：421低温多效海水淡化装置技术在电厂的应用
ApplicationofSeaWaterDesalinationApparatus
inPowerPlantWithLowTemperatureandMultieffect
马乐农
(河北国华沧东发电有限责任公司,河北 沧州 061110)
摘要:针对沧州地区淡水资源严重缺乏的问题,国华沧东发电有限责任公司采用水电联产的运营模式,正在建设一座大规模的海水淡化厂。介绍了海水淡化装置的工作原理、工艺流程及控制系统,提出该装置是一种经济、科学、合理的淡水制取装置。
关键词:火电厂;海水淡化装置;水处理;造水比
Abstract:AimingatseriousshortageofsourceofdesaltedwateratCangzhoudistrict,GuohuaCangdongGenerationCoporationLTDadoptsthermalandwaterpowerjointpro2ductionmode,avastextentofseawaterdesalinationplantis
beingbuilt.Thispaperintroducestheworkingprincipleofseawaterdesalination,technicalprocessandcontrolsystem;
andproposesthatthisapparatusisakindofeconomic,scien2fiticandreasonabledesalinatingwatermadeapparatus.
Keywords:thermalpowerplant;seawaterdesalinationappa2ratus;watertreatment;watermakingratio
淡水资源的匮乏已成为威胁人类生存的严重问题,河北国华沧东发电有限责任公司(简称沧东公司)所在的沧州地区属于严重缺水地区,淡水的缺乏不但给人民生活带来了极大的不便,而且严重阻碍了地区经济发展。为了缓解沧州地区的缺水局面,节约淡水资源,充分利用海水资源,沧东公司正在建设一座大规模的海水淡化厂,采用水电联产的运营模式,降低制水成本,在解决电厂自用淡水的前提下,满足周边缺水地区的淡水需求。
沧东公司规划电厂1期工程(2×600MW)海水淡化站的建设规模为100000t/d,2期工程建成后,海水淡化站的规模可达200000t/d。1期工程首先建设的20000t/d海水淡化装置,选用法国SIDEM公司具有国际先进水平的低温多效海水淡化装置。按计划2套10000t/d产量的MED－TVC海水淡化装置将于2006年3月完成安装和调试,投入制水。
1 低温多效海水淡化工作原理
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,其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来,在低于大气压力下,把一定量的蒸汽输入,通过多次蒸发和冷凝,后面1效的蒸发温度均低于前面1效,从而得到多倍于蒸汽量蒸馏水的淡化过程。
图1是一种横管降膜式低温多效蒸发装置的流程。该装置为7效,分2组循环,前6效为热回收效,最后1效为排热效。从排热效出来的冷却海水大部分排走,小部分作为进料回到第4、5、6效,在管外进行降膜蒸发,经过这3效浓缩过的盐水再打入第1、2、3效继续蒸发,最后的浓盐水经浓盐水泵排出。蒸馏水则从第1效开始依次流经各效由淡水泵送出。电厂汽轮机抽出的低压蒸汽进入第1效作为热源,并在管内冷凝后送回电厂的热力系统。
图1 低温多效装置的流程
2 低温多效海水淡化装置工作流程
2.1 工作流程
进料海水在低温多效装置冷凝器中被预热脱气,然后分2部分。一部分作为冷凝液,经过热量交换后排入大海,另一部分海水作为低温多效的进料液进入蒸发器。
料液经加入阻垢剂和消泡剂后被引到低温多效装置中温度最高的第1效。经过喷淋系统把料液喷淋分布到蒸发器最上层换热管上,在沿顶排管向下以薄膜形式自由流动的过程中,一部分海水由于吸收了在蒸发器内冷凝蒸汽的潜热而汽化,被轻微浓缩后的另一部分海水,由于各效的真空度不同,进入第2效。该装置每效的温度差在4℃以下,共4效,第1效温度最高,依次下降。海水经过每效均重复蒸发和喷淋过程。浓缩后的海水继续向下效流动,直到最后在温度最低的效组中以浓缩液的形式离开该效组。
该装置需要的蒸汽由汽轮机4段抽汽供给,蒸汽进入温度最高的第1效蒸发管内部,在管内发生冷凝的同时,管外也产生了与冷凝量基本相同的海水蒸发。产生的二次蒸汽在穿过浓盐水液滴分离器以保证蒸馏水的纯度之后,又引入到下效的传热管内,第2效的操作温度和压力略低于第1效。这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效重复多次,每效都产生了相当数量的蒸馏水,最后在冷凝器集中,然后被海水冷却,由蒸馏水泵打出至化学淡水箱。如此生产出来纯度很高的水,水质含盐量可以小于5mg/L。
第1效的蒸汽冷凝液被收集起来,然后被送入凝结水箱。
像蒸馏水一样,浓缩海水从第1效呈阶梯状流
入下效,然后在最后1效经过冷却,浓盐水经浓盐水泵打入电厂的虹吸池。
不凝性气体从每根冷凝管中抽出,从1效逐级流入下效。这些不凝性气体最后在排热冷凝器的最冷端富集,并用蒸汽喷射器抽出。
2.2 装置的优点
a.多效蒸发的换热过程是沸腾和冷凝传热,是相变传热,所用的传热面积少,因此传热系数较高。
b.多效蒸发通常是一次通过式的蒸发,没有大量液体在设备内循环,因此动力消耗较少。
c.多效蒸发的浓缩比可以提高,制造每吨淡水所需要的原料水可以减少。
d.多效蒸发的弹性很大,负荷范围从100变化到50均可正常操作,而且不会使造水比下降。
e.由于操作温度低,完全避免或减缓了设备的腐蚀和结垢。
f.进料海水的预处理更为简单。
g.操作安全、可靠。即使传热管发生了腐蚀穿孔而泄漏,由于汽侧压力大于液膜侧压力,浓盐水绝对不会流到产品水中。
2.3 装置的缺点
a.设备结构比较复杂。
b.因为料液在加热表面沸腾,容易在壁面上结垢,需经常清洗并采取防垢措施。
3 工艺流程
3.1 主系统流程
主系统流程见图2。
3.2 抽汽加热系统
抽汽加热系统工艺流程见图3。
4 低温多效装置控制系统
该装置全部工艺系统采用1套控制系统,对整个工艺系统实现自动控制、程序控制和远程操作,控制系统内设有必要的保护和闭锁功能。
海水淡化系统配有2台上位集控计算机,通过CRT画面和键盘对整个工艺系统、电气系统进行监视与控制,就地控制室不设常规控制仪表盘,CRT屏幕显示工艺流程、测量参数、控制对象状态等。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时,能以不同颜色进行显示,并有音响提示。
海水淡化控制系统接入到化学水控制网络,通过化学水控制网络的监控计算机也可以完成对海水淡化系统的监控。化学水控制网络除了连有海水淡化系统,还连有海水淡化预处理系统、锅炉补给水系统、工业废水处理系统、雨水泵房系统、海水制氯系统、储氢站系统。在非事故情况下,上述所有系统的操作都在化学水控制网络的监控计算机上进行。
化学水监控系统、海水淡化系统的上位机均布置在化学实验楼的化学水控制室内,控制室长期有人值班。
化学水控制网络连接到全厂辅助车间控制网络上。全厂辅助车间控制网络的监控计算机布置在集中控制室1号、2号机组之间的操作台上,通过这2台监控计算机,也可以完成监视和控制。
5 产水技术指标(见表1)
表1 海水淡化装置产水技术指标
| 项目 | 设计数据
| 保证值
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| 单台设备净产水量/(m3·d1)
| 10000
| 10000
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| 抽蒸汽压力/MPa
| 0.55
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| 抽汽温度/℃
| 320
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| 造水比/(kg·kg1)
| 8.33
| 8.33
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| 单台汽耗/(t·h1)
| 50
| 50
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| 单台电耗/(kWh·m3)
| 1.20
| 1.20
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| 第1效最高盐水温度/℃
| 65
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| 提取海水总量(25℃)/(t·h1)
| 1671
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| 盐水排放水质量浓度
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| 51.6
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| /(g·kg1)(海水含盐量36g/kg)
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6 低温多效装置选型
多效蒸发与单效蒸发相比,热能得以重复利用,造水比几乎按效数成倍增加,但单产设备费亦随效数的增加而逐渐升高,故不能一味地增加效数。随效数的增加,造水比可以增大,但效数多到一定程度后,造水比增加的比例就逐渐减少了,且由于效数增加,设备投资增大,故实际采用效数应有一最佳点。造水比并不是越大越好,因为造水价格并非完全取决于蒸汽耗量,还包括投资等其它方面的因素,也就是有一个经济核算问题。
综合以上考虑,沧东公司采用了4效低温多效海水淡化装置,本套装置综合考虑了设备的造水比和设备的总投资,力争达到社会效益和经济效益最大化。
来源：中国电厂化学
