CN104803538A - 一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法 - Google Patents

一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法，采用海水处理装置对海水进行处理，所述的海水处理装置包括原料液泵、多级依次串联的浓缩液换热器、多级依次串联的蒸馏水换热器、水汽分离器、蒸汽压缩机和多级依次串联的蒸汽发生器，其处理海水的工艺步骤为：将全部二次蒸汽压缩回用，通过机械方法压缩加热蒸汽，提高气压力及温度，增加其热焓，然后引入蒸汽发生器，作为加热蒸汽使用，加热完成后冷凝下的水，与水汽分离器底部的浓缩液分别对海水原料液进行预热，增加补充蒸汽线，并通过对传热温度、温差和压降的合理优化，完成对海水的处理。本发明多次重复利用热能，降低能耗和成本，提高效率，每蒸发1t水，仅耗电3-6度，补充蒸汽量为2-6kg，成本为3.5-8元。

Description

一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法
技术领域
本发明属于海水处理技术领域，具体地说，涉及一种强化蒸发技术制取工业用水的方法。
背景技术
海水处理是一种除去海水中盐分以获得工业用水的工艺过程。目前，海水处理应用最广的方法是蒸馏法，即通过加热使海水蒸发后冷凝的方法以获得工业用水。
在工业生产中，往往需要蒸发大量水分，因此需要消耗大量加热蒸汽。为了减少加热蒸汽的消耗，可采用多效蒸发技术(MED)。多效蒸发是在单效蒸发的基础上，将几个单效蒸发器串联起来组成的。在单效蒸发中，将加热蒸汽通入一蒸发器，则溶液受热而沸腾，产生的二次蒸汽其压力与温度较原加热蒸汽(即生蒸汽)低，产生的二次蒸汽仍可设法加以利用，但单效蒸发中并未对产生的二次蒸汽加以利用，因此加热蒸汽消耗大。在多效蒸发中，则可将二次蒸汽当做加热蒸汽，引入另一个蒸发器，只要第二蒸发器中的压力和溶液沸点均较第一蒸发器中的低，则引入二次蒸汽即能起加热热源的作用。同理，第二蒸发器产生的新的二次蒸汽又可以作为第三蒸发器的加热蒸汽。其中，每一个蒸发器即称为一效，将多个蒸发器连接起来一同操作，即组成一个多效蒸发系统。加入生蒸汽的蒸发器成为第一效，利用第一效二次蒸汽加热为第二效，以此类推，产生循环利用，多次重复利用了热能，显著地降低了热能耗用量，大大降低成本，同时也增加了效率。
多效蒸发是化工过程蒸发系统常用的工艺，广泛用于食品、化工和制药行业的料液、海水的浓缩处理环节，最早应用于蔗糖生产。目前，多效蒸发技术在海水淡化领域的应用越来越广泛，其分离效果好，可以把海水中的不挥发性溶质和溶剂彻底分离；残余浓缩液少，热解作用后容易处理；应用灵活。但其存在以下缺点：(1)现有多效蒸发技术一般最多只能做到四效，四效以后的蒸发效果开始变差；(2)蒸发过程需要消耗大量的生蒸汽，对于浓度低、处理量大的物料，蒸汽耗费的能源较大，随着蒸汽价格的上涨，蒸汽运行成本越来越高，企业的负担急剧增大；(3)末效产生的二次蒸汽还需要冷凝水冷凝，整个蒸发系统也比较复杂；(4)效数增加，设备费用会相应增大，每一效的传热温差损失也会增加，使得有效传热温差减小，设备的生产强度下降。因此，如何减少装置蒸汽的运行成本、节约能源是目前蒸发浓缩工艺亟待解决的问题。
MVR蒸发器是传统多效降膜蒸发器的升级换代产品，是在单效蒸发器的基础上对二次蒸 汽逆流洗涤及再压缩重新利用。凡单效及多效蒸发器适用的物料，均适合采用MVR蒸发器，在技术上具有完全可替代性，并具有更优良的环保与节能特性。
利用蒸汽机械再压缩机技术(MVR)，将蒸发器蒸发产生的原本需要冷却水冷凝的二次蒸汽，经压缩机压缩后，提高其压力和饱和温度，增加热焓，再送入蒸发器加热器作为热源，替代生蒸汽循环利用，二次蒸汽的潜热又得到了充分的利用，从而达到了节能的目的。将从蒸发器分离出来的二次蒸汽经压缩机压缩后，其温度、压力升高，热焓增大，然后进入蒸发器加热室冷凝并释放出潜热，受热侧的料液得到热量后沸腾汽化产生二次蒸汽经分离后进入压缩机，周而复始重复上述过程，蒸发器蒸发的二次蒸汽源源不断地经过压缩机压缩，提高热焓，返回到蒸发器作为蒸发的热源，这样就可以充分回收利用二次蒸汽的热能，省掉生蒸汽，达到节能的目的；同时，还省去了二次蒸汽冷却水系统，节约了大量的冷却水。
现有MVR蒸发技术，蒸发器加热过程由于压降过大，传热温差较大，故压缩机提供的压缩比较大，每蒸发1t水，需耗电25度，成本约25元。在追求环保要求的同时带来了巨大的成本效益。
发明内容
本发明针对海水处理过程中存在处理效率低、耗能高、处理费用高等上述问题，提供了一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法，该方法降低处理成本，节约能量，在达到相同处理效果的情况下，与其他方法相比，成本低、效率高，比传统MVR蒸发技术更加节能。
本发明的技术方案是：一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法，采用海水处理装置对海水进行处理，所述的海水处理装置包括原料液泵、多级依次串联的浓缩液换热器、多级依次串联的蒸馏水换热器、水汽分离器、蒸汽压缩机和多级依次串联的蒸汽发生器，其具体处理海水的工艺步骤为：
(1)海水原料液经沉降、过滤后进入原料液泵，经原料液泵加压至0.55-0.65MPa后，40-45％的海水原料液进入浓缩液换热器，与水汽分离器中的液相浓缩液换热，换热后的液相浓缩液被冷却，经浓缩液换热器流出至浓缩结晶装置，同时55-60％的海水原料液进入蒸馏水换热器，与蒸汽发生器中经初冷后的蒸汽冷凝水换热。
(2)换热后的海水原料液温度为150±1℃、压力为0.45-0.6MPa时，进入蒸汽发生器进行蒸发。
(3)海水原料液在蒸汽发生器内蒸发后的气液比为6:4时，进入水汽分离器进行分离。
(4)将水汽分离器分离的蒸汽用蒸汽压缩机再压缩，提高其压力至0.5-0.62MPa、温度 至155-180℃、压缩比为1.04-1.3后，送回蒸汽发生器的加热室作为加热蒸汽使用，使经浓缩液换热器和蒸馏水换热器换热后的海水原料液维持在沸腾状态，加热蒸汽被冷凝为水。
(5)加热蒸汽冷凝为水后获得的冷凝水经蒸馏水换热器流出，经蒸馏水换热器流出的冷凝水即为处理后的海水。
(6)检测蒸馏水换热器流出的冷凝水的流量，若低于0.6t/h时，开启补充蒸汽线，使之恒定在0.6t/h。
作为优选，所述原理液泵分别与浓缩液换热器和蒸馏水换热器冷侧首端相连，浓缩液换热器的热侧首端与水汽分离器的底端相连，水汽分离器的顶端与蒸汽压缩机的入口相连，蒸汽压缩机的出口与蒸汽发生器热侧首端相连，蒸汽发生器的首冷侧端分别与浓缩换热器的末端和蒸馏水换热器的末端相连，蒸汽发生器的热侧末端与蒸馏水换热器热侧首端相连。
作为优选，所述浓缩液换热器、蒸馏水换热器和蒸汽发生器均采用螺旋缠绕式换热器。
进一步的，控制浓缩液换热器和蒸馏水换热器的热侧出口温度与冷侧入口温度的温差为1.5-4℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将加热蒸汽用机械方法压缩，提高气压力及温度，增加其热焓，然后引入蒸汽发生器，作为加热蒸汽使用，加热完成后冷凝下的水，与水汽分离器底部的浓缩液分别对海水原料液进行预热，并通过对传热温度、温差和压降的合理优化，使海水处理费用明显降低，每蒸发1t水，仅耗电3-6度，补充蒸汽量为2-6kg，成本为3.5-8元。
(2)本发明将全部二次蒸气压缩回用，回收了潜热，通过蒸汽发生器自循环即可实现蒸发压缩，降低了压缩机的压缩比，并增加补充蒸汽线，当蒸汽发生器的蒸汽量不足时，通过公用工程补充蒸汽，避免压缩机超负荷，满足蒸汽发生器的热源需求，多次重复利用热能，显著地降低了热能耗用量，并可节省大部分冷凝水，大大降低了成本，增加了效率，比传统的MVR蒸发技术更加节能。
(3)本发明在蒸汽发生器发生的蒸汽至压缩后作为加热热源的过程中，阀门、管件、流量计的设置少，减小了蒸汽的压降，降低压缩机的功耗。
(4)本发明浓缩液换热器、蒸馏水换热器和蒸汽发生器均采用螺旋缠绕管式换热器，该换热器传热系数高，能在较低传热温差下保证换热面积较小，降低设备投资，且该换热器压降较小，能有效减少压力损失，进一步降低压缩机的功耗。
(5)本发明将检测点放置在冷凝水流出蒸馏水换热器的位置，有效减小进压缩机之前的压力损失，并能同时检测蒸汽发生器蒸发侧出口流量，若不满足流量要求，通过补充蒸汽线 进行补充。
附图说明
附图1为本发明具体实施例的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一： 
一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法，采用海水处理装置对海水进行处理，所述的海水处理装置包括原料液泵1、多级依次串联的浓缩液换热器2、多级依次串联的蒸馏水换热器3、水汽分离器4、蒸汽压缩机5和多级依次串联的蒸汽发生器6，所述原理液泵1分别与浓缩液换热器2和蒸馏水换热器3冷侧首端相连，浓缩液换热器2的热侧首端与水汽分离器4的底端相连，水汽分离器4的顶端与蒸汽压缩机5的入口相连，蒸汽压缩机5的出口与蒸汽发生器6热侧首端相连，蒸汽发生器6的冷侧首端分别与浓缩换热器2的末端和蒸馏水换热器3的末端相连，蒸汽发生器6的热侧末端与蒸馏水换热器3热侧首端相连。
其具体处理海水的工艺步骤为：
(1)10t/h的海水原料液经沉降、过滤后进入原料液泵，经原料液泵加压至0.55MPa后，40％的海水原料液进入浓缩液换热器，与水汽分离器中的液相浓缩液换热，换热后的液相浓缩液被冷却，经浓缩液换热器流出至浓缩结晶装置，同时60％的海水原料液进入蒸馏水换热器，与蒸汽发生器中经初冷后的蒸汽冷凝水换热。
(2)换热后的海水原料液温度为150.7℃、压力为0.45MPa时，进入蒸汽发生器进行蒸发。
(3)海水原料液在蒸汽发生器内蒸发后的气液比为6:4时，进入水汽分离器进行分离。
(4)将水汽分离器分离的蒸汽用蒸汽压缩机再压缩，提高其压力至0.516MPa、温度至155.7℃、压缩比为1.04后，送回蒸汽发生器的加热室作为加热蒸汽使用，使经浓缩液换热器和蒸馏水换热器换热后的海水原料液维持在沸腾状态，加热蒸汽被冷凝为水。
(5)加热蒸汽冷凝为水后获得的冷凝水经蒸馏水换热器流出，经蒸馏水换热器流出的冷凝水即为处理后的海水。
(6)检测蒸馏水换热器流出的冷凝水的流量，若低于0.6t/h时，开启补充蒸汽线，使之恒定在0.6t/h。
本实施例中，所述浓缩液换热器、蒸馏水换热器和蒸汽发生器均采用螺旋缠绕式换热器， 该换热器传热系数高，能在较低传热温差下保证换热面积较小，降低设备投资，其压降小，能有效减少压力损失，进一步降低压缩机的功耗。
本实施例中，为了更进一步降低压缩机的功耗，控制浓缩液换热器和蒸馏水换热器的热侧出口温度与冷侧入口温度的温差为1.5-4℃。
本实施例中，主要耗能设备为原料液泵1、蒸汽压缩机5，其耗电量为20.3kw·h，补充蒸汽量为18kg/h，若按60％的脱盐水收率计算，得到1t脱盐水的处理费用为4元，远远低于现有的25元/吨的处理费用。
实施例二： 
一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法，采用海水处理装置对海水进行处理，所述的海水处理装置包括原料液泵1、多级依次串联的浓缩液换热器2、多级依次串联的蒸馏水换热器3、水汽分离器4、蒸汽压缩机5和多级依次串联的蒸汽发生器6，所述原理液泵1分别与浓缩液换热器2和蒸馏水换热器3冷侧首端相连，浓缩液换热器2的热侧首端与水汽分离器4的底端相连，水汽分离器4的顶端与蒸汽压缩机5的入口相连，蒸汽压缩机5的出口与蒸汽发生器6热侧首端相连，蒸汽发生器6的冷侧首端分别与浓缩换热器2的末端和蒸馏水换热器3的末端相连，蒸汽发生器6的热侧末端与蒸馏水换热器3热侧首端相连。
其具体处理海水的工艺步骤为：
(1)10t/h的海水原料液经沉降、过滤后进入原料液泵，经原料液泵加压至0.6MPa后，42％的海水原料液进入浓缩液换热器，与水汽分离器中的液相浓缩液换热，换热后的液相浓缩液被冷却，经浓缩液换热器流出至浓缩结晶装置，同时58％的海水原料液进入蒸馏水换热器，与蒸汽发生器中经初冷后的蒸汽冷凝水换热。
(2)换热后的海水原料液温度为150.5℃、压力为0.55MPa时，进入蒸汽发生器进行蒸发。
(3)海水原料液在蒸汽发生器内蒸发后的气液比为6:4时，进入水汽分离器进行分离。
(4)将水汽分离器分离的蒸汽用蒸汽压缩机再压缩，提高其压力至0.556MPa、温度至167.8℃、压缩比为1.12后，送回蒸汽发生器的加热室作为加热蒸汽使用，使经浓缩液换热器和蒸馏水换热器换热后的海水原料液维持在沸腾状态，加热蒸汽被冷凝为水。
(5)加热蒸汽冷凝为水后获得的冷凝水经蒸馏水换热器流出，经蒸馏水换热器流出的冷凝水即为处理后的海水。
(6)检测蒸馏水换热器流出的冷凝水的流量，若低于0.6t/h时，开启补充蒸汽线，使之恒定在0.6t/h。
本实施例中，所述浓缩液换热器、蒸馏水换热器和蒸汽发生器均采用螺旋缠绕式换热器，该换热器传热系数高，能在较低传热温差下保证换热面积较小，降低设备投资，其压降小，能有效减少压力损失，进一步降低压缩机的功耗。
本实施例中，为了更进一步降低压缩机的功耗，控制浓缩液换热器和蒸馏水换热器的热侧出口温度与冷侧入口温度的温差为1.5-4℃。
本实施例中，主要耗能设备为原料液泵1、蒸汽压缩机5，其耗电量为20.8kw·h，补充蒸汽量为20kg/h，若按60％的脱盐水收率计算，得到1t脱盐水的处理费用为4.7元，远远低于现有的25元/吨的处理费用。
实施例三： 
一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法，采用海水处理装置对海水进行处理，所述的海水处理装置包括原料液泵1、多级依次串联的浓缩液换热器2、多级依次串联的蒸馏水换热器3、水汽分离器4、蒸汽压缩机5和多级依次串联的蒸汽发生器6，所述原理液泵1分别与浓缩液换热器2和蒸馏水换热器3冷侧首端相连，浓缩液换热器2的热侧首端与水汽分离器4的底端相连，水汽分离器4的顶端与蒸汽压缩机5的入口相连，蒸汽压缩机5的出口与蒸汽发生器6热侧首端相连，蒸汽发生器6的冷侧首端分别与浓缩换热器2的末端和蒸馏水换热器3的末端相连，蒸汽发生器6的热侧末端与蒸馏水换热器3热侧首端相连。
其具体处理海水的工艺步骤为：
(1)10t/h的海水原料液经沉降、过滤后进入原料液泵，经原料液泵加压至0.65MPa后，45％的海水原料液进入浓缩液换热器，与水汽分离器中的液相浓缩液换热，换热后的液相浓缩液被冷却，经浓缩液换热器流出至浓缩结晶装置，同时55％的海水原料液进入蒸馏水换热器，与蒸汽发生器中经初冷后的蒸汽冷凝水换热。
(2)换热后的海水原料液温度为150.9℃、压力为0.6MPa时，进入蒸汽发生器进行蒸发。
(3)海水原料液在蒸汽发生器内蒸发后的气液比为6:4时，进入水汽分离器进行分离。
(4)将水汽分离器分离的蒸汽用蒸汽压缩机再压缩，提高其压力至0.61MPa、温度至180℃、压缩比为1.23后，送回蒸汽发生器的加热室作为加热蒸汽使用，使经浓缩液换热器和蒸馏水换热器换热后的海水原料液维持在沸腾状态，加热蒸汽被冷凝为水。
(5)加热蒸汽冷凝为水后获得的冷凝水经蒸馏水换热器流出，经蒸馏水换热器流出的冷凝水即为处理后的海水。
(6)检测蒸馏水换热器流出的冷凝水的流量，若低于0.6t/h时，开启补充蒸汽线，使之恒定在0.6t/h。
本实施例中，所述浓缩液换热器、蒸馏水换热器和蒸汽发生器均采用螺旋缠绕式换热器， 该换热器传热系数高，能在较低传热温差下保证换热面积较小，降低设备投资，其压降小，能有效减少压力损失，进一步降低压缩机的功耗。
本实施例中，为了更进一步降低压缩机的功耗，控制浓缩液换热器和蒸馏水换热器的热侧出口温度与冷侧入口温度的温差为1.5-4℃。
本实施例中，主要耗能设备为原料液泵1、蒸汽压缩机5，其耗电量为21.6kw·h，补充蒸汽量为29kg/h，若按60％的脱盐水收率计算，得到1t脱盐水的处理费用为6.9元，远远低于现有的25元/吨的处理费用。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低成本、低能耗处理海水的工艺方法，其特征在于：采用海水处理装置对海水进行处理，所述的海水处理装置包括原料液泵、多级依次串联的浓缩液换热器、多级依次串联的蒸馏水换热器、水汽分离器、蒸汽压缩机和多级依次串联的蒸汽发生器，其具体处理海水的工艺步骤为：
(1)海水原料液经沉降、过滤后进入原料液泵，经原料液泵加压至0.55-0.65MPa后，40-45％的海水原料液进入浓缩液换热器，与水汽分离器中的液相浓缩液换热，换热后的液相浓缩液被冷却，经浓缩液换热器流出至浓缩结晶装置，同时55-60％的海水原料液进入蒸馏水换热器，与蒸汽发生器中经初冷后的蒸汽冷凝水换热；
(2)换热后的海水原料液温度为150±1℃、压力为0.45-0.6MPa时，进入蒸汽发生器进行蒸发；
(3)海水原料液在蒸汽发生器内蒸发后的气液比为6:4时，进入水汽分离器进行分离；
(4)将水汽分离器分离的蒸汽用蒸汽压缩机再压缩，提高其压力至0.5-0.62MPa、温度至155-180℃、压缩比为1.04-1.3后，送回蒸汽发生器的加热室作为加热蒸汽使用，使经浓缩液换热器和蒸馏水换热器换热后的海水原料液维持在沸腾状态，加热蒸汽被冷凝为水；
(5)加热蒸汽冷凝为水后获得的冷凝水经蒸馏水换热器流出，经蒸馏水换热器流出的冷凝水即为处理后的海水；
(6)检测蒸馏水换热器流出的冷凝水的流量，若低于0.6t/h时，开启补充蒸汽线，使之恒定在0.6t/h。
2.根据权利要求1所述的低成本、低能耗处理海水的工艺方法，其特征在于：所述原理液泵分别与浓缩液换热器和蒸馏水换热器冷侧首端相连，浓缩液换热器的热侧首端与水汽分离器的底端相连，水汽分离器的顶端与蒸汽压缩机的入口相连，蒸汽压缩机的出口与蒸汽发生器热侧首端相连，蒸汽发生器的冷侧首端分别与浓缩换热器的末端和蒸馏水换热器的末端相连，蒸汽发生器的热侧末端与蒸馏水换热器热侧首端相连。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的低成本、低能耗处理海水的工艺方法，其特征在于：所述浓缩液换热器、蒸馏水换热器和蒸汽发生器均采用螺旋缠绕式换热器。
4.根据权利要求1所述的低成本、低能耗处理海水的工艺方法，其特征在于：控制浓缩液换热器和蒸馏水换热器的热侧出口温度与冷侧入口温度的温差为1.5-4℃。
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