专利名称：低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统的制作方法
技术领域：
本发明系统涉及低温多效海水淡化装置物料水供水系统，本系统可对应不同的海 水盐度变化和负荷变化，调整新鲜海水物料水的供水量，同时可维持主要蒸发器各效物料 水喷淋量不变，可控制低温多效海水淡化装置最终排放盐水浓度，在海水低盐度、低负荷情 况下减少盐水排放量提高系统效率。
背景技术：
低温多效海水淡化设备物料水供水系统目前一般采用一级平流供水，多级逆流喷 淋供水等系统。一般海水淡化项目对最终盐水排放浓度没有严格要求，目前的物料水系统 一般不考虑最终盐水排放浓度。目前国内部分海水淡化项目提出循环经济和多联产构想，利用海水淡化设备排放 盐水作为制盐和盐化工产业原料，对海水淡化最终排放盐水浓度提出要求，上述低温多效 海水淡化设备为达到控制盐水排放浓度一般采用控制物料水喷淋量和盐水再循环方式。调 整物料水喷淋量将使各效物料水量有可能大于或小于最佳喷淋量，喷淋量偏大会对设备效 率产生不利影响，喷淋量过小易造成蒸发器结垢，对安全带来不利影响，因此喷淋量调节范 围不能过大。盐水再循环控制最终盐水排放浓度方式是一种简便有效的方法，以最高海水 盐度设计低温多效海水淡化设备物料水喷淋系统，在低海水盐度情况下通过将部分浓盐水 返回物料水系统，提高物料水系统盐度至最高设计物料水盐度值，保证最终低温多效海水 淡化设备盐水排放浓度在设计值。低温多效海水淡化设备在物料水海水低盐度情况下，可 以提高蒸发器的有效换热温差，提高设备效率，海水低盐度可以降低蒸发器设备结垢倾向， 采用盐水再循环方式维持设备任何时候均在高盐度工况，不利提高设备效率和安全性。图1为多级盐水再循环式物料水供水系统事例，蒸发器采用12效，采用三级顺流 物料水供水，最终盐水排放浓度由调节盐水再循环量控制。第ι效至第4效为一效组，第5 效至第8效为二效组，第9至第12效为三效组，此方案一效组的盐水作为二效组的物料水 供水，二效组的盐水作为三效组的物料水供水。可以想象，设计上很难实现一效组盐水量正 好对应二效组的物料水量，二效组盐水量正好对应三效组的物料水量，这样就很难保证各 效物料水喷淋量均在最佳状态。即便额定工况设计可以使各效均达到最佳物料水供水量， 在负荷变化时各效盐水量和物料水供水量比例发生变化，将不能保证各物料水效组供水均 在最佳喷淋水量上。从图1系统图中可以看出控制最终盐水排放浓度采用盐水泵后将浓盐水再循 环，进入一级物料水供水，保持一级物料水盐度在最高设计盐度下，才能保证最终盐水排放 浓度满足要求。如果此时设备负荷降低，最终盐水浓度仍然会降低，如需要保证最终盐水排 放浓度，只有进一步加大盐水再循环量，造成的将是一级物料水盐水浓度增加过大。因此此 系统方式对于多级逆流物料水供水系统尚可，对于顺流多级物料水供水系统更为不利，因 为顺流系统此时盐水浓度增加最大的是高温效，对设备的结垢影响较大，低温效此时和原 额定负荷时变化不大。
发明内容
本发明低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统的目的在于能够实现盐 水最终排放浓度的可控。为此本发明系统提出如下技术方案低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统采用多级供水，设置多级供水母 管，由新鲜海水提供的物料水进入一级物料水供水供水母管，不同对应效的盐水供应至不 同的各级物料水供水母管，相邻物料水供水母管之间设连通装置，以调节不同物料水供水 母管之间供水量，除最后一级外各级物料水供水量设计均为各效最佳物料水喷淋量，最后 一级物料水总供水量大于本级各效需要物料水量之和。各级物料水供水量低于本级各效物 料水最佳需要量时，由下一级物料水供水母管向上一级供水母管调整供给。当海水盐度下 降，或设备负荷降低，最终盐水排放浓度降低时，减少新鲜海水作为物料水的供应量，一级 物料水供水量的不足由二级物料水供水母管供给，以此类推，下一级物料水向上一级物料 水补充供水，保证各效的最佳物料水供水量，由于末级设计供水总量大于需要，可保证末级 物料水供水在最不利工况不低于本级各效物料水供水需要。末级物料水的供水量设计应按 最低海水盐度和设备最低负荷工况条件下满足末级各效物料水的最佳供水量进行。各级物料水供水母管之间的连通装置是调节阀。各级物料水供水母管之间的连通装置还可以是连通管，即各级供水母管之间自 然联通，形成一总供水母管，该总供水母管的末级设置溢流调节阀，控制物料水总量，达到 各效物料水供水量自然平衡方式。另外，部分相邻物料水供水母管之间的连通装置采用调节阀，部分相邻物料水供 水母管之间的连通装置采用连通管。即部分级之间采用自然调节，部分级之间采用控制调 节。本发明具有如下有益效果以上系统方式适用于低温多效海水淡化装置顺流多级物料水供水系统，也适用于 逆流多级物料水供水系统，对于顺流多级物料水供水系统效果更佳。本发明物料水供水系统方式可通过调节各级物料水供水之间的重叠度，达到控制 末效最终盐水排放浓度。在部分地区，如靠近河口地区，随季节性海水盐度变化较大，在海 水低盐度季节可以降低海水作为物料水的供水量，通过各级物料水之间增加下一级向上一 级物料水的供水，保证各效物料水量不变，由于低温多效海水淡化设备蒸发产水量不变，设 备整体盐水浓缩倍率提高，保证了最终排放盐水浓度在设计范围内。在低温多效海水淡化 设备低负荷工况，由于物料水的喷淋水量不能等比例降低，对应等量物料水供水量蒸发量 的降低将造成设备整体盐水浓缩倍率降低，最终排放盐水浓度下降，本发明系统也可采用 上述相同方式，在设备低负荷工况调高设备盐水的浓缩倍率，维持正常的最终盐水排放浓 度。本发明物料水供水系统方式和盐水再循环方式相比，在同样保证最终排放盐水浓 度条件下，可降低各级物料水供水的盐度，特别是对于一级供水。盐水再循环保证最终盐水 排放浓度的方式是通过将最终排放盐水部分回流，使一级物料水供水一直在设计最高物料 水盐度工况下工作，以达到保证最终盐水排放浓度的要求。而对于设备低负荷工况为保证
4盐水排放浓度，必须增加盐水再循环流量，即需要一级物料水供水盐度要在高于最高设计 海水盐度情况下工作，才能保证最终盐水排放浓度。本发明系统是通过增加下一级物料水 供水向上一级物料水供水的重叠供水实现盐水的浓缩倍率提高，也可以理解为是部分盐水 增加了喷淋蒸发次数提高了盐水的浓缩倍率，本方式仅末级物料水供水系统各效盐水浓度 维持设计要求值，第一级物料水供水维持新鲜海水的盐度，除末级物料水外前面各级物料 水供水系统对应效的物料水及盐水浓度均低于盐水再循环方式。盐度降低可带来的第一个好处是蒸发器效间平均有效换热温差提高。海水由于含 盐产生沸点升高的现象，沸点升高值受到盐度、温度的影响，盐度、温度越高沸点升高值越 大。以海水淡化项目季节性海水盐度变化在25-35之间为例，如一效盐水温度为65°C，计算 最高和最低盐度之间沸点升高值的差在0. 125°C，此温度差对于低温多效海水淡化设备的 换热影响还是比较大的。相同情况下采用盐水再循环方式，如要保证最终盐水浓度不变，在 海水低盐度情况下需要采用浓盐水再循环，保证一级物料水盐度仍维持在35才能保证最 终盐水的排放浓度，则不会带来上述的好处。如前三效或四效能够维持低盐度运行，综合换 热温差相差还是比较大的，效间有效温差的提高可提高设备的换热效率，提高设备的造水 比，降低冷却水流量。盐度降低带来的第二个好处是降低了设备结垢的倾向，特别是对于多级顺流物料 水供水系统，由于高温效物料水盐度降低，大大降低了设备的结垢的发生，如果可能可在低 盐度工况适当提高低温多效海水淡化设备的整体温度水平。整体温度水平的提高可以提高 TVC的引射系数，提高低温多效海水淡化设备的造水比，提高效率。整体温度水平的提高使 末效温度提高，可降低冷却凝汽器的循环水量，降低运行费用。以上两项均可在一定程度上 降低制水成本。对于多级顺流物料水供水系统一级物料水供水在最高温度效组，在海水低盐度或 低负荷工况，二级物料水供水向一级物料水增加的补充供水由一级物料水供水效组低温效 一侧补入，二级高盐度物料水进入的是一级效组的低温效，避开了高温效进入高盐度物料 水。同时二级向一级物料水效组增加供水是在海水低盐度和设备低负荷情况下发生，并且 重叠供水量越大对应二级物料水的供水盐度越低，因此对于高一级物料水供水盐度影响相 对增加不大。同样情况对于逆流多级供水系统也是可用的，只是两级物料水之间的物料水 调节连通管需要接至上一级供水效组的反向低温效侧，保证高盐度物料水首先进入对应效 组的低温效。本发明的系统方式可保证全部或大部分低温多效海水淡化设备各效的物料水喷 淋量在海水盐度变化或负荷调整时均处于最佳状态。作为一级平流供水系统，需要调节最 终盐水浓度或负荷调整时，可在一定范围内调整物料水供水量，物料水供水量的变化必然 造成各效物料水喷淋量偏离效的最佳喷淋量。对于常规的多级物料水供水系统，在物料水 系统设计时由于各物料水供水效组间供水量设计不容易均处于最佳状态，部分效组的物料 水供水量需要适当偏离最佳供水量。同时在设备运行负荷变化时部分物料水供水的效组流 量也要偏离最佳物料水喷淋量，这是因为二级物料水取自一级物料水供水效组的盐水，当 负荷降低时，一级物料水效组蒸发量减少，二级物料水供水量必然增加，二级物料水效组盐 水作为三级物料水，二级物料水效组蒸发量减少，三级物料水供水量增加量会更大，造成部 分效组蒸发器偏离最佳的各效物料水喷淋量。物料水喷淋量偏离最佳喷淋量时，如喷淋量过大将造成系统效率下降，如喷淋量过小，易造成蒸发器表面结垢，威胁设备安全。本发明 系统各效物料水喷淋量处于最佳状态可以提高设备效率，可以避免设备结垢等对蒸发器造 成的安全威胁。低温多效海水淡化设备在启动过程初期，由于末效凝汽器没有开始工作，物料水 温度上不去，加热蒸汽较长时间消耗在加热物料水上，加热后盐水又大量排出设备，造成启 动时间加长。本发明系统在启动初期除短时降低物料水喷淋密度以外，物料水各级之间可 以采取较大的重叠供水方式运行，使热盐水回流，用于提高物料水的进水温度，这样可以达 到缩短低温多效海水淡化设备启动时间的目的。
图1为多级盐水再循环式物料水供水系统事例；图2为本发明低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统一个较佳实施例；图3为本发明低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统另一个较佳实施 例；图4为低温多效海水淡化装置一级平流物料水供水系统的实例。
具体实施例方式为能使贵审查员清楚本发明的组成，以及实施方式，兹配合图式说明如下图2为低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统一个较佳实施例，该低温 多效海水淡化设备采用12效，物料水采用三级喷淋，设两级中间物料水换热加热器，第1效 至第5效为一级高温效组，由新海水作为供水水源；第6效至第9效为二级中温效组，采用 4效盐水作为供水水源；第10效至第12效为三级低温效组，7效盐水作为供水水源。各级 通过物料水供水母管提供物料水，新鲜海水进入一级物料水供水母管1作为一级高温效组 的供水，第4效排放的盐水进入二级物料水供水母管2作为二级中温效组的供水，第7效排 放的盐水进入三级物料水供水母管3作为三级低温效组的供水。一、二级物料水供水母管 之间设有第一流量调节阀A，二、三级物料水供水母管之间设有第二流量调节阀B。设计时， 除最后一级物料水供水量外各级物料水供水量均为各效最佳物料水喷淋量，最后一级物料 水供水总量大于本级各效需要物料水量之和，各级物料水供水量低于本级各效物料水最佳 需要量时，由下一级物料水供水母管向上一级供水母管调整供给。当新海水盐度降低或负荷降低时，可减少一级物料水供水量，一、二级物料水供水 母管之间的第一流量调节阀A增加开度，加大二级物料水供水母管向一级高温效组的物料 水供水量，二级中温效组物料水量的不足，通过三级物料水补充。三级物料水量在海水高盐 度情况下，由于效组间重叠供水量减少，使得喷淋量增加，以保证蒸发器下层盐水浓度不超 标。在低盐度情况下，效组间重叠供水量增加，使得喷淋量减少，但相对盐度仍处于较低水 平，可保证设备的安全。从系统图上可以看出，在二级物料水向一级物料水供水母管增加供水量时，首先 进入5效，然后进入4效，二级物料水中高盐度物料水首先进入的是一级高温效组中的低温 效，效组间供水重叠度高时应为海水盐度低的状态，二级物料水盐度应较低，这样对设备结 垢的影响也处于较低的状态。
从系统图上还可以看到，三级物料水供水是5 7效的盐水，在海水高盐度情况 下，二、三级物料水供水母管间重叠供水量很小，5效物料水大部分为新鲜海水的一级物料 水，5效盐水的盐度是低的，对应7效盐水浓度相对可以较低，可降低对三级物料水效组蒸 发器结垢影响。在海水低盐度情况下，5效物料水均为二级喷淋物料水，但此时二级物料水 盐度也相对较低，对三级物料水效组蒸发器结垢的影响也可以降低。同时三级物料水取水 自7效盐水，三级物料水对二级物料水重叠供水一般不会到达7效，这样保证了三级物料水 供水盐度处于较低的状态。从图1公开的系统方式可以看出，通过各级物料水供水母管之间供水量的调节， 可以精确控制一级和二级物料水供水效组中各效蒸发器的物料水喷淋量，不会因为海水浓 度变化或设备负荷变化造成喷淋量的波动。只有三级物料水供水量会随着海水盐度和设备 负荷变化喷淋量发生变化，但三级物料水在设备的最末几效，喷淋量增加对产水量的影响 是最小的。图3公开的系统方式和图1基本相同，同样是多级叠置调节物料水供水系统一个 实例，蒸发器各效布置方案和图1公开的一致，不同之处是将三级物料水供水母管组合成 一个总供水母管，各级物料水通过该总供水母管的不同部位供给。由于为一根母管，压力一 致，各效物料水供水管节流孔板调整好之后，物料水总量变化，均可以按总流量的比例供应 各效的物料水。末效之后设溢流调节控制阀D，控制总供水母管的总流量，可使各效物料水 的供水量在海水盐度变化和负荷变化时均基本处于最佳状态。但本系统需要注意三级物料 水供水各效，需要控制最大盐水浓度。末级物料水供水量大部分工况大于各效物料水需要量，可考虑设置末效物料水溢 流调节排放至对应温度效的盐水侧，物料水的减少可适当提高设备效率。由于末级物料水 盐度最高，如影响末级蒸发器造成下层盐水浓度过高，也可考虑任何情况下末效盐水全部 进入末级各效，增加物料水的喷淋密度。以上仅举出两个方案实例，还可以采用部分相邻物料水供水母管之间的连通装置 采用调节阀，部分相邻物料水供水母管之间的连通装置采用连通管。部分级之间采用自然 调节，部分级之间采用控制调节。前面各级采用自然平衡，末级由于物料水供水量变化较 大，压力变化较大，和前面级之间采用调节阀进行流量协调控制。本发明系统方案可对不同 低温多效海水淡化装置方案考虑使用，同样可达到较好的效果。图4为一低温多效海水淡化装置一级平流物料水供水系统的实例，由于采用一级 物料水供水系统，盐水仅经过一次浓缩，盐水排放浓度不容易达到很高。由于各效物料水喷 淋密度受上限和下限限制，通过调整物料水喷淋量调节最终盐水排放浓度可调节的范围非 常有限。本系统也可以采用盐水再循环方式调节最终盐水排放浓度，系统简单，控制方便， 但和多级顺流物料水供水系统相比，高温效盐水浓度偏高，对蒸发器结垢的控制不利，可达 到的最终盐水排放浓度要低于多级顺流物料水供水系统。
权利要求
低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统，包含多个串联的蒸发器效，其特征在于采用多级供水，设置多级供水母管，相邻物料水供水母管之间设连通装置。
2.如权利要求1所述的低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统，其特征在 于该连通装置为流量调节阀。
3.如权利要求1所述的低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统，其特征在 于该连通装置为连通管，即各级供水母管之间贯通，形成一总供水母管，该总供水母管的 末端设置有溢流调节装置，控制物料水总量，达到各效物料水供水量自然平衡方式。
4.如权利要求1所述的低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统，其特征在 于部分相邻物料水供水母管之间的连通装置采用流量调节阀，部分相邻物料水供水母管 之间的连通装置采用连通管。
5.低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统的实现方法，其特征在于采用多 级供水，设置多级供水母管，相邻物料水供水母管之间设连通装置，以调节不同物料水供水 母管之间供水量，除最后一级物料水供水量外各级物料水供水量均为各效最佳物料水喷淋 量，最后一级物料水供水总量大于本级各效需要物料水量之和，各级物料水供水量低于本 级各效物料水最佳需要量时，由下一级物料水供水母管向上一级供水母管调整供给。
6.如权利要求5所述的低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统的实现方法， 其特征在于该连通装置为流量调节阀。
7.如权利要求5所述的低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统的实现方法， 其特征在于该连通装置为连通管，即各级供水母管之间贯通，形成一总供水母管，该总供 水母管的末端设置有溢流调节装置，控制物料水总量，达到各效物料水供水量自然平衡方 式。
8.如权利要求6所述的低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统的实现方法， 其特征在于该溢流调节装置将物料水排放至相应温度效的盐水侧。
9.如权利要求5所述的低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统的实现方法， 其特征在于部分相邻物料水供水母管之间的连通装置采用流量调节阀，部分相邻物料水 供水母管之间的连通装置采用连通管。
10.如权利要求5至9中任一权利要求所述的低温多效海水淡化多级叠置调节物料水 供水系统的实现方法，其特征在于当最后一级蒸发器效组排放的盐水浓度过高时，将其排 放的盐水返回最后一级蒸发器效组的各效作为物料水再次进行喷淋。
全文摘要
本发明低温多效海水淡化多级叠置调节物料水供水系统，包含多个串联的蒸发器，采用多级供水，设置多级供水母管，相邻物料水供水母管之间设连通装置，以调节不同物料水供水母管之间供水量，除最后一级物料水供水量外各级物料水供水量均为各效最佳物料水喷淋量，最后一级物料水供水总量大于本级各效需要物料水量之和，各级物料水供水量低于本级各效物料水最佳需要量时，由下一级物料水供水母管向上一级供水母管调整供给，采用本发明的技术方案，能够实现盐水最终排放浓度的可控。
文档编号C02F9/10GK101885549SQ20101022246
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者任晓东, 刘利, 危元华, 彭红文, 李丁, 王德义 申请人:中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司