔第四效管程，三效出口的二次蒸汽靠压差进入第四效的壳程，在第二个蒸发塔的四～六效中，进一步完成海水浓缩，在第二个多效蒸发塔第六效管程出口得到浓海水排放到海水排放系统；在第二个多效蒸发塔第六效壳程出口得到淡水经冷凝器冷凝后进入产品水罐。
2.一种权利要求1所述的低温海水淡化工艺方法的装置，包括依次连接的多介质过滤器、脱气塔、微滤器、预热器、蒸发器、首个多效蒸发塔、第二个多效蒸发塔、冷凝器以及蒸汽喷射器，其特征在于：冷凝器接脱气塔出口，冷凝器的出口通过接管与蒸汽喷射器接口相连。
3.根据权利要求2所述的低温海水淡化工艺装置，其特征在于：
每一多效蒸发塔是由壳程和管程构成的三效蒸发结构，内置液体分布器、捕沫装置。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |