2.5萬噸/日低溫多效海水淡化啟動調試探討

吳志奇,高燕寧,張立軍,張建華

（1.河北國華滄東發電有限責任公司,河北 滄州 061001；2.國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊050021）

1 概述

某電廠一期工程安裝2×600MW國產亞臨界燃煤機組，二期工程安裝2×660MW國產超臨界燃煤機組，現已建成投產。憑借電廠瀕臨渤海的優勢，利用電廠一、二期工程四臺機組抽汽，采用海水淡化工藝技術制取淡水，在滿足電廠自用淡水需求的同時，實施“水電聯產”，分期逐步擴大向該地區供應生產生活淡水。

低溫多效海水淡化技術是指鹽水的最高蒸發溫度約70 ℃的海水淡化技術，其特征是將一系列的水平管降膜蒸發器串聯起來并被分成若干效組，用一定量的蒸汽輸人通過多次的蒸發和冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水的海水淡化技術。本文就以某電廠2.5萬噸/日低溫多效海水淡化系統為例，對海水淡化系統及調試要點進行分析探討。

2 系統設計

本工程海水的外部供應由電廠循環水泵房的循環水泵經中間海水提升泵升壓送至海水淡化設備前。系統采用“7+3”效低溫多效蒸餾海水淡化裝置，10效蒸發器串列式水平布置。動力蒸汽經蒸汽熱壓縮噴射器(TVC)從第從第7效的末端抽汽，進入第一效蒸發器作為加熱蒸汽。物料海水提供平行進料方式，在4、7、9效各設置1個回熱加熱器，抽取部分二次蒸汽預熱物料海水，減小物料水的過冷，提高裝置產水效率。第10效后面設置凝汽器，冷凝第10效產生的蒸汽，同時加熱全部進料海水。

系統是在負壓下運行，采用3級蒸汽噴射器，從凝汽器、第1效、第4效和第7效換熱管末端抽不凝結氣，維持系統運行真空度；設置啟動蒸汽噴射器，供設備啟動時快速達到設定的真空度，縮短啟動時間，（見表1）。

表1 海水淡化系統主要設計參數

3 重點分系統調試

3.1 各效流量匹配調整

各效進口流量不僅對系統出力有較大影響，也是保證經濟性的基礎，應高度重視，盡可能精確調整物料水量的供應，避免偏差過大。系統設計額定工況物料水供水總量為3440t/h，前三效物料水量為450t/h，4-7效物料水量各為425t/h，后三效物料水量為130t/h調整后各效進效流量見下表，各效進效流量與設計值的偏差控制小于5%，（見表2）。

3.2 抽真空試驗及真空衰減試驗

低溫多效蒸餾的基礎是保證系統能連續處于一定的真空條件下，建立連續的蒸發和冷凝過程，因此，系統真空嚴密性必須達到設計要求，否則不僅影響各效的蒸發量，也會因為不凝氣體的漏入導致系統無法連續運行。

海水淡化裝置于2013年12月10日13:30到21:30進行了真空衰減試驗，試驗有效時間為8個小時，起始真空為7.3kpa。試驗過程的真空衰減線如圖所示：

真空嚴密性試驗曲線

由表4數據可計算出系統真空平均衰減速率＝（14.8－7.3）/8＝0.94 kPa/h即每小時真空衰減0.94kpa。設計要求真空衰減速率小于1kpa/h即符合熱力計算要求。因此海水淡化裝置真空衰減率達到了設備制造廠的設計要求，可以滿足本套海水淡化系統正常運行的需要。

3.3 進汽端加熱蒸汽溫度的調整

減溫前的加熱蒸汽溫度相對恒定在320℃，通過一級減溫水使TVC前蒸汽溫度在180℃，高于飽和蒸汽溫度25℃，并保證進入TVC的加熱蒸汽不得帶水。保證減溫器噴水量有充分的調節安全空間。減溫水量通過減溫水調節閥進行相應調整，理論上一級減溫水流量調整范圍是3-10t/h左右。不同蒸汽壓力和蒸汽流量下一級減溫水流量，（見表3）。

表3 不同蒸汽壓力和蒸汽流量條件下系統運行參數

表2 各效物料水流量調整過程及調整結果

加熱蒸汽二級減溫水量通過手動門調整，設計流量為3.83 t/h，但調試過程中發現無需達到設計流量，通常為1.6～1.9t/h即可滿足要求，目前固定在2.0t/h，可將TVC壓縮后的加熱蒸汽保持在飽和蒸汽狀態，能夠滿足蒸發器進汽端的溫度控制要求。在負荷100%狀態，實際觀察到蒸發器進汽端的溫度通常略高于飽和蒸汽溫度2.6～3.5℃，接近于效間飽和溫差。

3.4 TVC-MED負荷的調整

負荷調整的主要手段是控制調節錐的位置，調試期間調節錐的位置由操作員進行設定。根據設計，裝置的負荷與第1效凝結水溫度、第10效鹽水溫度的差值成正比的，用此“溫差值”來控制蒸汽噴射壓縮器（TVC）噴嘴調節錐的位置，控制蒸汽流量，完成負荷調整。因此要求記錄40%～110%時的加熱蒸汽流量、1效凝結水溫度和第10效鹽水溫度，為負荷自動提供數據，（見表4）。

表4 1效凝結水溫度Tc和10效鹽水溫度T10的差值與負荷率的關系

表4的數據均為某一時刻的瞬時值，因此，單就上述瞬時值來看，海水淡化裝置的負荷率與一效凝結水溫和十效鹽水溫度之差（Tc-T10）的比例關系并不顯著，但仍可看出基本規律：總體上當本套海水淡化裝置負荷率高時，相應的（Tc-T10）高。此處淡化裝置的負荷率定義為裝置的實際總蒸發量和設計額定蒸發量之比。

4 系統經濟性影響的討論

造水比是能夠直觀反映海水淡化裝置造水經濟性的重要指標，定義為（成品水產量+凝結水產量-加熱蒸汽耗量-抽真空蒸汽耗量）/（加熱蒸汽耗量+抽真空蒸汽耗量）。不同工況下的造水比情況，（見表5）。

表5 不同工況下的造水比

從表5可以看出，加熱蒸汽耗量、加熱蒸汽壓力、凝汽器出口海水溫度等都對本套海水淡化裝置的造水比有重要影響。下面分別予以討論。

4.1 加熱蒸汽量對造水比的影響

對于加熱蒸汽量在28.0t/h-34.0t/h的情況，在此期間的加熱蒸汽壓力穩定在0.40MPa左右。可以看出，此時的造水比在11.3，距離設計值13有較大差距，表明此時造水經濟性不佳。因為各效進效海水總是有一定的過冷度，需要一定量的加熱蒸汽將其加熱至該效壓力下的沸騰溫度，剩余的加熱蒸汽才是真正用于產生幾乎等量的二次蒸汽。當加熱蒸汽量很低時，各效產生的二次蒸汽量少，十效二次蒸汽量的減少直接導致凝汽器出口海水溫度低，使得各效過冷度增大，最終達到平衡狀態時，產生的產品水量很低。即該工況下大量的熱量用于克服進料海水的過冷度，因此，熱利用率不高，經濟性不佳。

當加熱蒸汽量增大時，十效產生的蒸汽量增大，有助于提高凝汽器出口海水溫度，降低各效進料海水的過冷度，有助于提高造水比。當加熱蒸汽量達到58.0t/h～72.0t/h時，造水比即升至13以上。當加熱蒸汽量達到44.0t/h～58.0t/h時，造水比則已接近設計值13或優于設計值。

4.2 凝汽器出口海水溫度對造水比的影響

從總體上來看，凝汽器出口海水溫度高，則造水比高，反之亦然。當凝汽器出口海水溫度在25℃以下時，造水比基本在11.3以下。當凝汽器出口海水溫度接近或超過設計值時，相應的造水比接近于設計值13或優于設計值。因此，應通過各種方法提高凝汽器出口海水溫度，以保持裝置的經濟運行。

4.3 加熱蒸汽壓力對造水比的影響

當加熱蒸汽壓力在0.40MPa(g)～0.55MPa(g)時，加熱蒸汽壓力對造水比影響較小，表明TVC調節錐的設置有效地提高了本套海水淡化裝置對發電機組負荷變化的適應性。當加熱蒸汽壓力在0.40MPa(g)～0.55MPa(g)時，造水比主要受加熱蒸汽量等其他因素的影響。但同時也發現，當加熱蒸汽壓力過低時（如低至0.28MPa(g)TVC開度100%蒸汽流量為69t/h產水量為700t/h），造水比也較低。這與TVC本身的結構特點有關，該TVC裝置設計時即考慮其在額定壓力下經濟性最佳，當加熱蒸汽壓力過低時，TVC的引射系數小，使得同樣的動力蒸汽能夠抽吸的七效二次蒸汽量少，從而使得造水比降低。

綜上，本套海水淡化裝置盡可能地運行于高負荷，保持60t/h以上的加熱蒸汽進汽量，加熱蒸汽壓力保持在0.40MPa以上（盡管在低至0.25MPa時裝置仍可保持運行），盡可能地將凝汽器出口海水溫度保持在設計值附近或以上水平，以提高本套海水淡化裝置運行的經濟性。

5 結束語

本套國產化海水淡化裝置經過調試，各效物料水流量分布均衡，真空衰減試驗合格，設備出力及出水水質指標均達到設計要求，負荷可在40%～110%范圍內調整，造水比最高可達14.1以上，經濟性好。經過調試各系統運行狀況良好，設備可以長期安全穩定的運行。

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