火电厂余热用于海水淡化的工艺探索

火电厂余热用于海水淡化的工艺探索

毛双荣 王成友

山东电力建设第三工程有限公司，山东省青岛市 266100

摘 要：伴随着我国人口的不断增长以及经济的快速进步，淡水资源的匮乏成为了必须要面对的问题。海水淡化作为一种全新的淡水来源，国际上已经证明这种方式是可行的。经过分析之后发现，海水淡化的成本大部分来自于消耗的电力以及消耗的蒸汽。而沿海地区的火电厂一般会产生较多的蒸汽，但是往往由于污染较高而无法利用，因此可以将火电厂的余热作为海水淡化的方式，从而实现火电厂能量的全面发挥。这一措施的出现对于火电厂来说，一方面能够实现节能环保的终极工业目标，一方面可以丰富淡水资源。

关键词：海水淡化；废热处理；动力蒸汽；低温多效蒸馏

本文的主要内容是介绍了使用火电厂来进行海水淡化的工艺，具体来说就是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，将每个水平管喷淋降膜蒸发器成为一效。在实际运行的过程中，火电厂运行产生的蒸汽将会从第一效蒸发器进入，随后与海水进行热交换，将海水冷凝成为淡水，随后蒸汽进入下一效，直到最后一效。

1. 低温多效海水淡化工艺基本流程

使用低温多效海水淡化工艺的工程主要分为以下几大步骤：首先进行海水取水，其次进行海水预处理，再次进行低温多效蒸馏，然后进行淡水收集，最后进行浓缩海水排放。海水经过引流管，经过杀菌、消毒等等处理环节之后，将会被输送到海水预处理池中^[1]。海水预处理池的主要作用在于能够将漂浮物滤除，让较大的颗粒进行沉淀，经过预处理之后的海水需要经过输送泵来输送到后续处理装置中。在去除有害的金属离子之后，需要加入阻垢剂，此时完成了处理。处理之后的海水进入蒸发器中，最终得到了淡水以及浓缩海水，淡水用于千家万户的使用，浓缩海水则是输送到制盐场所，也可以作为化工程的加工原料，如果不能够利用，那么也可以直接进行排放。

2. 低温多效海水淡化工艺基本工艺装置

低温多效海水淡化工艺主要的工作衣装置主要有：水平管降膜蒸发器、冷凝器、热力压缩机、真空喷射器、海水增压泵、浓缩海水泵、产品水泵、冷凝水泵等等，需要根据各大设备的实际运行需求来进行相应的配置。本文主要介绍这一工艺的核心装置：水平管降膜蒸发器。这一设备主要的出现时间在20世纪70年代，又被称为横管降膜蒸发器^[2]。使用这一设备，能够将蒸发的料液均匀的分布在蒸发器顶排管。此时蒸发的料液将会在顶端排管上以薄膜的形式均匀向下流动，其中一部分料液将会由于蒸汽的温度而被蒸发。水平蒸发的效率要比竖直蒸发高两倍，是闪蒸的三倍左右，同时这种蒸发方法还能有效的节约空间。

一般来说在使用这种设备的过程中，想要提升蒸发器的紧凑度，一般都选择使用小管径的换热管，这种换热管有更强的换热效果。但是这种方式的缺点在于在小口径的换热管工作过程中，管内部的流动阻力将会进一步增大，这会增加工作风险。

除此之外，在运行的过程中换热管需要直接与海水进行接触，因此需要尽量该选择耐腐蚀的材料，一般来说材质方面首选钛管与铝黄铜管。前者虽然拥有极强的耐海水腐蚀性，但主要的缺点在于造价昂贵。经过多次的实验与检查之后发现，使用5系的铝合金管也一样可以满足使用过程中的要求，这能够极大的降低工作成本，从而提升经济效益^[3]。

最后，在换热管工作的过程中，排列方式也非常重要，将会对降膜蒸发效率起到一定的影响。一般来说无论是排列方式、间距、管束纵横管排比、管数量、管程数等等都会造成一定的影响。一般来说蒸发器运行过程中的相对管间距需要保持在1.25或者1.3，根据实际施工情况进行决定。在进行管束排列的过程中，排列方式各不相同，一般有三角形排列、转子三角形排列、正方形排列、转角正方形排列等等。在保持管间距相同的情况下，转子三角形排列方式与正方形排列方式具有相同的垂直方向管间距，而与这两者相比较，三角形排列拥有最大也是最合适的垂直方向管间距，因此根据工艺来计算垂直方向管间距是最好的计算排列方法^[4]。

在造水的过程中，汽水分离器是保证造水品质的关键所在，同时对于装置的运行也会造成较大的影响。汽水分离器的设计对于海水淡化装置的性能也会产生影响，因此一般来说在运行的过程中对于汽水分离器的要求是：拥有较高的除雾效率、拥有较高的汽水分离效率、拥有较低的流动阻力。一般来说工作过程中蒸汽流动阻力将会影响下一效运行过程中蒸汽凝结器凝结温度，过大的阻力则是会降低蒸发器运行过程中的传递温差。

喷淋系统主要的作用在于能够将海水均匀的进行喷洒，从而避免出现整体蒸汽设备出现干涸现象。对于横管降膜蒸发系统来说，运行过程中一般主要使用喷嘴布液^[5]。

3. 低温多效蒸馏海水淡化工艺运行参数设计

（一）液位控制

水平管降膜蒸发器一般采用了管壳式结构，经过预处理之后的海水将会均匀的喷洒在最上层的引水管上，随后在重力的影响下均匀向下流动，流到最下方的管排上，此过程来回反复。在这一过程中，海水不断的蒸发，因此海水量也会不断的减少，这会导致喷淋密度也随之下降。为了避免出现干涸状态，需要对喷淋量进行计算，从而保证所有的换热管都能够拥有水膜以供蒸发。

（二）压力控制

在运行的过程中，需要将各个水平管降膜蒸发器进行串联，因此正常工作的过程中压力将会逐渐降低，则会导致各效饱和温度也随之降低，能够提升工作过程中的产量。但是站在压力的角度进行分析之后可以发现，运行压力的逐渐降低将会导致热力压缩机引射口压力降低，从而导致抽取蒸汽逐渐困难。一旦热力压缩机的进气参数不再变化，那么表示在运行过程中蒸汽数量随之降低，蒸汽压缩能效也会随之降低。

3. 温度控制

低温多效蒸馏海水淡化工艺对于海水顶温有着较高的要求，一般来说要求温度能够控制在70℃以下，为了防止设备运行过程中出现水垢影响设备的安全运行，还需要淡化装置会将各个蒸发设备进行串联。在蒸发的过程中，温度高于40℃将会导致硫酸钙的溶解度随之降低，这将会提升结水垢的可能性。如果始终将温度控制在70℃以下，那么能够提升硫酸钙的溶解度，这也就降低了水垢的结垢风险。一般来说这一温度的设定需要保持在65℃，最高不会超过70℃，末端最低温度不会低于35℃。对于多效蒸发海水淡化装置来说，各效传热温差需要保持在2℃-4℃之间^[6]。

结束语：

伴随着近些年来火电厂企业的快速发展与进步，使用电厂提供的蒸汽以及电力来进行低温多效蒸馏海水淡化工艺有着非常重要的意义。使用低温多效蒸馏海水淡化工作，是保证火电厂运行过程中海水淡化企业与火电厂进行联合生产的基础，当今国内外大型海水淡化工程在建设过程中都使用了这种全新的生产模式。这种生产模式在很大的程度上帮助我国火电厂实现了企业能源的节约，为社会展现了企业的社会责任，达到了循环经济的目的。

参考文献：

[1]韩买良. 火力发电厂海水淡化水处理系统选择与运行问题案例分析[J]. 热电技术,2018,(04):22-24.

[2]舒默. 杭州水处理技术研究开发中心建设完成全国首个离岸海岛大型燃煤火电厂海淡系统[J]. 水处理技术,2015,41(02):126.

[3]张凯. 印尼BATAM TJK 2×65MW燃煤电厂项目海水淡化工艺系统现场问题及处理方案[J]. 内蒙古科技与经济,2014,(24):112-113.

[4]刘克成. 河北省南部地区火力发电非常规水源开发利用技术研究与示范[J]. 河北电力技术,2014,33(04):2.

[5]唐刚. 印尼INDRAMAYU电厂4500t/d低温多效海淡装置介绍[J]. 山东化工,2013,42(12):105-107.

[6]王春军,刘书倾. 火电厂余热用于海水淡化的工艺浅析[J]. 洁净与空调技术,2013,(03):72-75.

作者简介：毛双荣（1984.10-），男，汉族，山西省晋中市，学历：本科学历，工程师，研究方向：电力工程