用于低温多效海水淡化装置的TVC泵设计与试验研究

真空基础 蔡海涛 杭州职业技术学院

  近些年来,各国新建的日产淡水万吨级以上的非膜法海水淡化装置,大多采取带有TVC泵的低温多效蒸发模式。TVC泵在真空行业又称作水蒸汽喷射泵,本文结合日产淡水万吨级的国产化大型低温多效海水淡化装置的工程案例与实践,介绍了TVC泵的工作原理,对TVC泵的参数设计进行了探讨。为了满足该TVC泵具有调节工作蒸汽流量的功能的要求,本工程案例采用具有自有知识产权的可调式TVC泵的设计方案,并在大型实验平台对TVC泵进行实物模拟试验,对试验数据进行了初步研究,为今后设计适用于大型低温多效蒸发海水淡化工程的TVC泵,提供了可借鉴的、宝贵的设计案例与工程实践。

  全球商业运营的日产万吨级以上的大型的海水淡化方法只有多级闪蒸(MSF) 、低温多效蒸发(LTMED)和反渗透(RO) 三种。多级闪蒸的工作顶温一般在120℃以上,低温多效蒸发的工作顶温一般不超过70℃,与多级闪蒸相比较,低温多效蒸发的工作顶温低,可?#38498;?#22823;程度地减缓设备的结垢与腐蚀;反渗透膜法的海水预处理要求高、操作压力高、淡水的残留盐含量高,而低温多效蒸发的海水预处理简单、操作压力低、淡水的残留盐含量低;所以低温多效蒸发在全球商业运营的大型海水淡化装置中,正拥有越来越多的用户。

  目前,各国新建的日产淡水万吨级以上的非膜法海水淡化装置大多是带有TVC泵的LT-MED 模式,而?#20197;?#34892;方式基本上是与热电厂结合,可以充分地利用热电厂的余热进行淡水与电力的联产,有效地降低淡水的造水成本。为了进一步降低造水的能?#27169;?#30495;空技术网(http://www.qbjic.club/)认为将LT-MED 装置与TVC泵技术藕合已成为当今LT-MED 海水淡化装置的发展趋势。

  1、低温多效海水淡化简介及国产化大型装置工程案例

  低温多效蒸发( low-temperature multi-effect distillation,简称“LT-MED”) ,是指海水的最高蒸发温度低于70℃的海水淡化技术。它的多效低温蒸发器是由若干个喷淋?#30340;?#33976;发器串联起来,后面1 效蒸发器的蒸发温度均低于前面1 效蒸发器,该多效低温蒸发器在真空负压的工况下输入海水和一定量的工作水蒸汽,通过多次蒸发和冷凝,从而获得大约8 ~10 倍于工作水蒸汽量的蒸馏水的海水淡化过程。

  LT-MED 造水成本低主要归结于它的低温运行方式,人们可以利用多种形式的低位热源,如太阳能、工业余?#21462;?#21160;力机组的冷却水等,?#20302;?#33104;蚀与结垢现象大大减轻,海水预处理简单,运行与维护成本低廉。

  图1 显示了华北某发电企业在几年前试运营后投产的国产化大型LT-MED 海水淡化装置工艺流程图,该装置的设计淡水产量为12000 t /日。该装置为6 效蒸发器,其中再循环效4 效,直流效2 效。我方承担了该项目的真空?#20302;?#21644;TVC泵的设计、制造和现场调试等工作。目?#26696;?#35013;置已正常运营超过2年,真空技术网(http://www.qbjic.club/)认为经济与社会效益明显。

 6 效LT-MED 海水淡化装置工艺流程图

图1 6 效LT-MED 海水淡化装置工艺流程图

  由于LT-MED 装置需要真空?#20302;?#26469;维持其多效蒸发器的正常运行工况,所以在工程实践中一般选用水蒸汽喷射真空机组来实现,因为这种类型真空机组的工作介?#36866;?#27700;蒸气,对产出的淡水无污染,没有机械传动与转动部件、无振动、?#36879;础?#20813;维护,适合24 h 连续运行?#32479;?#24180;长期运行。

  该工程项目要求设备年平均运行小时数不小于8000 h。考虑到长年连续运行,要求装置的负荷随着海水温度和季节用水量的变化,应?#26412;?#26377;40% ~110%负荷的调节能力。即要求该装置在负荷范围从110%变到40%皆可以正常操作,具有较大的操作弹性,?#20197;?#27700;比不受影响。

  图1 所示的TVC泵是调节负荷、提高造水?#21462;?#33410;?#32423;?#21147;蒸汽和降低运营成本的关键设备。原先国内已经运营的同类装置中TVC泵大多是从国外引进,在本项目中,我们首次采用具有自主知识产权的国产化的大型TVC泵,其造价只有引进的1 /10 左右。在调试中,最高的造水比达到1:11,即每消耗1 t 动力蒸汽可获得11 t 蒸馏水。

2、试验结论

  (1) 通过调节可调式TVC泵的芯棒相对位置以改变其喷嘴喉部面积,TVC泵的工作蒸汽和混合蒸汽流量的范围相应会有较大幅度的变化,选取?#23454;?#30340;调节区间,可以满足制淡水量在40% ~ 110% 之间可以调节的实?#36866;?#29992;要求。

  (2) 只要选择较理想的喷嘴距,可调式TVC泵的喷嘴喉部面积变化时,其引射蒸汽的流量、压力和温度的变化范围均很小,这对于保障大型低温多效蒸发海水淡化装置的工况稳定性,具有非常现实的意义。