低温多效原理.docx

引言

当前，淡水资源供应已经成为21世纪的主要问题。自然界的水资源是有限的。随着农业和工业生产的发展，随着发展中国家的人口膨胀和人民生活水平的不断提高，全球的用水量急剧上升，差不多每20年就增长一倍。面对这些问题，海水淡化作为一种补足性的方案，不论从技术还是从经济的角度，都变得越来越重要。海水淡化技术的发展，在效率、可靠性和经济性方面都有了很大提高。低温多效是海水淡化的一种技术，本文就其原理和技术特点进行阐述。

蒸馏

主要的蒸馏方法包括：

(1)单效或多效蒸馏，采用或不采用蒸汽压缩(2)闪蒸。

蒸馏法最主要的优点就是不需要对海水进行预处理，仅需进行标准过滤和简单的加氯处理（或其它相应处理）以杀死水中微生物。即使在悬浮物含量很高的情况下（例如数百ppm），就可以对海水进行淡化。海水的取水口必须设置在适当的位置，以避免被海藻或泥沙所阻塞。蒸馏淡化装置在正确操作和维护的条件下每年的有效工作时间超过8300小时，其使用寿命超过20年。目

前全球共计日产1600万立米的海水淡化装置中，超过80是采用蒸馏法取得，这一成就在很大

程度上是由上述的优点实现的。

单效和多效蒸馏

单效蒸馏

单效蒸发器是应用蒸馏技术的淡化装置中最简单的配置形式（见图1）。在一个绝热的容器中装置一组水平的管道，管道中通入热的介质，一台抽气机来保持容器内的真空。经过预处理的海水补给水从上方喷淋到管束的表面，由于进行抽真空，内部压力低，在管道内高温介质的作用下，再较低温度就已经沸腾。在容器中还装置有一组使海水降温的冷却管道，沸腾的蒸汽在冷却管束的表面凝结成水。从凝结器流下的水被收集到底盘中，并由水泵抽出。海水补给水量远远大于产品水，其中的大部分用于形成喷淋在管束上的水幕。海水中剩余的浓盐水也在容器的底部收集，由盐水泵抽出。

1单效蒸馏装置

Q:蒸汽和海水的交换热量P:淡水产量r：汽化潜热

k：海水补给量与淡水产量的比值dt：蒸发器内部与凝汽器出口的端差Y：单位产品淡化水所需要的热量

如果r＝560kcal/kg，k＝3.5，dt＝7°C，那么Y≈585kcal/kg，基本上等于汽化潜热。

如果认为造水比就是产品水量和蒸汽量的比值，不难证明这个值大约等于1。如此低的产水率只在能源价格足够低廉的情况下才有利用价值。在船用淡化装置中，为追求设计的简单化可能采取单效的设计。

多效蒸馏

显然，使用单效蒸馏的方法无法进行大规模的廉价的海水淡化。为了减少热能消耗以降低成本，将蒸汽的热能进行循环并多次重复利用，是多效蒸馏的基本原理。水的沸点和它所受到的压力有关，压力越低，水的沸点就越低。第1效蒸发海水所得的蒸汽可以用作第2效的热源（见图2）。第2效的沸点温度和压力比第1效低，效与效之间的热量再生利用可以重复数次。这样，供给蒸发器的热量只需在第1效中将海水补给水加热并将产品水汽化。不考虑热量损失和其它辅助设备的消耗，一台N效的蒸发器的每效产水量近似相同。

多效蒸馏装置n＝4,k＝3.5，dt＝7°C，那么Y≈164kcal/kg

造水比为3.5左右

如果采用热压缩喷射器，最后一效的部分（大约一半）蒸汽经过压缩，回到第一效，利用余热，可进一步提高造水比，造水比可以达到8左右，国华沧东电厂就是这种模式。

效数的确定

在确定淡化装置效数时，需要考虑以下的因素：

1、为了最大限度减少水垢的沉积，浓盐水的最大温度不应超过63°C；

2、最后一效的水温应略高于冷却海水的温度；

3、在符合上述条件的温度范围内，计算蒸发器的效数需要考虑所需的单位热量消耗。这样有利于实现投资成本与运行成本的优化，以生产出最廉价的淡水。事实上较低的能量消耗通常需要更高的投资。因为在符合条件的温度范围内效数越多，则两个连续效之间的净温度差就越小。根据热能交换方程，这个差值越小，为达到要求的热交换效果所需的热交换面积就越大。因此在效数增加时，为了达到规定的产水量，需要增加热交换器的面积，这也意味着需要采用更大的蒸发器并相应地增加建设投资。目前普遍采用的多效装置一般为4效，它的单位热消耗量接近每千克

150千卡。不过有很多大型淡化厂的业绩表明，多效蒸馏的效数完全可以继续提高（目前可达

12效）。

低温多效蒸馏装置的主要优点

较低的结垢可能

与工作在高温环境的闪蒸装置不同的是，多效蒸发器的盐水温度最高不能超过63°C。这种差别是由多效蒸发器的工作原理决定的。热蒸汽管蔟上的浓盐水在重力的作用下向下流动，相反在多级闪蒸装置中，盐水循环是通过冷凝器的管束强制进行的。因此当使用可靠的阻垢剂时，多效蒸发器的水垢沉积率非常低。在正常的操作条件下，