CN105236660A - 基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统及方法，系统包括高温耐腐蚀蒸发段、低温蒸发段、冷凝器、产品水闪蒸罐、产品水平衡罐、浓盐水闪蒸罐、浓盐水平衡罐、效间泵、进料泵、原料水泵、真空泵、冷却水泵、产品水泵和浓盐水泵；本发明的系统，能很好的解决高温烟气与海水换热过程中出现的低温酸露腐蚀问题和逆溶解度无机盐垢的沉积问题，而且大大提升了系统的安全性、可靠性和运行稳定性，降低设备材料投资成本；几乎不消耗高品位能源；造水比高；操作温度范围宽，结构紧凑、清洁高效，非常适合低成本、规模化的海水淡化工程，如电水联产等。

Description

基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统及方法

技术领域

本发明涉及余热回收利用和海水淡化技术领域，特别是涉及一种基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统及海水淡化方法。

背景技术

随着我国经济的持续稳定发展，能源与环境问题日益严峻。能源方面，除了要大力发展风能、太阳能等清洁能源外，另一方面也要努力发展余热回收再利用等节能技术。余热广泛存在于电站锅炉等工业设备中，按其来源可分为高温烟气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等类型，其中，高温烟气余热总量约占余热总资源的50％或更高，可见我国余热回收潜力巨大。环境方面，除大气污染外，水资源也是制约我国经济发展的瓶颈，尤其是在东部沿海地区淡水资源短缺造成的直接经济损失每年高达数百亿元。为了应对水源危机，除了有计划的实施蓄水、调水工程和推广节水技术外，开发海水淡化技术，从海洋中提取淡水是解决我国尤其是沿海地区淡水危机的有效途径之一。然而目前我国海水淡化的推广速度仍相对较慢，其主要阻碍因素是淡化制水成本相对较高。

就上述两方面而言，如果利用高温烟气余热为蒸馏法海水淡化装置提供动力，不仅能够实现煤电、炼化等行业高温烟气余热的回收再利用，而且可以大大降低海水淡化的制水成本。利用高温烟气的低品位余热作为海水淡化过程的热源，实现对能源的合理利用，是适应我国能源状况的海水淡化方法。

但是由于煤电、炼化、钢铁等行业所排高温烟气常含有硫氧化物、氮氧化物等腐蚀性气体，在对高温烟气降温使其能量有效利用从而使海水蒸发的过程中，必须充分考虑换热设备中的低温酸露腐蚀问题。除此之外，煤电、炼化、钢铁行业用工业锅炉等燃烧设备的排烟温度都在120℃以上，燃烧高硫煤的工业锅炉其排烟温度甚至达到160℃。将该部分高温烟气与海水热交换之后可使海水温度升高到90℃甚至更高，而目前规模化的蒸馏法海水淡化方法(如低温多效海水淡化技术)其最高操作温度在70℃左右，这主要是由于高温条件下碳酸钙、硫酸钙和氢氧化镁等逆溶解度的无机盐容易结晶，并在传热面上沉积，严重影响传热效率，而且一些金属换热材料在海水中的腐蚀速度会随着温度的升高而加剧，因此目前广泛推广应用的低温多效蒸馏法海水淡化方法一般在低温下操作，蒸发温度的变化范围一般在70-40℃，按2-5℃的操作温差进行设计，蒸发器的效数一般不超过15效，并不能与高温烟气换热后的海水温度(90℃甚至更高)相匹配，而且在高温操作条件下垢物的结垢倾向、换热材料的腐蚀速度都会进一步增强。

由此可见，亟需提供一种新型的利用高温烟气尤其是高温含硫、含氮烟气余热的节能回收系统以及与之相匹配的高温耐腐蚀海水淡化系统及其工艺方法，不仅可以耐受高温烟气在换热降温过程中出现的酸露对换热面的腐蚀问题，而且能够有效避免90℃以上高温操作条件下逆溶解度无机盐在换热面上沉积而引起的传热效率下降问题。

发明内容

本发明的目的是针对煤电、炼化、钢铁等行业产生的高温烟气尤其是高温含硫、含氮烟气与海水直接进行热交换而引起的酸露腐蚀以及受热产生的高温海水在蒸发过程中引起的结垢问题，提供一种基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统。

本发明的第二个目的是提供一种基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化方法。

本发明的技术方案概述如下：

基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统，包括高温耐腐蚀蒸发段I、低温蒸发段II、冷凝器8、产品水闪蒸罐、产品水平衡罐15、浓盐水闪蒸罐、浓盐水平衡罐19、效间泵20、进料泵21、原料水泵22、真空泵23、冷却水泵24、产品水泵25和浓盐水泵26；高温耐腐蚀蒸发段I包括有N个高温耐腐蚀蒸发器；低温蒸发段II包括M个低温蒸发器；产品水闪蒸罐为(N-1+M)个；浓盐水闪蒸罐为M个；原料水泵22通过管道依次与冷凝器8、进料泵21连接后分别与低温蒸发段II的M个低温蒸发器连接；冷凝器8通过冷却水排放管道与冷却水泵24连接；M个低温蒸发器分别通过管道与效间泵20连接；效间泵20通过管道分别与高温耐腐蚀蒸发段I的N个高温耐腐蚀蒸发器连接；高温耐腐蚀蒸发段I内的首个高温耐腐蚀蒸发器1通过不凝气管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再与低温蒸发段II的低温蒸发器依次连接，再与冷凝器8连接后与真空泵23连接；高温耐腐蚀蒸发段I内的首个高温耐腐蚀蒸发器1通过二次蒸汽管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再与低温蒸发段II的低温蒸发器依次连接，再与冷凝器8连接：高温耐腐蚀蒸发段I内的首个高温耐腐蚀蒸发器1通过剩余浓盐水管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再依次与各个浓盐水闪蒸罐连接后，再与浓盐水平衡罐19连接后与浓盐水泵26连接；除首个高温耐腐蚀蒸发器1外的各个高温耐腐蚀蒸发器和各个低温蒸发器通过产品水管路分别与对应的产品水闪蒸罐连接，从首个产品水闪蒸罐9起通过产品水管路依次与相邻的产品水闪蒸罐连接后，再依次与产品水平衡罐15和产品水泵25连接；冷凝器8通过产品水管道与产品水平衡罐15连接；(N-1+M)个产品水闪蒸罐通过闪蒸蒸汽管路分别与本效蒸发器产生的二次蒸汽管道相连接，产品水平衡罐15通过闪蒸蒸汽管路与末个低温蒸发器和冷凝器之间的二次蒸汽管道相连；各个浓盐水闪蒸罐通过闪蒸蒸汽管路分别与本效蒸发器产生的二次蒸汽管道相连；浓盐水平衡罐19通过闪蒸蒸汽管路与末个低温蒸发器和冷凝器之间的二次蒸汽管道相连；首效高温耐腐蚀蒸发器1设置有高温烟气进口和低温烟气出口；N＝2-10个，M＝2-15个；高温耐腐蚀蒸发段的高温耐腐蚀蒸发器的材质选自聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛或聚丙烯。

低温蒸发器的材质选自聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚丙烯、碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金或铜。

基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化方法，包括如下步骤：

1)使用上述基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统；

2)原料海水通过原料水泵22进入冷凝器8中预热；

3)预热后的原料海水，其中一部分通过冷却水泵24排放，另一部分作为进料海水通过进料泵21分别进入到低温蒸发段II的各效低温蒸发器蒸发；

4)将低温蒸发段各效低温蒸发器剩余的浓盐水汇总后经效间泵20打入高温耐腐蚀蒸发段I各效高温耐腐蚀蒸发器中蒸发；进入首效高温耐腐蚀蒸发器中的高温烟气与进料海水热交换后由低温烟气口排出，各效高温耐腐蚀蒸发器和低温蒸发器产生的二次蒸汽引入下一效重复利用；除首效高温耐腐蚀蒸发器外的各效高温耐腐蚀蒸发器和各效低温蒸发器产生的产品水，进入与各效蒸发器相连的产品水闪蒸罐中并在各效产品水闪蒸罐间呈阶梯状流动并逐级闪蒸冷却，经闪蒸冷却后的产品水汇集到产品水平衡罐15并由产品水泵25输出；

5)将高温耐腐蚀蒸发段的每一效高温耐腐蚀蒸发器产生的浓盐水引入下一效高温耐腐蚀蒸发器进行逐级闪蒸，将末效高温耐腐蚀蒸发器产生的浓盐水引入浓盐水闪蒸罐进行逐级闪蒸，经闪蒸冷却后的浓盐水汇集到浓盐水平衡罐19，并由浓盐水泵26排出；

6)在真空泵23的作用下，高温耐腐蚀蒸发段内的各效高温耐腐蚀蒸发器、低温蒸发段内的各效低温蒸发器和冷凝器内部保持负压状态，使高温耐腐蚀蒸发段各效高温耐腐蚀蒸发器的操作温度在90-70℃；使低温蒸发段的各效低温蒸发器的操作温度在70-40℃。

优点及效果：

(1)本发明的系统，充分考虑高温烟气的温度、腐蚀性以及原料水蒸发过程中的结垢等问题，高温耐腐蚀蒸发段的高温耐腐蚀蒸发器采用耐腐蚀能力强、自洁性好的使用温度可以达200℃以上的塑料制成；能很好的解决高温烟气与海水换热过程中出现的低温酸露腐蚀问题和逆溶解度无机盐垢的沉积问题，而且大大提升了系统的安全性、可靠性和运行稳定性，降低设备材料投资成本；

(2)本发明的系统可以直接利用火电、炼化、钢铁等领域的高温烟气尤其是含硫含氮烟气的余热与海水进行热交换从而实现高温烟气余热回收利用与高温蒸馏海水淡化的有机结合，几乎不消耗高品位能源，也无需改变火电、炼化、钢铁等厂区的运行参数和效率；

(3)本发明的高温耐腐蚀蒸发器的使用可实现90℃以上的高温蒸馏淡化，高温操作条件下不仅换热管的传热系数高，而且可以设计采用更多的效数，提高造水比；

(4)本发明的方法操作温度范围宽，一般在90-40℃，总传热温差可以达到50℃，按2-5℃的效间温差进行设计，蒸发系统的效数最高可以达到25效，二次蒸汽循环利用的次数比目前推广应用的低温多效蒸馏淡化装置的利用次数大大提升，造水比更高。

(5)本发明的系统除维持物料流动的泵外无其他移动部件，结构紧凑、清洁高效，非常适合低成本、规模化的海水淡化工程，如电水联产等。

附图说明

图1是本发明的基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

实施例1

基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统，见图1，包括高温耐腐蚀蒸发段I，低温蒸发段II，冷凝器8、产品水闪蒸罐、产品水平衡罐15、浓盐水闪蒸罐、浓盐水平衡罐19、效间泵20、进料泵21、原料水泵22、真空泵23、冷却水泵24、产品水泵25和浓盐水泵26；高温耐腐蚀蒸发段I包括有N个高温耐腐蚀蒸发器，N＝4个，分别以1、2、3、4所示；低温蒸发段II包括M个低温蒸发器，M＝3个，分别以5、6、7所示；产品水闪蒸罐为(N-1+M)个，分别以9、10、11、12、13、14所示；浓盐水闪蒸罐为M个，分别以16、17、18所示；原料水泵22通过管道依次与冷凝器8、进料泵21连接后分别与低温蒸发段II的M个低温蒸发器连接；冷凝器8通过冷却水排放管道与冷却水泵24连接；M个低温蒸发器分别通过管道与效间泵20连接；效间泵20通过管道分别与高温耐腐蚀蒸发段I的N个高温耐腐蚀蒸发器连接；高温耐腐蚀蒸发段I内的首个高温耐腐蚀蒸发器1通过不凝气管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再与低温蒸发段II的低温蒸发器依次连接，再与冷凝器8连接后与真空泵23连接；高温耐腐蚀蒸发段I内的首个高温耐腐蚀蒸发器1通过二次蒸汽管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再与低温蒸发段II的低温蒸发器依次连接，再与冷凝器8连接：高温耐腐蚀蒸发段I内的首个高温耐腐蚀蒸发器1通过剩余浓盐水管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再依次与各个浓盐水闪蒸罐连接后，再与浓盐水平衡罐19连接后与浓盐水泵26连接；除首个高温耐腐蚀蒸发器1外的各个高温耐腐蚀蒸发器和各个低温蒸发器通过产品水管路分别与对应的产品水闪蒸罐连接，从首个产品水闪蒸罐9起通过产品水管路依次与相邻的产品水闪蒸罐连接后，再依次与产品水平衡罐15和产品水泵25连接；冷凝器8通过产品水管道与产品水平衡罐15连接；(N-1+M)个产品水闪蒸罐通过闪蒸蒸汽管路分别与本效蒸发器产生的二次蒸汽管道相连接，产品水平衡罐15通过闪蒸蒸汽管路与末个低温蒸发器和冷凝器之间的二次蒸汽管道相连；各个浓盐水闪蒸罐通过闪蒸蒸汽管路分别与本效蒸发器产生的二次蒸汽管道相连；浓盐水平衡罐19通过闪蒸蒸汽管路与末个低温蒸发器和冷凝器之间的二次蒸汽管道相连；首效高温耐腐蚀蒸发器1设置有高温烟气进口和低温烟气出口；高温耐腐蚀蒸发段的高温耐腐蚀蒸发器的材质选自聚氯乙烯，低温蒸发器的材质为聚氯乙烯。

值得注意的是实施例1和图1提供的系统的效数是为了方便描述具体实施方式而设计的一个实施例，在工程实际中，本发明提供的一种基于烟气余热利用的高温蒸馏淡化装置的效数是综合考虑操作温度、效间温差、设计造水比以及投资成本等各方面因素设计确定的，最高可以达到25效。

实验证明，用N＝2、3、5、6、7、8、9、10个分别替代本实施例的N＝4；用M＝2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15个分别替代本实施例的N＝3，高温耐腐蚀蒸发段的高温耐腐蚀蒸发器的材质为聚四氟乙烯、聚甲醛或聚丙烯，低温蒸发器的材质选自聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚丙烯、碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金或铜，都可以制备出基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统。

实施例2

基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化方法，包括如下步骤：

1)使用实施例1基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统；

2)原料海水通过原料水泵22进入冷凝器8中预热；

3)预热后的原料海水，其中一部分通过冷却水泵排放，另一部分作为进料海水通过进料泵21分别进入到低温蒸发段的各效低温蒸发器蒸发；

4)将低温蒸发段各效低温蒸发器剩余的浓盐水汇总后经效间泵20打入高温耐腐蚀蒸发段各效高温耐腐蚀蒸发器中蒸发；进入首效高温耐腐蚀蒸发器中的高温烟气与进料海水热交换后由低温烟气口排出，各效高温耐腐蚀蒸发器和低温蒸发器产生的二次蒸汽引入下一效重复利用；除首效高温耐腐蚀蒸发器外的各效高温耐腐蚀蒸发器和各效低温蒸发器产生的产品水，进入与各效蒸发器相连的产品水闪蒸罐中并在各效产品水闪蒸罐间呈阶梯状流动并逐级闪蒸冷却，经闪蒸冷却后的产品水汇集到产品水平衡罐15并由产品水泵25输出；

5)将高温耐腐蚀蒸发段的每一效高温耐腐蚀蒸发器产生的浓盐水引入下一效高温耐腐蚀蒸发器进行逐级闪蒸，将末效高温耐腐蚀蒸发器产生的浓盐水引入浓盐水闪蒸罐进行逐级闪蒸，经闪蒸冷却后的浓盐水汇集到浓盐水平衡罐19，并由浓盐水泵26排出；

6)在真空泵(23)的作用下，高温耐腐蚀蒸发段内的各效高温耐腐蚀蒸发器、低温蒸发段内的各效低温蒸发器和冷凝器内部保持负压状态，使高温耐腐蚀蒸发段各效高温耐腐蚀蒸发器的操作温度在90-70℃；使低温蒸发段的各效低温蒸发器的操作温度在70-40℃。

尽管结合附图和实施例对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的相关技术人员凡是在不脱离本发明所公开的设计精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统，包括高温耐腐蚀蒸发段(I)、低温蒸发段(II)、冷凝器(8)、产品水闪蒸罐、产品水平衡罐(15)、浓盐水闪蒸罐、浓盐水平衡罐(19)、效间泵(20)、进料泵(21)、原料水泵(22)、真空泵(23)、冷却水泵(24)、产品水泵(25)和浓盐水泵(26)；所述高温耐腐蚀蒸发段(I)包括有N个高温耐腐蚀蒸发器；所述低温蒸发段(II)包括M个低温蒸发器；所述产品水闪蒸罐为(N-1+M)个；所述浓盐水闪蒸罐为M个；原料水泵(22)通过管道依次与冷凝器(8)、进料泵(21)连接后分别与低温蒸发段(II)的M个低温蒸发器连接；冷凝器(8)通过冷却水排放管道与冷却水泵(24)连接；M个低温蒸发器分别通过管道与效间泵(20)连接；效间泵(20)通过管道分别与高温耐腐蚀蒸发段(I)的N个高温耐腐蚀蒸发器连接；高温耐腐蚀蒸发段(I)内的首个高温耐腐蚀蒸发器(1)通过不凝气管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再与低温蒸发段(II)的低温蒸发器依次连接，再与冷凝器(8)连接后与真空泵(23)连接；高温耐腐蚀蒸发段(I)内的首个高温耐腐蚀蒸发器(1)通过二次蒸汽管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再与低温蒸发段(II)的低温蒸发器依次连接，再与冷凝器(8)连接：高温耐腐蚀蒸发段(I)内的首个高温耐腐蚀蒸发器(1)通过剩余浓盐水管道依次与相邻的高温耐腐蚀蒸发器连接后再依次与各个浓盐水闪蒸罐连接后，再与浓盐水平衡罐(19)连接后与浓盐水泵(26)连接；除首个高温耐腐蚀蒸发器(1)外的各个高温耐腐蚀蒸发器和各个低温蒸发器通过产品水管路分别与对应的产品水闪蒸罐连接，从首个产品水闪蒸罐(9)起通过产品水管路依次与相邻的产品水闪蒸罐连接后，再依次与产品水平衡罐(15)和产品水泵(25)连接；冷凝器(8)通过产品水管道与产品水平衡罐(15)连接；(N-1+M)个产品水闪蒸罐通过闪蒸蒸汽管路分别与本效蒸发器产生的二次蒸汽管道相连接，产品水平衡罐(15)通过闪蒸蒸汽管路与末个低温蒸发器和冷凝器之间的二次蒸汽管道相连；各个浓盐水闪蒸罐通过闪蒸蒸汽管路分别与本效蒸发器产生的二次蒸汽管道相连；浓盐水平衡罐(19)通过闪蒸蒸汽管路与末个低温蒸发器和冷凝器之间的二次蒸汽管道相连；首效高温耐腐蚀蒸发器(1)设置有高温烟气进口和低温烟气出口；N＝2-10个，M＝2-15个；高温耐腐蚀蒸发段的高温耐腐蚀蒸发器的材质选自聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛或聚丙烯。

2.根据权利要求1所述的基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统，其特征是所述述低温蒸发器的材质选自聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚丙烯、碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金或铜。

3.基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化方法，其特征是包括如下步骤：

1)使用权利要求1的基于烟气余热利用的高温耐腐蚀蒸馏海水淡化系统；

2)原料海水通过原料水泵(22)进入冷凝器(8)中预热；

3)预热后的原料海水，其中一部分通过冷却水泵排放，另一部分作为进料海水通过进料泵(21)分别进入到低温蒸发段的各效低温蒸发器蒸发；

4)将低温蒸发段各效低温蒸发器剩余的浓盐水汇总后经效间泵(20)打入高温耐腐蚀蒸发段各效高温耐腐蚀蒸发器中蒸发；进入首效高温耐腐蚀蒸发器中的高温烟气与进料海水热交换后由低温烟气口排出，各效高温耐腐蚀蒸发器和低温蒸发器产生的二次蒸汽引入下一效重复利用；除首效高温耐腐蚀蒸发器外的各效高温耐腐蚀蒸发器和各效低温蒸发器产生的产品水，进入与各效蒸发器相连的产品水闪蒸罐中并在各效产品水闪蒸罐间呈阶梯状流动并逐级闪蒸冷却，经闪蒸冷却后的产品水汇集到产品水平衡罐(15)并由产品水泵(25)输出；

5)将高温耐腐蚀蒸发段的每一效高温耐腐蚀蒸发器产生的浓盐水引入下一效高温耐腐蚀蒸发器进行逐级闪蒸，将末效高温耐腐蚀蒸发器产生的浓盐水引入浓盐水闪蒸罐进行逐级闪蒸，经闪蒸冷却后的浓盐水汇集到浓盐水平衡罐(19)，并由浓盐水泵(26)排出；

6)在真空泵(23)的作用下，高温耐腐蚀蒸发段内的各效高温耐腐蚀蒸发器、低温蒸发段内的各效低温蒸发器和冷凝器内部保持负压状态，使高温耐腐蚀蒸发段各效高温耐腐蚀蒸发器的操作温度在90-70℃；使低温蒸发段的各效低温蒸发器的操作温度在70-40℃。