CN106082378A - 一种低温（1+n）效蒸馏海水淡化工艺 - Google Patents

Abstract

一种低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，包括预处理工艺，所述预处理工艺去除海水中的悬浮物和/或胶体；低温(1+n)效蒸馏工艺，所述低温多效蒸馏工艺将所述预处理后的物料海水经n效蒸发器蒸发和冷凝转换为成品水；其中所述低温(1+n)效蒸馏工艺采用高温热水直接供给0效蒸汽发生器，产生蒸汽，以驱动低温n效蒸发器进行海水淡化；本发明直接利用工矿企业未被利用的低温余热，大幅度降低成本，供水无需闪蒸，回水无需增压，有效降低海水淡化系统电耗。采用平逆流进料方式，设计优化，提高整个系统的产水率和能源利用率。

Description

一种低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺

技术领域

本发明涉及低温多效海水淡化技术领域，尤其是涉及一种低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺。

背景技术

沿海工矿企业是耗能和用水大户，如果将这些工矿企业低温余热利用于海水淡化，既合理利用了余热资源，又解决了淡水资源短缺的问题，不失为节能减排、开源节流的重大举措。

低温多效蒸馏(LT-MED)海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度约70℃的海水淡化技术，将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效，用一定量的蒸汽输入蒸发器，通过多次的蒸发和冷凝，得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。

目前，低温多效蒸馏海水淡化技术所用的余热均为蒸汽形式，即将工矿企业产生的蒸汽直接供给海水淡化装置，使海水发生低温蒸发和冷凝，从而产生淡水。直接利用蒸汽进行海水淡化存在蒸汽成本高，高压低用造成浪费、海水淡化设备结垢倾向相对较大等问题。

工矿企业具有相当丰富的余热资源，但大部分低温余热无法找到合适的利用途径，往往以废热的形式排放。目前，低温余热资源的利用面临以下问题：(1)部分热水用于冬季供暖，而夏季这部分热水无处消纳；(2)热水经过冷却塔冷却为低温热水回用于工业生产，但冷却塔耗电量极高，以牺牲电费换取低温淡水资源，经济性较差。将沿海工矿企业的低温余热回收作为低温多效蒸馏海水淡化的热源，不仅可以达到节能减排、有效降低海水淡化成本的目的，同时也可以解决沿海工矿企业用水困难的问题。

本发明将低温余热资源直接利用于海水淡化，即采用热水直驱与低温多效蒸馏相结合的海水淡化技术，获得了高品质的淡水资源。热水经换热后产生的低温热水又回用于工矿企业，作为工矿企业生产工段的冷却水使用，从而使热水余热资源得以合理的循环利用。

发明内容

本发明的目的在于设计一种低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，包括如下步骤：

(1)预处理工艺，所述预处理工艺去除海水中的悬浮物和/或胶体；

(2)低温(1+n)效蒸馏工艺，所述低温多效蒸馏工艺将所述预处理后的物料海水经n效蒸发器蒸发和冷凝转换为成品水；

其中所述低温(1+n)效蒸馏工艺采用热水直驱，高温热水直接供给0效蒸汽发生器，产生蒸汽，以驱动低温n效蒸发器进行海水淡化；

所述低温(1+n)效蒸发器包括0效蒸汽发生器、第1效蒸发器、第2效蒸发器、…和第n效蒸发器，所述低温n效蒸发器分为前m效蒸发器和后(n-m)效蒸发器，其中n≥2，m≥1。

进一步的，步骤(2)中所述高温热水通入所述0效蒸汽发生器内，经过热交换所述高温热水转化为中低温热水从所述0效蒸汽发生器排出，所述高温热水来自工矿企业未被利用的余热，所述中低温热水预热物料水后转换为低温热水返回工矿企业。

进一步的，在1效蒸发器中，0效蒸汽发生器产生的蒸汽进入换热管内换热冷凝，喷淋装置喷淋的物料水降落至所述换热管表面，产生的新蒸汽进入2效蒸发器，作为2效蒸发器热源，依次类推，直至末效蒸发器；

进一步的，后(n-m)效蒸发器产生的浓盐水汇合后，经所述中低温热水预热后提升到前m效蒸发器的喷淋装置内；前m效蒸发器产生的浓盐水汇合后，进入闪蒸装置闪蒸生成成品水和超浓盐水，所述超浓盐水排出，所述成品水进入后(n-m)效蒸发器。

进一步的，第1效蒸发器产生的成品水回流至0效蒸汽发生器，经换热产生蒸汽；第2效至第n效蒸发器产生的成品水经汇合后排出；

进一步的，冷却海水分为两部分，一部分进入冷却器冷却成品水后回流大海，另一部分进入凝汽器冷凝第n效蒸发器产生的蒸汽后，从冷凝器流出的海水一股回流大海，另一股作为后(n-m)效蒸发器的物料海水。

进一步的，所述物料水以平逆流水平降膜方式进入n效蒸发器的喷淋装置，依次在自上而下的换热管表面形成水膜而被所述蒸汽加热和蒸发。

所述物料水以平逆流方式喷淋，即平流和逆流相结合的方式进入n效蒸发器的喷淋装置。

进一步的，所述步骤(2)还包括抽真空工艺，射流抽气器分别在第1效蒸发器和凝汽器处，将泄露进入蒸发器的空气和不凝结气抽出。

本发明的有益效果可以总结如下：

(1)本海水淡化工艺直接利用工矿企业未被利用的低温余热，因地制宜，大幅度降低海水淡化的制水成本，是沿海工矿企业实现节能减排的重要举措。

(2)本海水淡化工艺采用热水直驱的优化方案，供水无需闪蒸，回水无需增压，有效降低电耗40％以上。

(3)该工艺采用平逆流进料方式，用部分盐水回流以替代部分物料海水，经过合理的设计优化，提高整个系统的产水率和能源利用率。

(4)整个工艺产水率高，浓缩比高(>2)，系统耗电少，热量利用率高，成本大幅降低，解决了现有低温多效海水淡化工艺制水成本高的问题。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明的系统图。

图3是本发明实施例1海水淡化工艺进水水质指标图。

图4是本发明实施例1海水淡化工艺出水水质指标图。

图5是本发明实施例2海水淡化工艺进水水质指标图。

图6是本发明实施例2海水淡化工艺出水水质指标图。

标号说明：

1、凝汽器；2、启动射汽抽气器；3、射汽抽气器；4、前m效蒸发器海水预热器；5、后(n-m)效蒸发器海水预热器；6、蒸汽发生器循环泵；7、浓盐水泵；8、中间水泵；9、成品水泵；10、成品水冷却器；11、消泡剂加药装置；12、阻垢剂加药装置；13、浓盐水闪蒸罐；14、0效蒸汽发生器；15、前m效蒸发器；16、后(n-m)效蒸发器；17、蒸汽入口；18、热水返回口；19、热水入口；20、浓盐水出口；21、海水入口；22、成品水出口；23、冷却水出口；24、冷凝器。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的一种低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，包括如下步骤：

步骤1，预处理工艺，所述预处理工艺去除海水中的悬浮物和/或胶体；步骤2，低温(1+n)效蒸馏工艺，所述低温多效蒸馏工艺将所述预处理后的物料海水经n效蒸发器蒸发和冷凝转换为成品水；其中所述低温(1+n)效蒸馏工艺采用热水直驱技术，即高温热水直接供给0效蒸汽发生器14，产生蒸汽，以驱动低温n效蒸发器进行海水淡化；

如图2所示，所述低温(1+n)效蒸发器包括0效蒸汽发生器14、n效蒸发器、凝汽器1和抽真空系统，其中n≥2，所述n效蒸发器包括第1效蒸发器、第2效蒸发器、…和第n效蒸发器，所述n效蒸发器分为前m效蒸发器15和后(n-m)效蒸发器16，其中m≥1。

在更加优选的实施例中，高温热水从热水入口19进入低温多效蒸发装置的0效蒸汽发生器14，通过0效蒸汽发生器14换热管加热管外的物料水，产生的蒸汽进入第1效蒸发器，作为第1效蒸发器的热源，第1效蒸发器的加热蒸汽冷凝后经蒸汽发生器循环泵6返回到0效蒸汽发生器14循环使用；经换热热水降温为中低温热水后进入前m效蒸发器海水预热器4和后(n-m)效蒸发器海水预热器5对物料水进行预热，经预热热交换再次降温至低温热水，从热水返回口18返回企业热水回水系统。

本发明不仅直接利用工矿企业的低温余热资源，因地制宜，降低淡水生产成本，而且经换热的热水可输送至厂区作为冷却水循环使用，从而节省厂区其他工段生产成本。采用热水直驱技术制造蒸汽，热水无需闪蒸，回水无需增压，直接排入热水回收管道，从而降低电耗40％以上。

在1效蒸发器中，0效蒸汽发生器14产生的蒸汽进入换热管内换热冷凝，将热量传导给换热管外壁喷淋下来的海水，海水受热蒸发产生的新蒸汽进入2效蒸发器，作为2效蒸发器热源，依次类推，蒸汽被引入到运行温度和压力稍低的下一效的热传导管中再次释放潜热蒸发管外喷淋的海水，同时自身被冷凝形成成品水。为保证蒸馏产水的纯度，各效蒸发器产生蒸汽均通过盐水飞沫分离器后进入下一效蒸发器。蒸发冷凝过程在所有蒸发器中重复进行，在第n效蒸发器中产生的蒸汽在凝汽器1中通过海水冷却而冷凝为成品水。

采用热水直驱技术将热量转化给成品水，成品水转化为蒸汽，驱动低温多效蒸发器进行海水淡化。利用未经冷却的成品水取代海水，一方面降低海水过冷度，提高蒸汽产率，另一方面降低结垢风险。

在更加优选的实施例中，抽真空系统利用工矿企业的中低压蒸汽作为辅助热源，通过射流抽气器3，在第1效蒸发器和凝汽器1处，将泄露进入蒸发器的空气和不凝结气抽出蒸发器，避免蒸发器压力升高，温度偏离设计工况、换热效率下降、制水达不到设计值等不利现象出现。同时通过冷凝器24将低压蒸汽携带的热量传递给物料盐水，利于盐水蒸发。该射流抽气器3汽源为工矿企业提供的中低压蒸汽，不消耗电能，无运动部件，工作可靠，设备投资低。

在更加优选的实施例中，所述n效蒸发器的后(n-m)效形成的浓盐水汇合后经中间水泵8提升，再经低温热水预热后进入到前m效蒸发器15的喷淋装置内；前m效蒸发器15汇合的浓盐水进入闪蒸装置闪蒸生成成品水和浓盐水，所述浓盐水经浓盐水出口20外送至盐场利用，所述成品水进入后(n-m)效蒸发器16。

将后(n-m)效蒸发器16浓盐水加热作为物料水喷淋至前m效蒸发器15，不仅提高了系统产水率，还充分利用盐水自带的热量，提高整个系统的能源利用率。将前m效蒸发器15的浓盐水闪蒸后排出，进一步提高产水率。

所述盐水系统还包括至少1个前m效蒸发器海水预热器4，所述浓盐水先由所述前m效蒸发器海水预热器4预热，再进入前m效蒸发器15，所述预热器的热源为所述中低温热水。

在更加优选的实施例中，从第2效蒸发器开始，成品水逐级向下一效蒸发器排放。凝汽器1布置高度略高于蒸发器，凝结水也自流至末效蒸发器，经成品水泵9升压后一部分经海水冷却后排入厂区给水管网供生产使用，另一部分成品水回流至0效蒸汽发生器，作为0效蒸汽发生器的补充水。

冷却水采用经过预处理之后的物料海水，物料海水经海水入口21送至海水淡化区域内，此时海水分为两部分，一部分作为成品水的冷却水进入成品水冷却器10，最后经冷却水出口23回流大海；另一部分作为末效蒸发器蒸汽的冷却水进入凝汽器1，从所述凝汽器1流出的海水一股经冷却水出口23回流大海，另一股作为后(n-m)效蒸发器物料水。所述物料水先经消泡剂加药装置11和阻垢剂加药装置12后，经所述中低温热水预热后，以平逆流喷淋方式进入所述后(n-m)效蒸发器内。

本发明低温多效蒸馏海水淡化工艺的造水比和浓缩比大，其中，浓缩比＞2，从而保证在成品水量一定的情况下，减少海水的提取量。在高浓缩比的条件下，仍能降低结垢风险，延长除垢间隔。

具体实施例1：

采用本发明工艺的低温(1+7)效蒸馏海水淡化工艺利用某钢铁企业的低温余热对海水进行淡化。

包括以下步骤：

(1)预处理工艺

如图3所示的水质指标的海水经格栅去除较大杂物后经泵提升进入混合絮凝沉淀池，经沉淀澄清分离，絮体污泥排入污泥系统处理，清水经泵提升加压送至低温多效蒸馏装置。

(2)低温多效蒸馏工艺

沉淀池清水在凝汽器1内进行预热，然后分成两股，作为冷却水的一股返回大海，另一股则作为物料海水进入蒸发器。

物料海水首先加入阻垢剂、消泡剂进行处理，避免蒸发器换热管结垢的风险、提高成品水的质量。处理后的物料海水一部分进入4-5效海水预热器5，预热升温后喷淋进入4-5效蒸发器；一部分直接进入6-7效蒸发器。海水在蒸发效中换热蒸发。

加热热源为来自低温余热回收系统提供的95℃热水，95℃高温热水进入低温多效蒸发装置的0效蒸汽发生器14，通过0效蒸汽发生器14换热管加热管外的成品水，产生的蒸汽进入第1效蒸发器，作为第1效蒸发器的热源，第1效蒸发器的加热蒸汽冷凝后经蒸汽发生器循环泵6返回到0效蒸汽发生器14循环使用；经换热热水降温至约70℃后进入海水预热器对物料水进行预热，经预热热交换再次降温后，温度约为65℃，返回钢铁厂热水回水系统。在1效蒸发器中，0效蒸汽发生器14产生的蒸汽进入换热管内换热冷凝，将热量传导给换热管外壁喷淋下来的物料水，物料水受热蒸发产生的新蒸汽进入2效蒸发器，作为2效蒸发器热源，依次类推，蒸汽被引入到运行温度和压力稍低的下一效蒸发器的热传导管中再次释放潜热蒸发管外喷淋的海水，同时自身被冷凝形成成品水。为保证蒸馏产水的纯度，各效蒸发器产生蒸汽均通过盐水飞沫分离器后进入下一效蒸发器。蒸发冷凝过程在所有效蒸发器中重复进行，在最后一效蒸发器(7效蒸发器)中产生的蒸汽在凝汽器1中冷凝为成品水。

浓盐水由第1效逐级排入下一效，前3效浓盐水经闪蒸罐13闪蒸进一步回收成品水，4-6效蒸发器浓盐水收集后再经中间水泵8提升后在1-3效蒸发器海水预热器中加热后作为物料盐水喷淋至1-3效蒸发器。

从第2效蒸发器开始，成品水逐级向下一效蒸发器排放，凝汽器1布置高度略高于蒸发器，凝结水也自流至末效蒸发器，经成品水泵9提升后，一部分成品水回流至0效蒸汽发生器14，作为0效蒸汽发生器14的补充水；另一部分在成品水冷却器10中冷却降温，排出系统作为厂区用水。图4为本实施例成品水的出水指标。

冷却水经过凝汽器1后，一部分作为物料水进入蒸发器，其余水量直接排放大海。

在蒸发过程中从海水中逸出的不凝结性气体以及泄露进入蒸发器的空气，利用锅炉的中低压蒸汽(0.4-0.8MPa)作为辅助汽源，通过射汽抽气器3将所有气体抽出系统，使装置内处于负压真空状态下，保证海水淡化设备工作正常。

具体实施例2：

采用本发明工艺的低温(1+7)效蒸馏海水淡化工艺利用某热电厂企业的余热对海水进行淡化。

包括以下步骤：

(1)预处理工艺

如图5所示的水质指标的海水先经格栅去除较大杂物后，再经自清洗过滤器去除较小杂物后，经泵提升加压送至低温多效蒸馏装置。

(2)低温多效蒸馏工艺

沉淀池清水在凝汽器1内进行预热，被加热的海水作为蒸馏工艺的物料海水进入蒸发器。

物料海水首先加入阻垢剂、消泡剂进行处理，避免蒸发器换热管结垢的风险、提高产品淡水的质量。阻垢剂加药量是3.0mg/L、消泡剂的加药量是0.08mg/L。处理后的物料海水一部分进入4-5效蒸发器海水预热器，预热升温后喷淋进入4-5效蒸发器；一部分直接进入6-7效蒸发器。海水在蒸发器中换热蒸发。

加热热源为来自低温余热回收系统提供的热水(热电厂机组锅炉连排热水(温度150℃、压力0.5MPa)。150℃高温热水进入低温多效蒸馏装置的0效蒸汽发生器14，通过0效蒸汽发生器14换热管加热管外的成品水，产生的蒸汽进入第1效蒸发器，作为第1效蒸发器的热源，第1效蒸发器的加热蒸汽冷凝后经蒸汽发生器循环泵6返回到0效蒸汽发生器14循环使用；经换热热水降温至约70℃后进入海水预热器对物料水进行预热，经预热热交换再次降温后，温度约为63℃，返回热电厂热水回水系统。在1效蒸发器中，0效蒸汽发生器14产生的蒸汽进入换热管内换热冷凝，将热量传导给换热管外壁喷淋下来的海水，海水受热蒸发产生的新蒸汽进入2效蒸发器，作为2效蒸发器热源，依次类推，蒸汽被引入到运行温度和压力稍低的下一效蒸发器的热传导管中再次释放潜热蒸发管外喷淋的海水，同时自身被冷凝形成成品水。为保证蒸馏产水的纯度，各效蒸发器产生蒸汽均通过盐水飞沫分离器后进入下一效蒸发器。蒸发冷凝过程在所有效蒸发器中重复进行，在最后一效蒸发器(7效蒸发器)中产生的蒸汽在凝汽器1中冷凝为成品水。

浓盐水由第1效蒸发器逐级排入下一效蒸发器，前3效蒸发器浓盐水经浓盐水闪蒸罐13闪蒸进一步回收成品水，4-6效蒸发器浓盐水收集后再经中间水泵8提升后在1-3效蒸发器海水预热器中加热后作为物料盐水喷淋至1-3效蒸发器，系统产生的超浓盐水经浓盐水泵7外送至盐场利用。

从第2效蒸发器开始，成品水逐级向下一效蒸发器排放，凝汽器1布置高度略高于蒸发器，凝结水也自流至末效蒸发器，经成品水泵9提升后，一部分成品水回流至0效蒸汽发生器14，作为0效蒸汽发生器14的补充水；另一部分在成品水冷却器10中冷却降温，排出系统作为厂区用水。图6为本实施例成品水的出水指标。

冷却水经过凝汽器1后，一部分作为物料水进入蒸发器，其余水量直接排放大海。

在蒸发过程中从海水中逸出的不凝结性气体以及泄露进入蒸发器的空气，利用锅炉的中低压蒸汽(0.7MPa)作为辅助汽源，通过射汽抽气器3将所有气体抽出系统，使装置内处于负压真空状态下，保证海水淡化设备工作正常。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，其特征在于：包括如下步骤：

(1)预处理工艺，所述预处理工艺去除海水中的悬浮物和/或胶体；

(2)低温(1+n)效蒸馏工艺，所述低温多效蒸馏工艺将所述预处理后的物料海水经n效蒸发器蒸发和冷凝转换为成品水；

其中所述低温(1+n)效蒸馏工艺采用热水直驱，高温热水直接供给0效蒸汽发生器，产生蒸汽，以驱动低温n效蒸发器进行海水淡化；

所述低温(1+n)效蒸发器包括0效蒸汽发生器、第1效蒸发器、第2效蒸发器、…和第n效蒸发器，所述低温n效蒸发器分为前m效蒸发器和后(n-m)效蒸发器，其中n≥2，m≥1。

2.根据权利要求1所述的低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，其特征在于：步骤(2)中所述高温热水通入所述0效蒸汽发生器内，经过热交换所述高温热水转化为中低温热水从所述0效蒸汽发生器排出，所述高温热水来自工矿企业未被利用的余热，所述中低温热水预热物料水后转换为低温热水返回工矿企业。

3.根据权利要求1所述的低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，其特征在于：在1效蒸发器中，0效蒸汽发生器产生的蒸汽进入换热管内换热冷凝，喷淋装置喷淋的物料水降落至所述换热管表面，所述物料水受热蒸发产生的新蒸汽进入2效蒸发器，作为2效蒸发器热源，依次类推，直至末效蒸发器。

4.根据权利要求1所述的低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，其特征在于：后(n-m)效蒸发器产生的浓盐水汇合后，经所述中低温热水预热后提升到前m效蒸发器的喷淋装置内；

前m效蒸发器产生的浓盐水汇合后，进入闪蒸装置闪蒸生成成品水和超浓盐水，所述超浓盐水排出，所述成品水进入后(n-m)效蒸发器。

5.根据权利要求2所述的低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，其特征在于：第1效蒸发器产生的成品水回流至0效蒸汽发生器，经换热产生蒸汽；第2效蒸发器至第n效蒸发器产生的成品水经汇合后排出；

6.根据权利要求1所述的低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，其特征在于：冷却海水分为两部分，一部分进入冷却器冷却成品水后回流大海，另一部分进入凝汽器冷凝第n效蒸发器产生的蒸汽后，从冷凝器流出的海水一股回流大海，另一股作为后(n-m)效蒸发器物料海水。

7.根据权利要求3所述的低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，其特征在于：所述物料水以平逆流水平降膜方式进入n效蒸发器的喷淋装置，依次在自上而下的换热管表面形成水膜而被所述蒸汽加热和蒸发。

8.根据权利要求1所述的低温(1+n)效蒸馏海水淡化工艺，其特征在于：所述步骤(2)还包括抽真空工艺，射流抽气器分别在第1效蒸发器和凝汽器处，将泄露进入蒸发器的空气和不凝结气抽出。