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用于低溫多效海水淡化裝置的TVC泵設計與試驗研究

來源:真空技術網(www.sakcw.tw)杭州職業技術學院 作者:蔡海濤

  近些年來,各國新建的日產淡水萬噸級以上的非膜法海水淡化裝置,大多采取帶有TVC泵的低溫多效蒸發模式。TVC泵在真空行業又稱作水蒸汽噴射泵,本文結合日產淡水萬噸級的國產化大型低溫多效海水淡化裝置的工程案例與實踐,介紹了TVC泵的工作原理,對TVC泵的參數設計進行了探討。為了滿足該TVC泵具有調節工作蒸汽流量的功能的要求,本工程案例采用具有自有知識產權的可調式TVC泵的設計方案,并在大型實驗平臺對TVC泵進行實物模擬試驗,對試驗數據進行了初步研究,為今后設計適用于大型低溫多效蒸發海水淡化工程的TVC泵,提供了可借鑒的、寶貴的設計案例與工程實踐。

  全球商業運營的日產萬噸級以上的大型的海水淡化方法只有多級閃蒸(MSF) 、低溫多效蒸發(LTMED)和反滲透(RO) 三種。多級閃蒸的工作頂溫一般在120℃以上,低溫多效蒸發的工作頂溫一般不超過70℃,與多級閃蒸相比較,低溫多效蒸發的工作頂溫低,可以很大程度地減緩設備的結垢與腐蝕;反滲透膜法的海水預處理要求高、操作壓力高、淡水的殘留鹽含量高,而低溫多效蒸發的海水預處理簡單、操作壓力低、淡水的殘留鹽含量低;所以低溫多效蒸發在全球商業運營的大型海水淡化裝置中,正擁有越來越多的用戶。

  目前,各國新建的日產淡水萬噸級以上的非膜法海水淡化裝置大多是帶有TVC泵的LT-MED 模式,而且運行方式基本上是與熱電廠結合,可以充分地利用熱電廠的余熱進行淡水與電力的聯產,有效地降低淡水的造水成本。為了進一步降低造水的能耗,真空技術網(http://www.sakcw.tw/)認為將LT-MED 裝置與TVC泵技術藕合已成為當今LT-MED 海水淡化裝置的發展趨勢。

  1、低溫多效海水淡化簡介及國產化大型裝置工程案例

  低溫多效蒸發( low-temperature multi-effect distillation,簡稱“LT-MED”) ,是指海水的最高蒸發溫度低于70℃的海水淡化技術。它的多效低溫蒸發器是由若干個噴淋降膜蒸發器串聯起來,后面1 效蒸發器的蒸發溫度均低于前面1 效蒸發器,該多效低溫蒸發器在真空負壓的工況下輸入海水和一定量的工作水蒸汽,通過多次蒸發和冷凝,從而獲得大約8 ~10 倍于工作水蒸汽量的蒸餾水的海水淡化過程。

  LT-MED 造水成本低主要歸結于它的低溫運行方式,人們可以利用多種形式的低位熱源,如太陽能、工業余熱、動力機組的冷卻水等,系統腐蝕與結垢現象大大減輕,海水預處理簡單,運行與維護成本低廉。

  圖1 顯示了華北某發電企業在幾年前試運營后投產的國產化大型LT-MED 海水淡化裝置工藝流程圖,該裝置的設計淡水產量為12000 t /日。該裝置為6 效蒸發器,其中再循環效4 效,直流效2 效。我方承擔了該項目的真空系統和TVC泵的設計、制造和現場調試等工作。目前該裝置已正常運營超過2年,真空技術網(http://www.sakcw.tw/)認為經濟與社會效益明顯。

 6 效LT-MED 海水淡化裝置工藝流程圖

圖1 6 效LT-MED 海水淡化裝置工藝流程圖

  由于LT-MED 裝置需要真空系統來維持其多效蒸發器的正常運行工況,所以在工程實踐中一般選用水蒸汽噴射真空機組來實現,因為這種類型真空機組的工作介質是水蒸氣,對產出的淡水無污染,沒有機械傳動與轉動部件、無振動、耐腐蝕、免維護,適合24 h 連續運行和常年長期運行。

  該工程項目要求設備年平均運行小時數不小于8000 h。考慮到長年連續運行,要求裝置的負荷隨著海水溫度和季節用水量的變化,應當具有40% ~110%負荷的調節能力。即要求該裝置在負荷范圍從110%變到40%皆可以正常操作,具有較大的操作彈性,且造水比不受影響。

  圖1 所示的TVC泵是調節負荷、提高造水比、節約動力蒸汽和降低運營成本的關鍵設備。原先國內已經運營的同類裝置中TVC泵大多是從國外引進,在本項目中,我們首次采用具有自主知識產權的國產化的大型TVC泵,其造價只有引進的1 /10 左右。在調試中,最高的造水比達到1:11,即每消耗1 t 動力蒸汽可獲得11 t 蒸餾水。

2、試驗結論

  (1) 通過調節可調式TVC泵的芯棒相對位置以改變其噴嘴喉部面積,TVC泵的工作蒸汽和混合蒸汽流量的范圍相應會有較大幅度的變化,選取適當的調節區間,可以滿足制淡水量在40% ~ 110% 之間可以調節的實際使用要求。

  (2) 只要選擇較理想的噴嘴距,可調式TVC泵的噴嘴喉部面積變化時,其引射蒸汽的流量、壓力和溫度的變化范圍均很小,這對于保障大型低溫多效蒸發海水淡化裝置的工況穩定性,具有非常現實的意義。

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