CN104355471B - 一种热膜耦合海水淡化系统与工艺 - Google Patents

Abstract

一种新型热膜耦合海水淡化系统，包括低温多效蒸馏单元、反渗透单元、后矿化单元以及燃煤锅炉单元，其中低温多效蒸馏单元包括热交换器、多效蒸发室和冷凝器，本发明将低温多效蒸馏单元产生的蒸馏水和浓盐水通过热交换器，加热进入热交换器的海水，而冷凝器采用海水冷却，同样得到加热的海水，海水加热后才作为反渗透工艺的进料海水，可提高反渗透膜进水温度，从而降低海水淡化厂在冬季低水温时能耗，降低制水成本。

Description

一种热膜耦合海水淡化系统与工艺

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，特别涉及一种新型热膜耦合海水淡化系统与工艺。

背景技术

我国是一个水资源短缺的国家，目前全国600多个城市中，400多个缺水，其中100个多个严重缺水。海水淡化技术日趋成熟，并在世界各地得到广泛的应用，解决了超过3亿多人的生产生活用水需求。而随着人口的增长、传统水资源基本被开发完毕，海水淡化成为水资源的最后防线。

近年来，随着海水淡化技术发展和社会水需求量越来越大，海水淡化工厂的淡化规模不断扩张，其规模从最初的日产几百立方米，发展到现在的日产几十万立方米。海水淡化技术日趋成熟，淡化规模不断扩大，成本不断降低。但海水淡化是以能源换取淡水的技术，在海水淡化生产成本中约40％是能源消耗。因此，高能耗是制约海水淡化产业大规模发展的技术瓶颈之一，降低吨水能耗是降低海水淡化吨水成本的有效途径。降低高能耗的主要方法是充分利用能源，提高淡水回收率，提高能源利用效率，减少药剂使用，从而降低淡化成本。

海水淡化技术种类很多，目前比较成熟的是反渗透RO技术和蒸馏技术(多级闪蒸MSF技术和低温多效蒸馏MED技术)。RO技术利用增加海水压力的方法克服RO膜的渗透压，从而使淡水和溶质得到分离；蒸馏技术则采用加热海水，依次通过多个温度、压力逐级降低的蒸发室使海水蒸发而得到淡水。RO技术主要消耗电能，为高压泵、增压泵等泵组提供动力；蒸馏技术则主要消耗热能，用于海水蒸发。

我国北方沿海地区，海水水温低，特别是在冬季，渤海地区水温接近0℃。对于反渗透膜，水温每下降1℃，膜通量下降2-3％，因此，冬季水温降低后，将大大降低反渗透法海水淡化厂产量。为了保证海淡厂供水稳定，必须提高进水压力，即提高高压泵扬程，来提高反渗透膜通量。由此导致海淡厂在冬季低水温时能耗升高，运行成本上升。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新型热膜耦合海水淡化系统与工艺，适用于大型海水淡化厂，可解决冬季运行期间能耗偏高、吨水成本上升的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种新型热膜耦合海水淡化系统，包括：

低温多效蒸馏单元1，对海水进行淡化处理得到淡水以及预热海水，为后矿化单元提供原料；

反渗透单元2，利用反渗透技术对来自低温多效蒸馏单元的预热海水进行淡化处理得到淡水；

后矿化单元3，采用上流式石灰石工艺，用以调节淡化水硬度和碱度，避免淡化水对管网腐蚀；

燃煤锅炉单元4，为反渗透单元提供动力，为低温多效蒸馏单元提供蒸汽源。

所述低温多效蒸馏单元1包括热交换器11、多效蒸发室12和冷凝器13，其中，热交换器11、多效蒸发室12和冷凝器13的进水口均接海水，多效蒸发室12的第一效蒸发室的凝结水出口接燃煤锅炉单元4，热源入口接来自反渗透单元2的低压蒸汽，多效蒸发室12和冷凝器13的排气口抽出不凝结气至后矿化单元3，多效蒸发室12的浓盐水出口连接热交换器11的第一路热液体进口，多效蒸发室12的蒸馏水出口连接热交换器11的第二路热液体进口，出热交换器11和冷凝器13的预热海水经气动给水泵送至反渗透单元2。

所述反渗透单元2采用RO系统。

本发明还提供了一种新型热膜耦合海水淡化工艺，包括：

基于低温多效蒸馏技术(MED)，对海水进行淡化处理得到蒸馏水、浓盐水以及一部分预热海水；

利用所述蒸馏水和浓盐水与海水进水进行热交换，加热海水进水，得到另一部分预热海水；

将上述两部分预热海水进行脱盐，得到淡化水；

采用上流式石灰石工艺，对所述淡化水进行硬度和碱度调节，以避免淡化水对管网腐蚀。

利用反渗透工艺进行脱盐，利用燃煤锅炉为低温多效蒸馏工艺提供蒸汽热源，为反渗透工艺提供动力，在第一效蒸发室冷凝形成的凝结水回送至燃煤锅炉，而不凝结气则送往上流式石灰石工艺步骤为其提供CO₂。

所述燃煤锅炉产生4.9MPa高压蒸汽，利用气动给水泵做功，为反渗透工艺提供压力，排气压力控制在0.2MPa以下，排出的低压蒸汽作为低温多效蒸馏工艺的蒸汽热源，所述两部分预热海水通过气动给水泵送至反渗透工艺。

现有技术中，热膜耦合海水淡化工艺只是简单地利用蒸馏法工艺温排水，提高反渗透法海水进水温度，降低膜法吨水电耗，但综合考虑发电及海水淡化整个过程，对能源的利用效率有待于进一步提升。而本工艺针对大型海水淡化厂，具有如下有益效果：

1)通过燃煤锅炉加热产生高压蒸汽，采用气动给水泵，直接利用蒸汽做功将海水加压送至反渗透膜，由于减少了蒸汽发电、电力输送及电机做功等环节，提高了能量的利用效率。

2)从气动给水泵出口出来的完成做功环节后的低压蒸汽，作为低温多效蒸馏系统第一效的蒸汽气源，实现了蒸汽的梯级利用。

3)从低温多效蒸馏系统排出的淡化水及浓盐水，通过热交换器与原海水进行热交换，再与冷凝水混合，不仅节约了冷却塔，回收余热，更可以提高反渗透工艺进水温度，从而降低海水淡化厂在冬季低水温时能耗，降低制水成本。

4)低温多效蒸馏系统中抽真空产生的不凝结气NCG用作淡化水后矿化原料，降低了淡化水制水成本，基本实现了气体的零排放。

附图说明

图1是本发明淡化系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明一种新型热膜耦合海水淡化系统，包括：

低温多效蒸馏单元1，对海水进行淡化处理得到淡化水、浓盐水以及冷凝水。其主要包括热交换器11、多效蒸发室12和冷凝器13，多效蒸发室12可以为多个，根据实际需求和动力能力等因素来设定。其中，热交换器11、多效蒸发室12和冷凝器13的进水口均接海水，多效蒸发室12中的第一效蒸发室凝结水出口接燃煤锅炉单元4，热源入口接来自反渗透单元2的低压蒸汽，多效蒸发室12和冷凝器13的排气口抽出不凝结气至后矿化单元3，多效蒸发室12的浓盐水出口连接热交换器11的第一路热液体进口，多效蒸发室12的蒸馏水出口连接热交换器11的第二路热液体进口，出热交换器11和冷凝器13的预热海水经气动给水泵送至反渗透单元2。

反渗透单元2，利用反渗透技术对来自低温多效蒸馏单元1的预热海水进行淡化处理得到淡水。反渗透单元2可以采用目前已经很成熟的RO系统，单机组规模≥1万吨/日。

后矿化单元3，采用上流式石灰石工艺，用以调节淡化水硬度和碱度，避免淡化水对管网腐蚀。

燃煤锅炉单元4，主要包括燃煤锅炉和气动给水泵。为反渗透单元提供动力，为低温多效蒸馏单元1提供蒸汽源，为后矿化单元3提供原料。

基于上述淡化系统的海水淡化工艺，海水经过预处理系统进行基本的、必要的预处理后，分别送往冷凝器和热交换器，工艺步骤如下：

首先，基于低温多效蒸馏技术(MED)，在多效蒸发室12对海水进水进行淡化处理得到蒸馏水、浓盐水，在冷凝器13对最后一效蒸汽进行冷凝并得到预热海水；

其次，将所述蒸馏水和浓盐水送往热交换器11，加热海水进水，得到另一部分预热海水；

然后，将上述两部分预热海水利用反渗透工艺进行脱盐，得到淡化水；

最后，采用上流式石灰石工艺，对所述淡化水进行硬度和碱度调节，以避免淡化水对管网腐蚀。

上述工艺中，利用燃煤锅炉单元4为低温多效蒸馏工艺提供蒸汽热源，为反渗透工艺提供动力。反渗透单元2采用大机组设计，选用大型气动给水泵，燃煤锅炉产生4.9MPa高压蒸汽，利用气动给水泵做功，为反渗透单元2提供压力，排气压力控制在0.2MPa以下，排出的低压蒸汽作为低温多效蒸馏单元1热源。完成做功后的低压蒸汽进入低温多效蒸馏系统的第一效蒸发室，作为蒸馏法的第一效热源，自身冷凝释放潜热，以热交换的方式将部分海水转化为蒸汽，第一效蒸发室冷凝中形成的凝结水回送至燃煤锅炉，而不凝结气则送往上流式石灰石工艺步骤为其提供CO₂。

上流式石灰石工艺原理主要为CO₂+CaCO₃+H₂O—→Ca²⁺+2HCO₃ ^-。为保持低温多效蒸馏单元蒸发室的真空度，需要不断抽气。抽出的不凝结气NCG主要组分为CO₂，因此，可以将NCG作为后矿化工艺CO₂，从而减少CO₂外购量，降低制水药剂成本。

本发明中，低温多效蒸馏单元1产生的蒸馏水(淡水)和浓盐水通过热交换器11，加热进入热交换器11的海水，而冷凝器13采用海水冷却，同样得到加热的海水，海水加热后才作为反渗透工艺的进料海水，可提高反渗透膜进水温度，从而降低海水淡化厂在冬季低水温时能耗，降低制水成本。

Claims (3)

1.一种热膜耦合海水淡化系统，其特征在于，包括：

低温多效蒸馏单元(1)，对海水进行淡化处理得到淡水以及预热海水，为后矿化单元提供原料；

反渗透单元(2)，利用反渗透技术对来自低温多效蒸馏单元的预热海水进行淡化处理得到淡水；

后矿化单元(3)，采用上流式石灰石工艺，用以调节淡化水硬度和碱度，避免淡化水对管网腐蚀；

燃煤锅炉单元(4)，为反渗透单元提供动力，为低温多效蒸馏单元提供蒸汽源；

其中，所述低温多效蒸馏单元(1)包括热交换器(11)、多效蒸发室(12)和冷凝器(13)，其中，热交换器(11)、多效蒸发室(12)和冷凝器(13)的进水口均接海水，多效蒸发室(12)的第一效蒸发室的凝结水出口接燃煤锅炉单元(4)，所述燃煤锅炉单元(4)产生高压蒸汽，驱动反渗透单元(2)的气动给水泵做功，为反渗透工艺提供压力，反渗透单元(2)排出的低压蒸汽接第一效蒸发室的热源入口，作为低温多效蒸馏单元(1)的热源，多效蒸发室(12)和冷凝器(13)的排气口抽出不凝结气至后矿化单元(3)，多效蒸发室(12)的浓盐水出口连接热交换器(11)的第一路热液体进口，多效蒸发室(12)的蒸馏水出口连接热交换器(11)的第二路热液体进口，出热交换器(11)和冷凝器(13)的预热海水经气动给水泵送至反渗透单元(2)。

2.根据权利要求1所述热膜耦合海水淡化系统，其特征在于，所述反渗透单元(2)采用RO系统。

3.一种基于权利要求1所述热膜耦合海水淡化系统的热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于：

基于低温多效蒸馏技术(MED)，对海水进行淡化处理得到蒸馏水、浓盐水以及一部分预热海水；

利用所述蒸馏水和浓盐水与海水进水进行热交换，加热海水进水，得到另一部分预热海水；

将上述两部分预热海水利用反渗透工艺进行脱盐得到淡化水，利用燃煤锅炉为低温多效蒸馏工艺提供蒸汽热源，为反渗透工艺提供动力，在第一效蒸发室冷凝形成的凝结水回送至燃煤锅炉，而不凝结气则送往上流式石灰石工艺步骤为其提供CO₂，所述燃煤锅炉产生4.9MPa高压蒸汽，利用气动给水泵做功，为反渗透工艺提供压力，排气压力控制在0.2MPa以下，排出的低压蒸汽作为低温多效蒸馏工艺的蒸汽热源，所述两部分预热海水通过气动给水泵送至反渗透工艺；

采用上流式石灰石工艺，对所述淡化水进行硬度和碱度调节，以避免淡化水对管网腐蚀。