Common desalination methods
摘要：本文介绍了目前海水淡化的主流方法与工艺：多级闪蒸。低温多效蒸馏和反渗透发。并对各个工艺的淡化原理、工艺流程及技术发展。分析了闪蒸室内的基本平衡方程以及影响淡水产量的因素以及低温多效海水淡化技术的发展趋势，并介绍了反渗透海水淡化技术的特点和反渗透海水淡化装置。 Abstract： This paper introduces the main method and process of seawater desalination: multi-stage flash evaporation. Low temperature multi-effect distillation and reverse osmosis. The desalination principle, process flow and technology development of each process are also discussed. The basic equilibrium equation in flash chamber, the factors affecting freshwater production and the development trend of low temperature multi-effect seawater desalination technology are analyzed. The characteristics of reverse osmosis seawater desalination technology and reverse osmosis seawater desalination device are introduced.
关键词：海水淡化 反渗透 蒸馏 因素 特点
Key Words：Seawater desalination Reverse osmosis Distillation Factor Characteristic
钢管在线海水淡化技术主要有热法和膜法两大类。热法包括多级闪蒸和低温多效蒸馏， 优点是水质好，并可利用工厂余热或低品位热源，主要用于提供锅炉补给水和工艺纯水， 低品位蒸汽或余热可利用于电力、钢铁、石化等企业。膜法是发展反渗透膜海水淡化，在膜法海水淡化方面，随着大型化和超大型化海水淡化工程的实施， 与之相应的取水、预处理、膜系统布局、膜与膜组件、能量回收等方面也将开展新的研究； 其中反渗透海水膜、高压泵、能量回收装置、反渗透膜压力容器、海水预处理连续膜过滤组器等取得明显进步；膜通量从发展初期到目前增加了近40％， 脱盐率由99.2％提升至99.7％；更值得一提的是，能量回收装置的应用和不断改进使能耗大幅降低， 新一代正位移式能量回收装置的回收效率达94％以上。目前， 反渗透海水淡化投资大约在6 000～8 000 元/m3，综合产水成本约为5～6 元/m3。无论是热法还是膜法都朝着大型化、高效率、低成本的方向发展。 多级闪蒸工艺介绍
1团体操队形 多级闪蒸海水淡化的原理与流程
多级闪蒸的原理是以闪蒸原理为基础，使加热后的海水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，由于闪蒸室压力对应的饱和温度低于海水温度，海水由最初的状态变成了过热态。 从而剧烈沸腾蒸发,温度降低。将每级闪蒸室所产生的闪蒸蒸汽冷凝，冷凝后即为所需的淡水,多级闪蒸海水淡化较单级闪蒸海水淡化而言能产更多的淡水。
多级闪蒸海水淡化系统的工作流程：进料海水经过预处理后，首先作为热排放单元的冷却水，冷却完毕后,大部分海水排入大海，小部分作为进料海水(补给海水)从热排放单元末级闪蒸室流入热网回收单元末级闪蒸室上部，沿着与闪蒸海水相反的流动方向作为冷却水流至热回收单元第一级闪倪志福钻头蒸室,从第一级闪蒸室出来后进入盐水加热室,经盐水加热室加热后的循环海水热回收单元第一级闪蒸室下部流入开始闪蒸。
2 多级闪蒸海水淡化的技术进展
多级闪蒸海水淡化是针对多效蒸发海水淡化结垢和腐蚀较为严重的缺点而兴起的。多级闪蒸海水淡化技术起步于20世纪60年代初。该技术的成功运用使得蒸馏法海水淡化技术在工业领域迈出了一大步。
3多级闪蒸海水淡改进
当前多级闪蒸海水淡化1吨淡水产量需消耗3.5kWh、44kWh的动能消耗，消耗偏大。目前，现有的多级闪蒸海水淡化装置每级闪蒸室产生的闪蒸蒸汽直接在本级上部的冷凝室中冷凝成淡水，潜热没有得到充分的利用，如果将闪蒸蒸汽通人下一级闪蒸室中用来加热循环盐水，不仅可以充分的利用闪蒸蒸汽的潜热，同时闪蒸蒸汽冷凝为淡水。该改进方法如图所示。经过改进后发现：改进后的多级闪蒸海水淡化装置的造水比比原有的多级闪蒸海水淡化装置提高了42．6％.
（a）原有的多级闪蒸海水淡化装置
（b）改进后的多级闪蒸海水淡化装置
图：原有的与改进后的多级闪蒸海水淡化装置
4基本平衡方程
进人闪蒸室的加热海水在低压环境中闪蒸，一部分闪蒸为闪蒸蒸汽，冷凝后即为淡水，另一部分未闪蒸的海水进人下一级压力更低的闪蒸室继续闪蒸。以单独一级的闪蒸室作为研究标准，在闪蒸室液位高度一定的情况下，海水淡化淡水产量的计算主要依据质量守恒和能量守恒。进人闪蒸室的总质量应等于离开闪蒸室的总质量，根据质量守恒定律可
今古传奇故事版 MI=MO+MV （1）
式（1）中，MI为加热海水流量，t/h；MO为离开闪蒸室的海水流量，t/h；MV为闪蒸蒸汽量（淡水产量），t/h.
进人闪蒸室的总能量应等于离开闪蒸室的总能量，根据能量守恒定律可得：
mihi=moho+mihv （2）
式（2）中，hi为加热海水焓，kJ/kg；ho为离开闪蒸室的海水焓，kJ/kg；hv为闪蒸蒸汽焓，kJ/kg。
田野又是青纱帐
闪蒸效率是衡量淡水产量的一个重要参数。将式（1）代人式（2）中，得到：
mihi=mvhv+(mi-mv)ho
整理后得：
（4）
可见，闪蒸效率与加热海水焓、离开闪蒸室的海水焓和闪蒸蒸汽焓有关。
5影响多级闪蒸海水淡化淡水产量的因素
大量的研究表明，影响淡水产量的因素主要有：海水过热度、闪蒸室压力以及闪蒸室液位高度。海水过热度对淡水产量的影响最为明显，当闪蒸室压力以及闪蒸室液位高度一定时，
过热度可以激活水中的活化分子，促进闪蒸罐壁面上凹坑处形成汽化核心，随着过热度越来越大，汽泡便形成了，而这些汽泡在上升过程中又加大了水体的扰动，进一步促进了闪蒸的进行。当海水过热度以及闪蒸室液位高度一定时，闪蒸室压力越高，海水温度越高，其表面张力、黏度越小，蒸发潜热下降，有利于液体中汽泡的形成，提高了淡水产量。当海水过热度以及闪蒸室压力一定时，闪蒸室液位高度越高，海水在闪蒸室内停留的时间也就越长，有更多的时间完成闪蒸，但随着闪蒸室液位高度的升高，带来的问题却是闪蒸室液体底部受到的静压升高，其压力对应的饱和温度高于闪蒸室汽空间的温度，有效过热度被削减，因此，多级闪蒸海水淡化系统中闪蒸室液位不宜过高。
低温多效蒸馏工艺介绍
1低温多效海水淡化技术原理
所谓低温多效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,其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水的海水淡化技术。
海水首先进入冷凝器中预热、脱气，而后被分成两股物流。一股作为冷却水排回大海，另一股作为蒸馏过程的进料。进料海水加入阻垢剂后被引入到蒸发器的后几效中。料液经喷嘴被均匀分布到蒸发器的顶排管上，然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发。二次蒸汽在下一效中冷凝成产品水，剩余料液由泵输送到蒸发器的下一个效组中，该组的操作温度比上一组略高，在新的效组中重复喷淋、蒸发、冷凝过程。剩余的料液由泵往高温效组输送，最后在温度最高的效组中以浓缩液的形式离开装置。 生蒸汽被输入到第一效的蒸发管内并在管内冷凝，管外海水产生与冷凝量基本等量的二次蒸汽。由于第二效的操作压力要低于第一效，二次蒸汽在 过汽液分离器后，进入下一效传热管。蒸发、冷凝 过程在各效重复，每效均产生基本等量的蒸馏水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝。 第一效的冷凝液返回蒸汽发生器，其余效的冷凝液进入产品水罐，各效产品水罐相连。由于各效压力不同使产品水闪蒸，并将热量带回蒸发器。这样，产品水呈阶梯状流动并被逐级闪蒸冷却，回收的热量可提高系统的总效率。被冷却的产品水由产品水泵输送到产品水储罐。这样生产出来的产品水 是平均含盐量小于5 rag／1的纯水。
浓盐水从第一效呈阶梯状流入一系列的浓盐水闪蒸罐中，过热的浓盐水被闪蒸以回收其热量。经过闪蒸冷却之后的浓盐水最后经浓盐水泵排回大海。不凝气从每一效的冷凝管中抽出，最后在冷凝器富集，由真空泵抽出。
2低温多效的特点及技术经济分析
低温多效蒸馏海水淡化技术的特点如下。
(1)由于操作温度低，避免或减缓了设备的腐 蚀和结垢。
(2)进料海水的预处理简单。海水进入低温多 效装置之前只需经过筛网过滤和加入5 mg／1左右的阻垢剂即可，而多级闪蒸必须进行加酸脱气处理，反渗透的预处理要求更高。
(3)系统的操作弹性大。在高峰期，该淡化系 统可以提供设计值110％的产品水；而在低谷期，该淡化系统可以稳定地提供额定值40％的产品水。 (4)系统的动力消耗小。低温多效系统用于输送液体的动力消耗很低，产品水的动力消耗只有 0．9～1．2 kwh／m3左右。
(5)系统的热效率高。30余度的温差即可安排12以上的传热效数，从而达到10左右的造水比。
(6)系统的操作安全可靠。在低温多效系统中， 发生的是管内蒸汽冷凝而管外液膜蒸发，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，充其量只会产生蒸汽的少量泄漏而影响造水量。
(7)低温多效海水淡化出水水质好，产品水的含盐量小于5 mg／l。达到如此高的水质，必须采用两级反渗透。
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