CN106587238A - 一种低温余热利用海水淡化***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低温余热利用海水淡化***及方法，尤其是适用于炼化企业低温余热利用的多效蒸馏海水淡化***及海水淡化方法，包括浸没式蒸汽发生器3及MED***。本发明有效解决了炼化企业长期存在的低温余热回收困难以及余热回收水平低的问题，同时达到节能减排、有效降低海水淡化成本的目的，解决了沿海炼化企业淡水用水困难的问题。本发明所述的低温余热利用海水淡化***中浸没式蒸汽发生器的设置相当于结合了传统方案中的间壁式换热器及闪蒸室，集间壁式换热与蒸汽发生的功能于一体，非常适用于炼化企业回收有可能受到污染的低温工艺水，既大大降低了海水淡化产水污染风险，又简化了***，使运行操控更简单，占地更省。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化领域，尤其是涉及一种以炼化企业低温工艺热水为热源的低温余热利用海水淡化***及方法。
背景技术
炼化企业往往有大量的低温余热，主要是95℃的工艺热水(回水温度要求为70℃左右)。目前，国内炼化厂低温余热的热利用水平很低，虽然近年来通过引进国外低温余热回收利用的技术，开始将低温余热用于发电、维温采暖、余热制冷等方面，但成效不大，且仍然有不少低温余热被直接排放，既造成了能源的重复浪费，又对环境产生了热污染。
在解决淡水资源紧张的诸多方法当中，海水淡化是一种切实可行且有效的办法，尤其是对于沿海城市和海岛。但海水淡化是能量密集型产业，且目前海水淡化工厂多采用化石燃料。海水淡化的高能耗使得制水成本居高不下，另一方面，燃烧大量燃料向环境中释放出大量的温室气体，也给环境带来了很大压力。如何进一步降低海水淡化装置的制水成本已成为国际海水淡化界有待解决的关键问题。
在现有的技术中低温多效蒸馏法海水淡化***(简称MED***，下同)需要以蒸汽作为输入热源，当外界热源为热水时，需要先将热水转变成蒸汽才能供给MED***使用。在不设置额外加热器(电加热器、燃气/油/煤加热器等)的前提下，利用热水产生蒸汽的常用方法为闪蒸法，即将热水导入到一个大空间容器中，该容器内压力比热水压力低，则热水会发生闪蒸，产生一部分蒸汽，蒸汽的温度等于容器内压力对应的饱和温度，这部分蒸汽作为MED***的输入热源，即“热水闪蒸+MED”工艺。
当热源热水中存在挥发性物质(例如炼化的工艺热水中可能含有上游工艺流程各环节泄漏出来的烃类物质)时，传统做法的热水直接闪蒸法对于MED***来说不再安全，因为热水中可能含有化工泄漏物质，热水直接闪蒸时，蒸汽中会夹带一些液滴，液滴中的化工物质会随着蒸汽进入MED***，有很大概率污染海水淡化产水；直接利用低温热水，热水中泄露的油品太多，直接闪蒸还可能出现***的可能，泄露介质带来安全生产隐患，严重将发生安全生产事故；另外，直接利用低温热水，还可能对淡化装置造成不利影响，如管道污堵及增加清洗频率等。
对此，有设计方案考虑利用板式换热器对化工热水进行一次换热，即化工热水作为热工质流过板式换热器的热侧流道，纯净的蒸馏水作为冷工质流过板式换热器的冷侧流道，这样化工热水的热量就传递给了蒸馏水，这部分蒸馏水再被导入到闪蒸容器中以闪蒸出蒸汽供MED***使用，即“板式换热器+闪蒸器+MED”工艺。该方案利用板式换热器阻断化工热水与MED***的直接接触，起到了中间换热作用，大大降低了海水淡化产水的污染风险。但是，该方案使***变得更加复杂，增加了运行控制的繁琐程度，并且额外增加的板式换热器使得***占地和投资也相应增加。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种低温余热利用海水淡化***及方法，即浸没式蒸汽发生器与低温多效蒸馏法海水淡化耦合***及海水淡化方法，以解决现有的***结构复杂、运行控制繁琐、及占地投资大等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种低温余热利用海水淡化***，包括浸没式蒸汽发生器3及MED***；
所述浸没式蒸汽发生器3上设有热工质入口、热工质出口、补水口及蒸汽出口；
所述蒸汽出口通过蒸汽管道8与MED***的第1效蒸发器的管程相连；
所述MED***的第1效蒸发器的蒸汽凝结水通过凝结水管道9与所述补水口相连。
进一步的，所述浸没式蒸汽发生器3的热工质入口与炼化***的工艺热水来水管道10相连，所述浸没式蒸汽发生器3的热工质出口与炼化***的工艺热水回水管道11相连。
进一步的，所述浸没式蒸汽发生器3为带蒸汽室的管壳式换热器。
进一步的，所述管壳式换热器包括壳体、设置在壳体内的换热管束及与所述壳体相连的蒸汽室，所述蒸汽室上设有所述蒸汽出口，所述热工质入口、热工质出口设置在所述换热管束两端。
进一步的，所述MED***包括海水供给管道14、凝汽器2、低温多效蒸发器组1及海水排放管道15；
所述海水供给管道14与所述凝汽器2相连，所述凝汽器2冷却水出口分别与所述低温多效蒸发器组1、海水排放管道15相连；
沿蒸汽流动方向，所述低温多效蒸发器组1中前一效蒸发器的蒸汽出口与后一效蒸发器的蒸汽入口相连，所述低温多效蒸发器组1的末效蒸发器的蒸汽出口与所述凝汽器2的蒸汽入口相连；
所述凝汽器2的冷凝水出口及低温多效蒸发器组1中第二效蒸发器至末效蒸发器的蒸汽凝结水出口均连接有产品水回收管13；
低温多效蒸发器组1中的浓盐水连接浓盐水排放管道12。
进一步的，所述浓盐水排放管道12上设有浓盐水排放泵5；
所述产品水回收管13上设有产品水泵4；
所述凝汽器2的冷却水出口通过物料海水升压泵7与所述低温多效蒸发器组1相连。
进一步的，所述凝汽器2冷却水出口通过物料海水升压泵7及喷淋装置均匀喷淋到所述低温多效蒸发器组1中各效蒸发器的换热管束外部。
进一步的，所述凝结水管道9上设有凝结水泵6。
本发明还提供一种海水淡化方法，采用MED***进行海水淡化，浸没式蒸汽发生器(3)产生蒸汽为MED***提供热源。
相对于现有技术，本发明所述的低温余热利用海水淡化***具有以下优势：
本发明所述的低温余热利用海水淡化***中浸没式蒸汽发生器的设置相当于结合了传统方案中的间壁式换热器及闪蒸室，集中间换热与蒸汽发生功能于一体，既大大降低了海水淡化产水污染风险，又简化了***，使运行操控更简单，占地更省；
可以通过并联多台，实现在线切换和在线检修，符合石化炼化行业的设计要求，即使上游发生泄漏，也能即使实现切断和切换功能，既没有安全隐患，也不影响淡化装置的正常运行；
本发明利用炼化企业的低温余热，进行低温多效蒸馏海水淡化的工艺路线，不仅可以达到节能减排、有效降低海水淡化成本的目的，而且可以解决沿海炼化企业用水困难的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的低温余热利用海水淡化***的结构示意图。
1-低温多效蒸发器组；2-凝汽器；3-浸没式蒸汽发生器；4-水泵；5-浓盐水排放泵；6-凝结水泵；7-物料海水升压泵；8-蒸汽管道；9-凝结水管道；10-炼化***的工艺热水来水管道；11-炼化***的工艺热水回水管道；12-浓盐水排放管道；13-产品水回收管；14-海水供给管道；15-海水排放管道。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供一种低温余热利用海水淡化***，如图1所示，包括浸没式蒸汽发生器3及MED***；
浸没式蒸汽发生器3上设有热工质入口、热工质出口、补水口及蒸汽出口；
蒸汽出口通过蒸汽管道8与MED***的第1效蒸发器的管程相连；
MED***的第1效蒸发器的蒸汽凝结水通过凝结水管道9与补水口相连。
浸没式蒸汽发生器3的热工质入口与炼化***的工艺热水来水管道10相连，浸没式蒸汽发生器3的热工质出口与炼化***的工艺热水回水管道11相连。
浸没式蒸汽发生器3为带蒸汽室的管壳式换热器。
管壳式换热器包括壳体、设置在壳体内的换热管束及与壳体相连的蒸汽室，蒸汽室上设有蒸汽出口，热工质入口、热工质出口设置在换热管束两端。
MED***包括海水供给管道14、凝汽器2、低温多效蒸发器组1及海水排放管道15；
海水供给管道14与凝汽器2相连，凝汽器2冷却水出口分别与低温多效蒸发器组1、海水排放管道15相连；
沿蒸汽流动方向，低温多效蒸发器组1中前一效蒸发器的蒸汽出口与后一效蒸发器的蒸汽入口相连，低温多效蒸发器组1的末效蒸发器的蒸汽出口与凝汽器2的蒸汽入口相连；
凝汽器2的冷凝水出口及低温多效蒸发器组1中第二效蒸发器至末效蒸发器的蒸汽凝结水出口均连接有产品水回收管13；
低温多效蒸发器组1中的浓盐水连接浓盐水排放管道12。
浓盐水排放管道12上设有浓盐水排放泵5；
产品水回收管13上设有产品水泵4；
凝汽器2的冷却水出口通过物料海水升压泵7与低温多效蒸发器组1相连。
凝汽器2冷却水出口通过物料海水升压泵7及喷淋装置均匀喷淋到低温多效蒸发器组1中各效蒸发器的换热管束外部。
凝结水管道9上设有凝结水泵6。
本实例的工作过程：炼化工艺热水由炼化工艺热水来水管道10进入浸没式蒸汽发生器3，炼化工艺热水走管程，从换热管束管内流过，然后从热工质出口流出，并由炼化工艺热水回水管道11排出。纯净的蒸馏水作为冷工质由补水口进入浸没式蒸汽发生器3的壳程，在壳体内部，换热管束浸没在蒸馏水中，蒸馏水被换热管束内部的炼化工艺热水加热并蒸发，蒸汽汇聚在蒸汽室内。
浸没式蒸汽发生器3蒸汽室内的蒸汽通过蒸汽管道8进入MED***第1效蒸发器封头，然后进入第1效蒸发器换热管束内部，被管束外部的海水冷却，凝结成蒸馏水，汇入第1效蒸发器淡水室，最后由凝结水管道9回到浸没式蒸汽发生器3壳体内。
海水经海水供给管道14进入凝汽器2，将MED***最后一效蒸发器即末效蒸发器产生的蒸汽冷凝，自身温度升高，一部分作为MED***的物料水经喷淋装置均匀喷淋到MED***各效蒸发器的换热管束外部，剩余的海水则经过海水排放管道15排回大海；在第1效蒸发器中，浸没式蒸汽发生器3产生的蒸汽进入到第1效蒸发器换热管束内部并在管束内冷凝，所释放出的热量使得喷淋到管束上的海水部分蒸发，所产生的蒸汽进入第2效蒸发器，在第2效蒸发器的管束内冷凝，并释放出热量使得喷淋到管束上的海水部分蒸发，所产生的蒸汽进入第3效蒸发器，以此类推。后一效蒸发器的蒸发温度始终比前一效蒸发器的蒸发温度低。喷淋到每一效蒸发器换热管外部的物料水都只有一部分蒸发，剩余的部分(现在称为浓盐水)则在重力作用下流到蒸发器的底部。所产生的蒸汽流入后一效的管束中，并继续发生冷凝，冷凝得到的蒸馏水成为海水淡化的产品水，产品水和浓盐水以逐级自流方式流入到下一效，以简化结构和充分利用热量。产品水汇聚在凝汽器凝结水出口并由产品水泵4抽出，经淡水管道13送至淡水箱。浓盐水在MED***最后一效蒸发器浓盐水排放口被浓盐水泵5排出，经浓盐水排放管道5排回大海。
“热水闪蒸+MED”、“板式换热器+闪蒸器+MED”以及“浸没式蒸汽发生器+MED”三种技术方案，工艺路线在MED工艺流程上基本相似，主要区别在于前端热源利用方式。
(1)“热水闪蒸”、“浸没式蒸汽发生器”和“板式换热器+闪蒸器”三种蒸汽发生方式在技术性的对比详见下表1：
表1
(2)以单机15000t/d MED装置为例，“热水闪蒸+MED”、“浸没式蒸汽发生器+MED”和“板式换热器+闪蒸器+MED”三种工艺路线能耗对比见表2：
对于“热水闪蒸”、“浸没式蒸汽发生器”和“板式换热器+闪蒸器”三种工艺路线，浸没式蒸汽发生器的工艺路线的***能耗较低。
对于单台15000t/d MED，“热水闪蒸”比“浸没式蒸汽发生器”每天的电耗将多出7500kWh(按照电价0.5元/kWh，即3750元)，则一年的运行费用将多出约137万元；
“板式换热器+闪蒸器”比“浸没式蒸汽发生器”每天的电耗将多出9750kWh(按照电价0.5元/kWh，即4875元)，则一年的运行费用将多出约178万元。
所以，浸没式蒸汽发生器+MED最节能，也是最适合的工艺路线。
另外，浸没式蒸汽发生器+MED***和传统低温多效海水淡化***相比，制水成本大大降低：该余热利用低温多效蒸馏海水淡化装置的造水成本可以分为如下几个部分：化学药品消耗、热力消耗、电力消耗、人工工资、福利及管理费用、维修费用、设备折旧费用等。工程的折旧年限以25年计，淡化装置设备利用率以95％计算，其各部分费用如下：
1).化学药品消耗
在原水进入低温多效蒸馏装置前，须加入阻垢剂、消泡剂等。另外，为保证装置的正常远行，应周期性的加入杀生剂。低温多效蒸馏装置每年清洗一次，清洗剂的消耗量根据结垢程度决定。每吨淡水的化学药品费用合计约为0.3元。
2).热力消耗
低温多效蒸馏装置为余热利用，故每吨淡水的热力消耗为0元。
3).电力消耗
低温多效蒸馏淡化工程每吨水的电力消耗1.2kWh，若电价以0.50元/kWh计，低温多效蒸馏淡化的吨水电力成本为0.6元。
4).职工工资福利费用
海水淡化装置自动化程度很高，不需设专人操作和维护。
5).固定资产折旧费用
固定资产的折旧年限为25年，固定资产残值为4％，每吨淡水的固定资产折旧费用约为1.2元。
6).大修及日常检修维修费用
本装置的大修及日常检修维护费取固定资产原值的1.5％，每吨淡化水的大修及检修维修费用为0.48元。
所以，余热利用低温多效蒸馏海水淡化装置造水成本如下：
单位造水成本：2.58元/吨，制水成本大大降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低温余热利用海水淡化***，其特征在于：包括浸没式蒸汽发生器(3)及MED***；
所述浸没式蒸汽发生器(3)上设有热工质入口、热工质出口、补水口及蒸汽出口；
所述蒸汽出口通过蒸汽管道(8)与MED***的第1效蒸发器的管程相连；
所述MED***的第1效蒸发器的蒸汽凝结水通过凝结水管道(9)与所述补水口相连。
2.根据权利要求1所述的低温余热利用海水淡化***，其特征在于：所述浸没式蒸汽发生器(3)的热工质入口与炼化***的工艺热水来水管道(10)相连，所述浸没式蒸汽发生器(3)的热工质出口与炼化***的工艺热水回水管道(11)相连。
3.根据权利要求1所述的低温余热利用海水淡化***，其特征在于：所述浸没式蒸汽发生器(3)为带蒸汽室的管壳式换热器。
4.根据权利要求3所述的低温余热利用海水淡化***，其特征在于：所述管壳式换热器包括壳体、设置在壳体内的换热管束及与所述壳体相连的蒸汽室，所述蒸汽室上设有所述蒸汽出口，所述热工质入口、热工质出口设置在所述换热管束两端。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低温余热利用海水淡化***，其特征在于：所述MED***包括海水供给管道(14)、凝汽器(2)、低温多效蒸发器组(1)及海水排放管道(15)；
所述海水供给管道(14)与所述凝汽器(2)相连，所述凝汽器(2)冷却水出口分别与所述低温多效蒸发器组(1)、海水排放管道(15)相连；
沿蒸汽流动方向，所述低温多效蒸发器组(1)中前一效蒸发器的蒸汽出口与后一效蒸发器的蒸汽入口相连，所述低温多效蒸发器组(1)的末效蒸发器的蒸汽出口与所述凝汽器(2)的蒸汽入口相连；
所述凝汽器(2)的冷凝水出口及低温多效蒸发器组(1)中第二效蒸发器至末效蒸发器的蒸汽凝结水出口均连接有产品水回收管(13)；
低温多效蒸发器组(1)中的浓盐水连接浓盐水排放管道(12)。
6.根据权利要求5所述的低温余热利用海水淡化***，其特征在于：
所述浓盐水排放管道(12)上设有浓盐水排放泵(5)；
所述产品水回收管(13)上设有产品水泵(4)；
所述凝汽器(2)的冷却水出口通过物料海水升压泵(7)与所述低温多效蒸发器组(1)相连。
7.根据权利要求5所述的低温余热利用海水淡化***，其特征在于：所述凝汽器(2)冷却水出口通过物料海水升压泵(7)及喷淋装置均匀喷淋到所述低温多效蒸发器组(1)中各效蒸发器的换热管束外部。
8.权利要求1-4或6-7任一项所述的低温余热利用海水淡化***其特征在于：所述凝结水管道(9)上设有凝结水泵(6)。
9.一种海水淡化方法，其特征在于：采用MED***进行海水淡化，浸没式蒸汽发生器(3)产生蒸汽为MED***提供热源。
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|---|---|---|---|---|
| CN108190988A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-22 | 常州思宇知识产权运营有限公司 | 一种利用烟气余热的热管式海水淡化装置 |
| WO2022046136A1 (en) | 2020-08-28 | 2022-03-03 | Saudi Arabian Oil Company | Utilizing waste heat for thermal desalination |
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