CN105502780A - 具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，海水淡化工艺的蒸汽源为太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉，太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉通过蒸汽调节设备调节蒸汽供给量和蒸汽供给比例，海水淡化工艺包括低温多效蒸发海水淡化工序和浓盐水多效蒸发分盐工序；本发明太阳能与常规蒸汽组合使用供给热源，将多效蒸发海水淡化工艺与浓盐水多效蒸发及冷冻结晶分盐工艺有机组合，使热量合理利用的方法。通过该方法能够巧妙利用太阳能大大节约能源，降低了环保压力和废水处理成本。

Description

具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，尤其是一种具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺。
背景技术
我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源占有量为2840立方米，只有世界平均水平的1/4。因此我国是一个严重缺水的国家。同时，我国的淡水资源时空分布极不均匀，并且水体污染加剧了我国可利用淡水资源的匮乏度。在资源性缺水的同时，我国经济增长快，人口数量大，城市化水平不断提高，使得水资源缺口越来越大，这已经成为阻碍我国社会可持续发展的瓶颈。目前水荒覆盖面几乎遍及全国，尤其是北方地区缺水问题相当严重，水荒已成为困扰工业企业生产和发展的一个重要问题。而沿海地区有1.8万多公里长的海岸线，充分发挥这些地区濒临海洋的优势，走海水淡化之路是解决缺水问题的一条重要途径。
海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。从海水中取得淡水的过程就是海水淡化。海水中含有大量盐类和多种元素，总盐量为3.5％左右，其中主要含有钠、镁、钙等阳离子，以及氯根、硫酸根、碳酸氢根（包括碳酸根）、等阴离子。
现在世界上广泛采用的海水淡化技术已达几十种，但达到商业规模的主要有反渗透法和蒸馏法，也就是常说的“膜法”和“热法”，蒸馏淡化技术又分成多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏三种。反渗透法是海水淡化技术中近20年来发展最快的，无论是大型、中型或小型项目都适用，除海湾国家外，反渗透技术是其它地区大、中型海水淡化项目的首选。多级闪蒸，目前在世界海水淡化总产量中仍占第一位，技术成熟、安全性高、运行弹性大，适合大型或超大型项目，主要安装在海湾国家。多效蒸馏根据操作温度的高低，顶温在65-70℃是低温多效蒸馏，简称低温多效，是目前具有竞争力的热法海水淡化技术。压汽蒸馏，是指利用电或蒸汽对二次蒸汽进行绝热压缩后重新利用，能耗较低，但是规模一般不大，多为日产千吨级。
在以上方法当中，近十年来，反渗透法海水淡化发展趋势较快，而且出现了日产万吨级的大型海水淡化装置。但目前国际上，蒸馏法（即热法）用于海水淡化方面所占的比例仍是较高的。蒸馏法和反渗透法相比较：1)能耗：从脱盐的直接能耗来说，反渗透法明显优于单效的蒸馏法，但不明显优于双效的(热电造水)的蒸馏法。而且由于反渗透膜的寿命短，换膜费用高，膜本身就反映了能耗。对蒸馏法来说，过程的直接能耗，不同地区差别很大，需要进行技术经济比较确定。2）海水淡化的制水总成本：由于膜的寿命和膜装置的限制，使得膜法在大规模处理海水中仍处于不利地位。因为反渗透法的制水成本，受膜寿命和装置规模的不利影响超过了低能耗所带来的好处，一般认为海水淡化装置容量超过日产6000t淡水时，双目的蒸馏法比反渗透法更经济。3）海水的预处理：进入蒸馏装置的海水无需进行预处理，仅设置海水过滤网即可。而进入海水反渗透装置的海水需进行絮凝澄清、过滤和加氯等预处理。并且由于反渗透的水利用率低，所以预处理***庞大，投资也较高，占地面积也大。4)其他配套设施：对于新建电厂，蒸馏法需要启动蒸汽，因此启动锅炉的容量应该考虑满足淡化设施的需要，启动锅炉的补充水应考虑一套单独的水处理设施用于启动；另外，由于没有备用设备，需要淡水水源作为工业用水的备用水源。而膜法不需要启动蒸汽，机组启动时，给水水温较低，对淡化设备出力稍有影响，并不影响机组的启动用水，不需要考虑额外的启动设施；淡化设备考虑有足够的备用出力，可以满足设备检修时的用水的需要。
经以上分析可以看出，若能合理利用热源，则热法海水淡化工艺也必将大大提高市场竞争力。
目前热法海水淡化工艺由于其能耗较高，不利于资源化合理利用，而且需要一系列的配套设施，严重制约了其发展。针对以上问题，本技术旨在开发一种将太阳能与常规蒸汽组合使用供给热源，将多效蒸发海水淡化工艺与浓盐水多效蒸发及冷却结晶分盐工艺有机结合，以达到合理利用热源的方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，将太阳能与常规蒸汽组合使用供给热源，将多效蒸发海水淡化工艺与浓盐水多效蒸发及冷冻结晶分盐工艺有机组合，使热量合理利用的方法。通过该方法能够巧妙利用太阳能大大节约能源，降低了环保压力和废水处理成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，所述海水淡化工艺包括低温多效蒸发海水淡化工序和浓盐水多效蒸发分盐工序，海水淡化工艺的蒸汽源为太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉，所述太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉通过蒸汽调节设备调节蒸汽供给量和蒸汽供给比例。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述低温多效蒸发海水淡化工序采用串联的水平管喷淋降膜蒸发器对海水进行多效蒸发，逐渐浓缩，得到淡化水和含有杂质离子的浓盐水；向含有杂质离子的浓盐水中，投放烧碱粉末，在常温下充分反应并过滤，除去浓盐水中的镁离子，过滤，得到一次净化浓盐水；向一次净化浓盐水中，通入二氧化碳气体，在常温下充分反应并过滤，除去一次净化浓盐水中的钙离子，过滤，得到二次净化浓盐水。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述浓盐水多效蒸发分盐工序包括，
1）将二次净化浓盐水加热至50~150℃，进行一次蒸发结晶，在温度为50~100℃时热过滤，得到一次母液和硫酸钠晶体；
2）将一次母液冷却至0~-15℃，进行一次冷却结晶，过滤，得到二次母液和十水硫酸钠与二水氯化钠的混盐，混盐返回二次净化浓盐水中调节氯离子和硫酸根离子比例；
3）将二次母液加热至50~150℃，进行二次蒸发结晶，在在温度为30~50℃时过滤，得到结晶废液和氯化钠晶体。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述海水淡化工艺中的蒸汽流向为，所述太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉内产生的蒸汽，通过蒸汽调节设备调节太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉的蒸汽供给比例，并按照海水淡化工艺中对蒸汽供给量的需求，将蒸汽调节设备供出的一次蒸汽供给浓盐水多效蒸发分盐工序中的一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程，一次蒸汽转变为二次蒸汽，将二次蒸汽供给低温多效蒸发海水淡化工序。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述蒸汽调节设备的工作步骤为，
A）设置一次蒸发结晶过程、二次蒸发结晶过程、低温多效蒸发海水淡化工序分别需要蒸汽的压力；
B）蒸汽调节设备动态获取太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉供出蒸汽的压力；
C）按照优先使用太阳能蒸汽锅炉供出蒸汽，燃料蒸汽锅炉供出蒸汽为备用蒸汽源，调节太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉的蒸汽供给比例，向一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程供出一次蒸汽；
D）获取二次蒸汽的压力，使用太阳能蒸汽锅炉和/或燃料蒸汽锅炉供出的补充蒸汽，将二次蒸汽的压力提高至低温多效蒸发海水淡化工序所需蒸汽压力。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程中使用蒸汽的压力均为0.4~0.5MPa。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述低温多效蒸发海水淡化工序所需蒸汽的压力为0.03~0.67MPa。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明的技术方案与常规热源相比，利用太阳能清洁能源可以大大降低能源消耗，有效地避免环境污染。燃煤锅炉发电效率40%左右，两者共用避免了单独使用太阳能热效率低（约15%）的弊端。太阳能与普通热源的组合，使得普通热源白天多发电，夜晚少发电，起到调峰作用，避免了储能，使得能量利用更加合理。
本发明的工艺方法，白天阳光充足时，利用太阳能热锅炉产生蒸汽，作为浓盐水的热源，而普通燃煤锅炉则可以节约蒸汽多用于发电，供用电高峰期使用；当夜晚无太阳时，则利用普通热源产生蒸汽供能，同时少发电，以适应用电低谷。
近年来，多效蒸发方法的主要进展在低温多效操作技术的开发，以减少结垢、腐蚀，降低成本。因此，太阳能或者普通锅炉产生的0.4~0.5MPa以上的蒸汽先供给浓盐水蒸发及分盐工艺，产生的二次低压蒸汽供给前段的多效海水蒸发工段，以实现低温多效操作。利用此方案，可以节约大量的常规能源与化石燃料，也可以起到电厂昼夜调峰的作用。
随后去除钙镁等杂质离子，软化后的浓盐水进入单质提盐工段。白天阳光充足时，利用太阳能热锅炉产生蒸汽，作为浓盐水的热源，而普通燃煤锅炉则可以节约蒸汽多用于发电，供用电高峰期使用；当夜晚无太阳时，则利用普通热源产生蒸汽供能，同时少发电，以适应用电低谷。太阳能与普通燃煤锅炉综合利用供热给浓盐水单质提盐工段，而浓盐水工段所产生的二次汽可以作为沸点升高较小的海水淡化工段的热源使用。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明的具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，本发明的海水淡化工艺包括低温多效蒸发海水淡化工序和浓盐水多效蒸发分盐工序。海水淡化工艺的蒸汽源为太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉，太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉通过蒸汽调节设备调节蒸汽供给量和蒸汽供给比例。
本发明的低温多效蒸发海水淡化工序为，海水经多效蒸发后，逐渐浓缩，得到含有杂质离子的浓盐水，随后去除钙镁等杂质离子，软化后的浓盐水进入单质提盐工段。向含有杂质离子的浓盐水中，投放烧碱粉末，在常温下充分反应并过滤，除去浓盐水中的镁离子，过滤，得到一次净化浓盐水。向一次净化浓盐水中，通入二氧化碳气体，在常温下充分反应并过滤，除去一次净化浓盐水中的钙离子，过滤，得到二次净化浓盐水。
本发明的浓盐水多效蒸发分盐工序包括，
1）将二次净化浓盐水加热至100℃，进行一次蒸发结晶，在温度为75℃时过滤，得到一次母液和硫酸钠晶体；
2）将一次母液冷却至-10℃，进行一次冷却结晶，过滤，得到二次母液和十水硫酸钠与二水氯化钠的混盐，混盐返回二次净化浓盐水中调节氯离子和硫酸根离子比例；
3）将二次母液加热至100℃，进行二次蒸发结晶，在温度为30~50℃时过滤，得到结晶废液和氯化钠晶体。
本发明的海水淡化工艺中的蒸汽流向为，太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉内产生的蒸汽，通过蒸汽调节设备调节太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉的蒸汽供给比例，并按照海水淡化工艺中对蒸汽供给量的需求，将蒸汽调节设备供出的一次蒸汽供给浓盐水多效蒸发分盐工序中的一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程，一次蒸汽转变为二次蒸汽，将二次蒸汽供给低温多效蒸发海水淡化工序。
本发明的蒸汽调节设备的工作步骤为，
A）设置一次蒸发结晶过程、二次蒸发结晶过程、低温多效蒸发海水淡化工序分别需要蒸汽的压力；本实施例中，一次蒸发结晶过程需要蒸汽的压力为0.2MPa、二次蒸发结晶过程的压力为0.2MPa、低温多效蒸发海水淡化工序需要蒸汽的压力为0.1MPa。
B）蒸汽调节设备动态获取太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉供出蒸汽的压力；本实施例中，太阳能蒸汽锅炉供出蒸汽的压力为0.5MPa，燃料蒸汽锅炉供出蒸汽的压力0.5MPa。
C）按照优先使用太阳能蒸汽锅炉供出蒸汽，燃料蒸汽锅炉供出蒸汽为补充蒸汽源，调节太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉的蒸汽供给比例，本实施例中，供给比例为3:1，向一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程供出0.4~0.5MPa的一次蒸汽，随后通过调节阀降至一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程中所需要蒸汽的0.2MPa压力。
D）获取二次蒸汽的压力，本实施例中二次蒸汽的压力为0.08MPa，使用太阳能蒸汽锅炉和/或燃料蒸汽锅炉供出的蒸汽，将二次蒸汽的压力提高至低温多效蒸发海水淡化工序所需蒸汽压力。即低温多效蒸发海水淡化工序所需蒸汽的压力为0.1MPa。
实施例2
本发明的具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，本发明的海水淡化工艺包括低温多效蒸发海水淡化工序和浓盐水多效蒸发分盐工序。海水淡化工艺的蒸汽源为太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉，太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉通过蒸汽调节设备调节蒸汽供给量和蒸汽供给比例。
本发明的低温多效蒸发海水淡化工序为，海水经多效蒸发后，逐渐浓缩，得到含有杂质离子的浓盐水，随后去除钙镁等杂质离子，软化后的浓盐水进入单质提盐工段。向含有杂质离子的浓盐水中，投放烧碱粉末，在30℃充分反应随后过滤，除去浓盐水中的镁离子，过滤，得到一次净化浓盐水。向一次净化浓盐水中，通入二氧化碳气体，在30℃充分反应随后过滤，除去一次净化浓盐水中的钙离子，过滤，得到二次净化浓盐水。
本发明的浓盐水多效蒸发分盐工序包括，
1）将二次净化浓盐水加热至125℃，进行一次蒸发结晶，在温度为100℃时过滤，得到一次母液和硫酸钠晶体；
2）将一次母液冷却至-5℃，进行一次冷却结晶，过滤，得到二次母液和十水硫酸钠与二水氯化钠的混盐，混盐返回二次净化浓盐水中调节氯离子和硫酸根离子比例；
3）将二次母液加热至100℃，进行二次蒸发结晶，在在温度为40℃时过滤，得到结晶废液和氯化钠晶体。
本发明的海水淡化工艺中的蒸汽流向为，太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉内产生的蒸汽，通过蒸汽调节设备调节太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉的蒸汽供给比例，并按照海水淡化工艺中对蒸汽供给量的需求，将蒸汽调节设备供出的一次蒸汽供给浓盐水多效蒸发分盐工序中的一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程，一次蒸汽转变为二次蒸汽，将二次蒸汽供给低温多效蒸发海水淡化工序。
本发明的蒸汽调节设备的工作步骤为，
A）设置一次蒸发结晶过程、二次蒸发结晶过程、低温多效蒸发海水淡化工序分别需要蒸汽的压力；本实施例中，一次蒸发结晶过程需要蒸汽的压力为0.5MPa、二次蒸发结晶过程的压力为0.243MPa、低温多效蒸发海水淡化工序需要蒸汽的压力为0.25MPa。
B）蒸汽调节设备动态获取太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉供出蒸汽的压力；本实施例中，太阳能蒸汽锅炉供出蒸汽的压力为0.5MPa，燃料蒸汽锅炉供出蒸汽的压力0.5MPa。
C）按照优先使用太阳能蒸汽锅炉供出蒸汽，燃料蒸汽锅炉供出蒸汽为补充蒸汽源，调节太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉的蒸汽供给比例，本实施例中，供给比例为4:1，向一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程供出一次蒸汽；一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程中使用蒸汽的压力均为0.4~0.5MPa。
D）获取二次蒸汽的压力，本实施例中二次蒸汽的压力为0.15MPa，使用太阳能蒸汽锅炉和/或燃料蒸汽锅炉供出的蒸汽，将二次蒸汽的压力提高至低温多效蒸发海水淡化工序所需蒸汽压力。即低温多效蒸发海水淡化工序所需蒸汽的压力为0.2~0.5MPa。

Claims (7)

1.具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，其特征在于：所述海水淡化工艺包括低温多效蒸发海水淡化工序和浓盐水多效蒸发分盐工序，海水淡化工艺的蒸汽源为太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉，所述太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉通过蒸汽调节设备调节蒸汽供给量和蒸汽供给比例。
2.根据权利要求1所述的具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，其特征在于：所述低温多效蒸发海水淡化工序采用串联的水平管喷淋降膜蒸发器对海水进行多效蒸发，逐渐浓缩，得到淡化水和含有杂质离子的浓盐水；向含有杂质离子的浓盐水中，投放烧碱粉末，在常温下充分反应并过滤，除去浓盐水中的镁离子，过滤，得到一次净化浓盐水；向一次净化浓盐水中，通入二氧化碳气体，在常温下充分反应并过滤，除去一次净化浓盐水中的钙离子，过滤，得到二次净化浓盐水。
3.根据权利要求2所述的具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，其特征在于：所述浓盐水多效蒸发分盐工序包括，
1）将二次净化浓盐水加热至50~150℃，进行一次蒸发结晶，在温度为50~100℃时热过滤，得到一次母液和硫酸钠晶体；
2）将一次母液冷却至0~-15℃，进行一次冷却结晶，过滤，得到二次母液和十水硫酸钠与二水氯化钠的混盐，混盐返回二次净化浓盐水中调节氯离子和硫酸根离子比例；
3）将二次母液加热至50~150℃，进行二次蒸发结晶，在在温度为30~50℃时过滤，得到结晶废液和氯化钠晶体。
4.根据权利要求1~3任一项所述的具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，其特征在于：所述海水淡化工艺中的蒸汽流向为，所述太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉内产生的蒸汽，通过蒸汽调节设备调节太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉的蒸汽供给比例，并按照海水淡化工艺中对蒸汽供给量的需求，将蒸汽调节设备供出的一次蒸汽供给浓盐水多效蒸发分盐工序中的一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程，一次蒸汽转变为二次蒸汽，将二次蒸汽供给低温多效蒸发海水淡化工序。
5.根据权利要求4所述的具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，其特征在于：所述蒸汽调节设备的工作步骤为，
A）设置一次蒸发结晶过程、二次蒸发结晶过程、低温多效蒸发海水淡化工序分别需要蒸汽的压力；
B）蒸汽调节设备动态获取太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉供出蒸汽的压力；
C）按照优先使用太阳能蒸汽锅炉供出蒸汽，燃料蒸汽锅炉供出蒸汽为备用蒸汽源，调节太阳能蒸汽锅炉和燃料蒸汽锅炉的蒸汽供给比例，向一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程供出一次蒸汽；
D）获取二次蒸汽的压力，使用太阳能蒸汽锅炉和/或燃料蒸汽锅炉供出的补充蒸汽，将二次蒸汽的压力提高至低温多效蒸发海水淡化工序所需蒸汽压力。
6.根据权利要求5所述的具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，其特征在于：所述一次蒸发结晶过程和二次蒸发结晶过程中使用蒸汽的压力均为0.4~0.5MPa。
7.根据权利要求5所述的具有高效组合蒸汽源的海水淡化工艺，其特征在于：所述低温多效蒸发海水淡化工序所需蒸汽的压力为0.03~0.67MPa。
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