多效蒸馏：技术特点及应用（海水淡化技术）

多效蒸馏是一种较早应用的海水淡化技术，多效蒸馏的垂直管、水平管、浸没式均有商业使用的装置。由于结垢和腐蚀等问题，后被多级闪蒸法所取代。几十年来，虽然在结构、材料、工艺等方面作了许多研究和改进，但至今市场的占有率仍然较低。多效蒸馏法在传统效率、泵的能耗等优于多级闪蒸法，因此它仍然有较好的发展前景。20世纪60年代末，以色列的IDE公司开发了低温多效蒸馏技术，克服了早期多效蒸馏结垢严重的问题，使多效蒸馏恢复了在海水淡化领域中主流技术地位。

（一）低温多效蒸馏法原理

所谓低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度约70℃的海水淡化技术，其特征是将一系列的水平管将膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水的海水淡化技术。低温多效海水淡化的工艺流程如图3-7所示。

图3-7　水平管低温多效蒸馏海水淡化工艺流程

海水首先进入冷凝器中预热、脱气，而后被分成两股物流。一股作为冷却水排回大海，另一股作为蒸馏过程的进料。进料海水加入阻垢剂后被引入到蒸发器的后几效中。料液经喷嘴被均匀分布到蒸发器的顶排管上，然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发。二次蒸汽在下一效中冷凝成产品水，剩余料液由泵输送到蒸发器的下一个效组中，该组的操作温度比上一组略高，在新的效组中重复喷淋、蒸发、冷凝过程。剩余的料液由泵往高温效组输送，最后在温度最高的效组中以浓缩液的形式离开装置。

生蒸汽被输入到第一效的蒸发管内并在管内冷凝，管外海水产生与冷凝量基本等量的二次蒸汽。由于第二效的操作压力要低于第一效，二次蒸汽在经过汽液分离器后，进入下一效传热管。蒸发、冷凝过程在各效重复，每效均产生基本等量的蒸馏水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝。

第一效的冷凝液返回蒸汽发生器，其余效的冷凝液进入产品水罐，各效产品水罐相连。由于各效压力不同使产品水闪蒸，并将热量带回蒸发器，因此，产品水呈阶梯状流动并被逐级闪蒸冷却，回收的热量可提高系统的总效率。被冷却的产品水由产品水泵输送到产品水储罐。这样生产出来的产品水是平均含盐量小于5mg/L的纯水。

浓盐水从第一效呈阶梯状流入一系列的浓盐水闪蒸罐中，过热的浓盐水被闪蒸以回收其热量。经过闪蒸冷却之后的浓盐水最后经浓盐水泵排回大海。

不凝气从每一效的冷凝管中抽出，最后在冷凝器富集，由真空泵抽出。

（二）低温多效蒸馏法的特点

蒸馏法海水淡化技术各有特点和应用场合，相比较而言，低温多效蒸馏海水淡化技术的特点如下。

（1）由于操作温度低，避免或减缓了设备的腐蚀和结垢。

（2）进料海水的前处理简单。海水进入低温多效装置之前只需经过筛网过滤和加入5mg/L左右的阻垢剂即可，而多级闪蒸必须进行加酸脱气处理，反渗透的前处理要求更高。

（3）系统的操作弹性大。在高峰期，该淡化系统可以提供设计值110％的产品水；而在低谷期，该淡化系统可以稳定地提供额定值40％的产品水。

（4）系统的动力消耗小。低温多效系统用于输送液体的动力消耗很低，产品水的动力消耗只有0.9～1.2kW·h/m3左右。

（5）系统的热效率高。30多℃的温差即可安排12以上的传热效数，从而达到10左右的造水比。

（6）系统的操作安全可靠。在低温多效系统中，发生的是管内蒸汽冷凝而管外液膜蒸发，即使传热管发生了腐蚀穿孔而泄漏，由于汽侧压力大于液膜侧压力，浓盐水也绝对不会流到产品水中，充其量只会产生蒸汽的少量泄漏而影响造水量。

（7）低温多效海水淡化出水水质好，产品水的含盐量小于5mg/L。相比之下，采用反渗透法要达到如此高的水质，必须采用两级反渗透。

（8）低温多效蒸馏的产品水为脱氧水，反渗透产品水为含氧水。

（三）多效蒸馏法的流程(www.xing528.com)

多效蒸馏法的工艺流程主要有三种：顺流、逆流和平流。

（1）顺流。顺流是指原料液和加热蒸汽都是按第一效到第二效到第三效的次序进行。其特点是：①由于多效的真空度依次增大（压力降低），原料液在各效之间的输送不必用泵，料液依靠压力差自然流动到下一效；②由于温度依次降低，料液从前一效通过下一效时就发生闪蒸，并产生淡水。

（2）逆流。逆流是指进料流动的路线和加热蒸汽的流向相反。

（3）平流。平流是指各效都单独平行加料，不过加热蒸汽除第一效外，其余各效皆用的第二次蒸汽。

海水淡化获取淡水时，由于顺流的热效率比逆流和平流的都高，常采用顺流。

（四）低温多效海水淡化的应用

低温多效蒸馏海水淡化技术，可利用电厂、化工厂或低温核反应堆提供的低品位蒸汽，将海水多次蒸发和冷凝达到较高的造水比（10左右），特别适合于利用低位余热的大中型海水淡化使用。低温多效蒸馏海水淡化技术生产的蒸馏水纯度极高（盐度小于5mg/L），可作为锅炉的补充用水、生产过程的工艺用水或者大规模的市政饮用水供水。该技术在国外已有20多年的发展历史，目前最大装置产量为24万m3/d，已有数百台1000m3/d以上的装置在世界各地运行。

低温多效蒸馏海水淡化技术以明显的技术优势及装置组合的灵活性，使它可以利用各种形式的低位热源，目前成功的运行方式有以下几种。

1.与火力发电厂结合，水电联产

可以从绝压0.2～0.4kg/cm2的任何地方背压抽气造水。与抽取2～3kg/cm2背压蒸汽的高温蒸馏系统相比，低温多效海水淡化装置允许蒸汽在透平机中进一步膨胀做功，减少发电损失，提高发电机组效率，使电厂热效率从35％提高到65％左右。如只能提供压力为2～3kg/cm2的蒸汽，可利用高压蒸汽将淡化装置的低压蒸汽压缩得到更多的加热蒸汽，提高淡化装置的造水比。

2.利用柴油发电机的热量

在柴油发电机中，大部分废热通过其废气、缸套水和冷却油排放。这部分热量占柴油燃烧所放出热量的40％～50％，如果将此热量回收用于海水淡化，可使柴油发电机的效率提高到80％以上。利用这种流程，每1000kW的发电机组，每天可以生产300～400m3蒸馏水。

3.与固体废物燃烧炉结合

这类应用可通过废热锅炉产生蒸汽供给低温多效淡化装置造水，在大多数情况下，利用中间蒸汽透平发电后再造水会更经济（如垃圾电站与海水淡化的结合）。

4.利用工业冷却水、工业废气造水

通过板式换热器或热管换热器将热量传递给中间介质，以防止污染产品水。回收了热量的中间介质在闪蒸室闪蒸后又回到换热器循环，而产生的蒸汽引入到低温多效淡化系统用于造水。

5.利用太阳能、地热造水

同利用工业冷却水、工业废气造水一样，利用太阳能、地热可通过板式换热器将热量传递给中间料液，中间料液在一个闪蒸室闪蒸后又回到换热器循环，而产生的蒸汽引入到低温多效淡化系统用于造水。