用于低溫多效海水淡化裝置的TVC泵設計與試驗研究

　　近些年來(lái)，各國新建的日產(chǎn)淡水萬(wàn)噸級以上的非膜法海水淡化裝置，大多采取帶有TVC泵的低溫多效蒸發(fā)模式。TVC泵在真空行業(yè)又稱(chēng)作水蒸汽噴射泵，本文結合日產(chǎn)淡水萬(wàn)噸級的國產(chǎn)化大型低溫多效海水淡化裝置的工程案例與實(shí)踐，介紹了TVC泵的工作原理，對TVC泵的參數設計進(jìn)行了探討。為了滿(mǎn)足該TVC泵具有調節工作蒸汽流量的功能的要求，本工程案例采用具有自有知識產(chǎn)權的可調式TVC泵的設計方案，并在大型實(shí)驗平臺對TVC泵進(jìn)行實(shí)物模擬試驗，對試驗數據進(jìn)行了初步研究，為今后設計適用于大型低溫多效蒸發(fā)海水淡化工程的TVC泵，提供了可借鑒的、寶貴的設計案例與工程實(shí)踐。

　　全球商業(yè)運營(yíng)的日產(chǎn)萬(wàn)噸級以上的大型的海水淡化方法只有多級閃蒸(MSF) 、低溫多效蒸發(fā)(LTMED)和反滲透(RO) 三種。多級閃蒸的工作頂溫一般在120℃以上，低溫多效蒸發(fā)的工作頂溫一般不超過(guò)70℃，與多級閃蒸相比較，低溫多效蒸發(fā)的工作頂溫低，可以很大程度地減緩設備的結垢與腐蝕；反滲透膜法的海水預處理要求高、操作壓力高、淡水的殘留鹽含量高，而低溫多效蒸發(fā)的海水預處理簡(jiǎn)單、操作壓力低、淡水的殘留鹽含量低；所以低溫多效蒸發(fā)在全球商業(yè)運營(yíng)的大型海水淡化裝置中，正擁有越來(lái)越多的用戶(hù)。

　　目前，各國新建的日產(chǎn)淡水萬(wàn)噸級以上的非膜法海水淡化裝置大多是帶有TVC泵的LT-MED 模式，而且運行方式基本上是與熱電廠(chǎng)結合，可以充分地利用熱電廠(chǎng)的余熱進(jìn)行淡水與電力的聯(lián)產(chǎn)，有效地降低淡水的造水成本。為了進(jìn)一步降低造水的能耗，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為將LT-MED 裝置與TVC泵技術(shù)藕合已成為當今LT-MED 海水淡化裝置的發(fā)展趨勢。

　　1、低溫多效海水淡化簡(jiǎn)介及國產(chǎn)化大型裝置工程案例

　　低溫多效蒸發(fā)( low-temperature multi-effect distillation，簡(jiǎn)稱(chēng)“LT-MED”) ，是指海水的最高蒸發(fā)溫度低于70℃的海水淡化技術(shù)。它的多效低溫蒸發(fā)器是由若干個(gè)噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)，后面1 效蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度均低于前面1 效蒸發(fā)器，該多效低溫蒸發(fā)器在真空負壓的工況下輸入海水和一定量的工作水蒸汽，通過(guò)多次蒸發(fā)和冷凝，從而獲得大約8 ～10 倍于工作水蒸汽量的蒸餾水的海水淡化過(guò)程。

　　LT-MED 造水成本低主要歸結于它的低溫運行方式，人們可以利用多種形式的低位熱源，如太陽(yáng)能、工業(yè)余熱、動(dòng)力機組的冷卻水等，系統腐蝕與結垢現象大大減輕，海水預處理簡(jiǎn)單，運行與維護成本低廉。

　　圖1 顯示了華北某發(fā)電企業(yè)在幾年前試運營(yíng)后投產(chǎn)的國產(chǎn)化大型LT-MED 海水淡化裝置工藝流程圖，該裝置的設計淡水產(chǎn)量為12000 t /日。該裝置為6 效蒸發(fā)器，其中再循環(huán)效4 效，直流效2 效。我方承擔了該項目的真空系統和TVC泵的設計、制造和現場(chǎng)調試等工作。目前該裝置已正常運營(yíng)超過(guò)2年，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為經(jīng)濟與社會(huì )效益明顯。

圖1 6 效LT-MED 海水淡化裝置工藝流程圖

　　由于LT-MED 裝置需要真空系統來(lái)維持其多效蒸發(fā)器的正常運行工況，所以在工程實(shí)踐中一般選用水蒸汽噴射真空機組來(lái)實(shí)現，因為這種類(lèi)型真空機組的工作介質(zhì)是水蒸氣，對產(chǎn)出的淡水無(wú)污染，沒(méi)有機械傳動(dòng)與轉動(dòng)部件、無(wú)振動(dòng)、耐腐蝕、免維護，適合24 h 連續運行和常年長(cháng)期運行。

　　該工程項目要求設備年平均運行小時(shí)數不小于8000 h�？紤]到長(cháng)年連續運行，要求裝置的負荷隨著(zhù)海水溫度和季節用水量的變化，應當具有40% ～110%負荷的調節能力。即要求該裝置在負荷范圍從110%變到40%皆可以正常操作，具有較大的操作彈性，且造水比不受影響。

　　圖1 所示的TVC泵是調節負荷、提高造水比、節約動(dòng)力蒸汽和降低運營(yíng)成本的關(guān)鍵設備。原先國內已經(jīng)運營(yíng)的同類(lèi)裝置中TVC泵大多是從國外引進(jìn)，在本項目中，我們首次采用具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)化的大型TVC泵，其造價(jià)只有引進(jìn)的1 /10 左右。在調試中，最高的造水比達到1：11，即每消耗1 t 動(dòng)力蒸汽可獲得11 t 蒸餾水。

2、試驗結論

　　(1) 通過(guò)調節可調式TVC泵的芯棒相對位置以改變其噴嘴喉部面積，TVC泵的工作蒸汽和混合蒸汽流量的范圍相應會(huì )有較大幅度的變化，選取適當的調節區間，可以滿(mǎn)足制淡水量在40% ～ 110% 之間可以調節的實(shí)際使用要求。

　　(2) 只要選擇較理想的噴嘴距，可調式TVC泵的噴嘴喉部面積變化時(shí)，其引射蒸汽的流量、壓力和溫度的變化范圍均很小，這對于保障大型低溫多效蒸發(fā)海水淡化裝置的工況穩定性，具有非�，F實(shí)的意義。