對低溫多效海水淡化國產化工作技術難點的分析及建議
摘要：本文通過(guo)對(dui)(dui)海水(shui)淡化(hua)(hua)產(chan)(chan)業發展前景和低(di)溫多(duo)效海水(shui)淡化(hua)(hua)技(ji)術發展前景的(de)(de)展望，對(dui)(dui)低(di)溫多(duo)效裝置國(guo)(guo)產(chan)(chan)化(hua)(hua)技(ji)術難(nan)點的(de)(de)分析(xi)，總結(jie)吸收(shou)黃驊引進(jin)海水(shui)淡化(hua)(hua)工(gong)程經驗，提出了對(dui)(dui)國(guo)(guo)華電力公司海水(shui)淡化(hua)(hua)國(guo)(guo)產(chan)(chan)化(hua)(hua)工(gong)作的(de)(de)建議。
關鍵詞：海(hai)水淡化(hua)；低(di)溫多效；國產化(hua)；難(nan)點；分析；建議
1 海水淡化產業發展前景
海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)是(shi)指脫除海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)大部分鹽分，使處理(li)后的(de)水(shui)(shui)(shui)符(fu)合用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(如飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)、鍋爐補(bu)給水(shui)(shui)(shui))標準的(de)水(shui)(shui)(shui)處理(li)技術總(zong)稱。在(zai)21世紀人類將面臨嚴重的(de)淡(dan)水(shui)(shui)(shui)緊缺問(wen)題(ti)。對沿海(hai)(hai)城(cheng)市(shi)和地(di)區海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)利用(yong)(yong)和海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)是(shi)解決淡(dan)水(shui)(shui)(shui)資源的(de)有效措施之(zhi)一，因為海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)具有取之(zhi)不(bu)盡(jin)、用(yong)(yong)之(zhi)不(bu)竭(jie)的(de)特(te)點，是(shi)真正(zheng)可持續利用(yong)(yong)的(de)資源。
海水淡化(hua)是(shi)世界各(ge)國(guo)竟相發展的朝陽(yang)產(chan)業。20世紀70年代以(yi)來，大多(duo)數沿海國(guo)家由于水資源(yuan)問(wen)題日(ri)益突出都卷入了海水淡化(hua)的發展潮流。目前(qian)，全球海水淡化(hua)日(ri)產(chan)量(liang)約3500萬立方米左右，解決了1億多(duo)人(ren)的供水問(wen)題。美國(guo)、日(ri)本、法國(guo)、以(yi)色(se)列和韓國(guo)等(deng)國(guo)家，紛紛從(cong)國(guo)際海水淡化(hua)市場中(zhong)獲得了可觀(guan)的利潤。
我國(guo)是一個水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)嚴(yan)重短缺(que)(que)(que)的(de)國(guo)家。缺(que)(que)(que)水(shui)(shui)(shui)已成(cheng)為制約(yue)(yue)我國(guo)經濟社(she)會可持續(xu)發展(zhan)的(de)重大瓶(ping)頸。沿海(hai)特別是北方沿海(hai)地(di)區是我國(guo)最缺(que)(que)(que)水(shui)(shui)(shui)地(di)區之一，2003年，北方沿海(hai)地(di)區人口約(yue)(yue)2.11億(yi)人，占全(quan)國(guo)總人口的(de)16.3%，創(chuang)造(zao)的(de)GDP約(yue)(yue)占全(quan)國(guo)的(de)23.9%。該地(di)區人均(jun)水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)量僅為全(quan)國(guo)人均(jun)水(shui)(shui)(shui)平(ping)的(de)19%，屬(shu)于極(ji)度缺(que)(que)(que)水(shui)(shui)(shui)地(di)區。預測2010、2020年北方沿海(hai)四省（市(shi)），缺(que)(que)(que)水(shui)(shui)(shui)量將分(fen)別達到166～255億(yi)立(li)方米和273～393億(yi)立(li)方米。蓄水(shui)(shui)(shui)、跨流域調水(shui)(shui)(shui)等傳統措施，不能增加水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)總量，難(nan)以全(quan)面(mian)解決缺(que)(que)(que)水(shui)(shui)(shui)的(de)根(gen)本問題。北方沿海(hai)地(di)區城(cheng)市(shi)自(zi)來水(shui)(shui)(shui)價格相(xiang)對(dui)較高(gao)，發展(zhan)海(hai)水(shui)(shui)(shui)利用潛力巨大。
目(mu)(mu)前(qian)，隨著我(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)經濟的快速增(zeng)長、綜(zong)合國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)力(li)(li)的不斷增(zeng)強，我(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)海(hai)(hai)水淡(dan)(dan)化(hua)技術正面臨著重要的發展(zhan)機遇。二(er)〇〇五年(nian)(nian)八月國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家發展(zhan)和(he)改革委員會、國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家海(hai)(hai)洋局和(he)財政部，為(wei)促進沿海(hai)(hai)地區(qu)水資源的可持續利用(yong)，引(yin)導海(hai)(hai)水利用(yong)快速健康(kang)發展(zhan)，聯合頒布《海(hai)(hai)水利用(yong)專項(xiang)規劃(hua)》，提出：2010年(nian)(nian)目(mu)(mu)標(biao)我(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)海(hai)(hai)水淡(dan)(dan)化(hua)能力(li)(li)達(da)到80～100萬(wan)立方米(mi)／日，海(hai)(hai)水利用(yong)產(chan)業國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)產(chan)化(hua)率(lv)達(da)60％以(yi)上(shang)(shang)，2020年(nian)(nian)目(mu)(mu)標(biao)我(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)海(hai)(hai)水淡(dan)(dan)化(hua)能力(li)(li)達(da)到250～300萬(wan)立方米(mi)／日，海(hai)(hai)水淡(dan)(dan)化(hua)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)產(chan)化(hua)率(lv)達(da)到90％以(yi)上(shang)(shang)。
2 海水淡化技術發展方向
海(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)技(ji)術的(de)(de)種類很(hen)多(duo)，但適(shi)于(yu)產業化(hua)的(de)(de)主要(yao)有海(hai)水(shui)反(fan)滲透法(fa)(fa)（SWRO）和(he)熱力淡(dan)(dan)化(hua)法(fa)(fa)。熱力法(fa)(fa)主要(yao)有多(duo)級(ji)閃(shan)蒸(zheng)(zheng)（MSF）、低溫多(duo)效（MED）壓(ya)汽蒸(zheng)(zheng)餾（TVC和(he)MVC）技(ji)術。多(duo)級(ji)閃(shan)蒸(zheng)(zheng)（MSF）技(ji)術發(fa)展較早，在國(guo)際海(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)市(shi)場上(shang)所占(zhan)份額最高，但現在已經逐步下降。蒸(zheng)(zheng)餾法(fa)(fa)操作溫度向(xiang)低溫移動是(shi)蒸(zheng)(zheng)餾法(fa)(fa)海(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)技(ji)術的(de)(de)發(fa)展方向(xiang)，低溫化(hua)是(shi)降低造(zao)水(shui)成(cheng)本的(de)(de)主要(yao)途徑。國(guo)內(nei)外(wai)業界(jie)對海(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)技(ji)術的(de)(de)優點指數的(de)(de)比較順序為: MED＋TVC 、MVC、SWRO 、MSF。
低(di)(di)溫多效海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)技(ji)術在(zai)較低(di)(di)的(de)(de)(de)溫度(du)溫下操作(zuo)(zuo)（最(zui)高溫度(du)不超過(guo)70℃），能耗低(di)(di)、設備材質腐蝕減輕，節省運行費用(yong)(yong)和設備投資。在(zai)水(shui)電聯產(chan)項目中更具優(you)勢，可(ke)(ke)以利(li)用(yong)(yong)汽輪機作(zuo)(zuo)過(guo)功(gong)的(de)(de)(de)低(di)(di)壓參數作(zuo)(zuo)為海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)裝(zhuang)置的(de)(de)(de)熱(re)源，使低(di)(di)壓蒸汽的(de)(de)(de)熱(re)量(liang)得(de)到了(le)充分(fen)的(de)(de)(de)利(li)用(yong)(yong)，提高了(le)機組的(de)(de)(de)熱(re)利(li)用(yong)(yong)率，同時也大幅度(du)地降低(di)(di)海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)的(de)(de)(de)成(cheng)本。因MED技(ji)術優(you)勢突(tu)出，近(jin)幾年國應用(yong)(yong)外(wai)發展迅速，從資料顯示，MED單臺最(zui)大產(chan)水(shui)量(liang)超過(guo)25000立方米/天，并在(zai)世界各地已由多臺運行業績。國內近(jin)期建設的(de)(de)(de)天津北疆電廠10萬噸(dun)(dun)/日海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)裝(zhuang)置和首鋼(gang)京唐公司曹(cao)妃甸項目5萬噸(dun)(dun)/日海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)裝(zhuang)置，經過(guo)技(ji)術經濟比較均選(xuan)用(yong)(yong)了(le)低(di)(di)溫多效海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)技(ji)術，可(ke)(ke)見MED技(ji)術在(zai)國內也極(ji)具發展潛(qian)力。
近年來(lai)，由(you)于反滲(shen)(shen)(shen)透(tou)膜技(ji)術(shu)的(de)(de)發展(zhan)和價格的(de)(de)降(jiang)低(di)(di)，海水反滲(shen)(shen)(shen)透(tou)技(ji)術(shu)應用(yong)發展(zhan)迅速，由(you)于海水反滲(shen)(shen)(shen)透(tou)技(ji)術(shu)設(she)備初投資相對較低(di)(di)，已(yi)成為蒸餾法(fa)海水淡化系統的(de)(de)主(zhu)要(yao)競爭對手。大容量的(de)(de)淡化裝置一般在(zai)低(di)(di)溫熱(re)(re)力淡化（MED＋TVC）和海水反滲(shen)(shen)(shen)透(tou)淡化裝置之間進行選擇。大型海水淡化工程可(ke)綜(zong)合(he)(he)考慮用(yong)熱(re)(re)法(fa)與膜法(fa)技(ji)術(shu)，形成綜(zong)合(he)(he)優勢。
表1 “十一五”期間(jian)以提供城(cheng)市（海島）居(ju)民用水為主(zhu)要目標的海水淡化重點(dian)項目規劃表
| 序號 |
項目名稱及 主要內容 |
方 法 |
規 模 (m3/d) |
完成年份 |
| 1 | 天津市海水淡化項目 | 熱法/反滲透法（MED/RO） | 200,000 | 2009 |
| 2 | 山東煙臺核能淡化項目 | 核能熱法（MED） | 2×80,000 | 2008 |
| 3 | 遼寧葫蘆島市海水淡化工程 | 反滲透法（RO） | 30,000 | 2007 |
| 4 | 遼寧大連核能海水淡化項目 | 熱法/反滲透法（MED/RO） | 160,000 | 2010 |
| 5 | 山東青島黃島海水淡化項目 | 熱法/反滲透法（MED/RO） | 80,000 | 2009 |
| 6 | 浙江舟山、廣東南澳等海島海水淡化項目 | 反滲透法（RO） | 50,000 | 2006～2010 |
| 合計 | 680,000 | |||
3 低溫多效海水淡化裝置國產化技術難點分析
蒸發(fa)(fa)→冷凝的傳熱過程(cheng)是(shi)低(di)(di)溫多(duo)效(xiao)海(hai)水淡化基(ji)本(ben)工(gong)作原理，蒸餾淡化海(hai)水的工(gong)藝是(shi)容易(yi)實現的。但如何海(hai)水淡化技術能有實際應用價(jia)值，關(guan)鍵是(shi)如何降低(di)(di)裝置的能耗、降低(di)(di)淡水水價(jia)，其根本(ben)在于蒸發(fa)(fa)器的結(jie)構設計上(shang)和材料(liao)選擇上(shang)如何強化傳熱，提高熱能利用率。
蒸(zheng)餾技(ji)術(shu)在不斷發(fa)展(zhan)，黃驊海水(shui)淡化(hua)廠選(xuan)(xuan)用的(de)水(shui)平管降膜結(jie)構(gou)的(de)低溫多效蒸(zheng)發(fa)器，是目前行業內公(gong)認(ren)的(de)最新型的(de)高效蒸(zheng)發(fa)器，其(qi)換(huan)熱(re)(re)器內部結(jie)構(gou)見圖1，國際上知名(ming)的(de)海水(shui)淡化(hua)制(zhi)造商大(da)都(dou)采用這(zhe)種結(jie)構(gou)型式，海水(shui)淡化(hua)裝(zhuang)置的(de)換(huan)熱(re)(re)管材主要(yao)采用銅合(he)金(jin)和(he)(he)鋁(lv)合(he)金(jin)兩種材料(liao)(liao)。在蒸(zheng)發(fa)器總(zong)體結(jie)構(gou)設(she)計和(he)(he)材料(liao)(liao)選(xuan)(xuan)擇(ze)這(zhe)些主要(yao)的(de)方面，我們可以(yi)分(fen)享蒸(zheng)餾技(ji)術(shu)研(yan)究的(de)基(ji)本成果。總(zong)結(jie)黃驊海水(shui)淡化(hua)工程(cheng)經驗，推薦(jian)MED裝(zhuang)置選(xuan)(xuan)擇(ze)材料(liao)(liao)見表2。
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圖1 水平管降膜結構(gou)的低溫(wen)多效蒸發器內部結構(gou)示(shi)意圖
表(biao)2. MED裝(zhuang)置(zhi)推薦材料選擇
| 項目 | 基本選擇 | 可替代選擇 |
| 蒸發器 | ||
| 殼體 | 316L不銹鋼 | 碳鋼加防腐涂層（需設計上留有足夠空間，方便及時檢修修補涂層） |
| 交換管（頂部） | 鈦 | |
| 交換管（其它） | 鋁黃銅 |
鈦； 鋁合金（對海水水質要求較嚴格） |
| 管板 | 316L不銹鋼 | |
| 除霧器 | 316L不銹鋼 | 聚丙烯 |
| 熱壓縮機 | ||
| 蒸汽噴嘴、噴頭和擴散器 | 316L不銹鋼 | |
| 冷凝器 | ||
| 殼體 | 254 SMO2 | 合金904L |
| 交換管 | 鈦 | |
| 管板 | 90/10銅鎳合金 | 254 SMO |
| 水箱 | 90/10銅鎳合金 | 254 SMO |
| 工藝泵 | ||
| 海水取水泵 | 316L不銹鋼或Ni－D3B鑄鐵 | |
| 鹽水泵 | 316L不銹鋼或Ni－D3B鑄鐵 | |
| 蒸餾水泵 | 316L不銹鋼 | |
| 管道 | ||
| 海水 | FRP（玻璃鋼） | |
| 鹽水 | FRP（玻璃鋼） | |
|
蒸餾水 水 |
316L不銹鋼 316L不銹鋼 |
FRP（玻璃鋼） |
3.1 蒸發器的工藝和結構設計是海水淡化裝置設計的核心
（1）工藝設計上蒸發器傳熱面積(ji)的計算及(ji)流體(ti)阻力計算是難點
通常的(de)(de)(de)低(di)溫(wen)多效(xiao)蒸發設(she)計(ji)計(ji)算(suan)步驟如下：確(que)定(ding)設(she)計(ji)的(de)(de)(de)原始(shi)數據(ju)及選擇數據(ju)→進行(xing)全裝置的(de)(de)(de)物(wu)料衡算(suan)及熱量衡算(suan)→確(que)定(ding)設(she)備的(de)(de)(de)型式，進行(xing)傳熱計(ji)算(suan)及流體(ti)阻力的(de)(de)(de)計(ji)算(suan)，確(que)定(ding)設(she)備的(de)(de)(de)大小和形狀。
其中物料衡算(suan)及(ji)熱量(liang)衡算(suan)可以利用成熟的(de)公(gong)式(shi)，蒸發(fa)器(qi)傳熱面(mian)積的(de)計算(suan)及(ji)流體阻力計算(suan)是(shi)難點。
蒸(zheng)發器(qi)傳熱(re)(re)面積計算(suan)(suan)中(zhong)，難點(dian)是總傳熱(re)(re)系數(shu)(shu)Ｋ的(de)(de)(de)確定，國際上還沒(mei)有很科學(xue)的(de)(de)(de)得(de)到公(gong)認的(de)(de)(de)理論計算(suan)(suan)公(gong)式，需實(shi)驗實(shi)測得(de)出經驗數(shu)(shu)據。因傳熱(re)(re)試驗很難控制，實(shi)驗條(tiao)件不同(tong)，其(qi)結果各異，傳熱(re)(re)系數(shu)(shu)經驗數(shu)(shu)據通(tong)用(yong)性(xing)較(jiao)差。往往在進行具體設(she)計工作時，理論推算(suan)(suan)和收集現場實(shi)際操作數(shu)(shu)據是同(tong)樣重要的(de)(de)(de)。通(tong)常(chang)獲得(de)Ｋ有兩種方法：
①在類似設備(bei)上取(qu)得Ｋ的測(ce)定值，做出(chu)Ｋ隨(sui)溫度(du)變(bian)化的曲線，為了便于計算可把它整理成公式；
②根據(ju)同類設備上的個別數據(ju)反推出壁(bi)和垢層的熱阻，按(an)式計算。
為了(le)確定蒸發器(qi)的(de)(de)傳熱面(mian)積和結(jie)構(gou)，必(bi)須進行傳熱計算和流體阻力計算。對于(yu)降膜(mo)式蒸發器(qi)，液膜(mo)流速是很重要的(de)(de)數據(ju)。在一(yi)定操作(zuo)(zuo)條件下有一(yi)個(ge)最(zui)小液膜(mo)速度(du)，小于(yu)這個(ge)數值(zhi)；即(ji)會(hui)出(chu)現(xian)所謂“干點”而結(jie)垢，從(cong)而破壞正常操作(zuo)(zuo)。
（2）蒸發(fa)器(qi)布水系統、換熱(re)管排布置及不凝氣體排放結構(gou)的設計是難(nan)點
將海(hai)水(shui)(shui)噴(pen)淋(lin)在(zai)水(shui)(shui)平的(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)束(shu)上，并(bing)在(zai)熱(re)交換(huan)器的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)形成(cheng)很(hen)薄(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)幕，可(ke)以提高熱(re)交換(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)果。通過噴(pen)嘴將海(hai)水(shui)(shui)進行(xing)均(jun)勻地(di)噴(pen)灑，有利于去除(chu)水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)(de)(de)氣體并(bing)使海(hai)水(shui)(shui)以均(jun)勻的(de)(de)(de)(de)(de)流量(liang)通過熱(re)交換(huan)器。從頂層(ceng)到(dao)底部，海(hai)水(shui)(shui)均(jun)勻分(fen)布(bu)是保(bao)證(zheng)最(zui)優熱(re)交換(huan)和防(fang)止結(jie)垢的(de)(de)(de)(de)(de)必要(yao)條件(jian)。若布(bu)水(shui)(shui)系統的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計不(bu)合理，蒸發(fa)換(huan)熱(re)不(bu)均(jun)勻，就會很(hen)快(kuai)引發(fa)換(huan)熱(re)面(mian)結(jie)垢問題。管(guan)束(shu)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)膜(mo)分(fen)布(bu)研究成(cheng)果是各海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)制(zhi)造商的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵技術。黃驊海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)供貨(huo)商SIDEM公司與巴黎物(wu)理化(hua)學(xue)(xue)(xue)高等工程學(xue)(xue)(xue)校（ESPCI ）合作進行(xing)“管(guan)路(lu)表面(mian)水(shui)(shui)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)”研究，其(qi)合作伙伴Pierre-Gilles de GENNES教授是1991年(nian)諾貝爾物(wu)理學(xue)(xue)(xue)獎(jiang)獲得(de)者。通過分(fen)析制(zhi)備海(hai)水(shui)(shui)在(zai)管(guan)路(lu)之間(jian)機(ji)械流動的(de)(de)(de)(de)(de)特殊試驗裝置，研究管(guan)束(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)膜(mo)狀態（見圖2），使得(de)其(qi)制(zhi)造的(de)(de)(de)(de)(de)海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)裝置有較低的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)耗，且裝置的(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)可(ke)靠(kao)性(xing)得(de)到(dao)保(bao)證(zheng)。
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圖2 海(hai)水(shui)在蒸發器管(guan)路表(biao)面流(liu)動形成水(shui)膜(mo)的狀態
蒸發器海水進水分配的(de)噴嘴也是各海水淡(dan)化(hua)設計(ji)制(zhi)造(zao)商(shang)的(de)專利(li)產(chan)品。換(huan)熱管的(de)排布和間(jian)隙布置，如何保證每根換(huan)熱管都(dou)形(xing)成均勻液膜以及達到最小液膜流速，是降(jiang)低蒸發能耗(hao)的(de)關(guan)鍵。
水平(ping)管式蒸發器冷凝(ning)傳(chuan)熱強化(hua)研(yan)究表(biao)明，管內不(bu)凝(ning)氣體(ti)的順暢排(pai)(pai)除也是(shi)提高傳(chuan)熱效率(lv)的關鍵，需研(yan)究應用新型高效的的不(bu)凝(ning)氣體(ti)排(pai)(pai)放結(jie)構方案(an)。
(3) 高效熱(re)蒸汽壓縮技(ji)(ji)(ji)術技(ji)(ji)(ji)術研究和應用是降低制水能耗的一(yi)項(xiang)關(guan)鍵(jian)技(ji)(ji)(ji)術
MED蒸餾裝(zhuang)置與熱(re)蒸汽(qi)壓縮技術相結合(he)，利用蒸汽(qi)熱(re)壓縮裝(zhuang)置來進一步(bu)提(ti)高淡化裝(zhuang)置的整(zheng)(zheng)體(ti)熱(re)效率，可以實現更好的能耗指(zhi)標。法(fa)國(guo)SIDEM公(gong)司與其國(guo)家空氣動力工程研(yan)究院（ONERA）合(he)作“超音速汽(qi)流(liu)的控制技術”，其熱(re)壓縮流(liu)體(ti)的完整(zheng)(zheng)模(mo)型見圖3。正(zheng)是由(you)于這(zhe)項研(yan)究成果(guo)應用于MED海(hai)水淡化系統上，才(cai)使(shi)SIDEM公(gong)司在國(guo)際市場上保(bao)持了領先的技術優勢。
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圖3 熱壓縮(suo)流體的模型
國內“十五”期(qi)間(jian)對高效(xiao)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)熱(re)壓(ya)縮裝置也進行了廣泛研(yan)究，并在MED示范(fan)裝置得到示范(fan)應(ying)用(yong),但總的(de)來說技(ji)術(shu)上還(huan)不夠完善，處理負荷(he)上還(huan)有(you)待進一步(bu)提(ti)高。對熱(re)泵技(ji)術(shu)進行深入研(yan)究，重點解(jie)決蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)熱(re)壓(ya)縮裝置的(de)結構形式、熱(re)力(li)效(xiao)率及(ji)與多效(xiao)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)淡化系統(tong)間(jian)耦合連(lian)接等關鍵問(wen)題，確定最佳的(de)效(xiao)間(jian)抽吸位置、動力(li)生(sheng)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)物(wu)性參數(shu)（溫(wen)度、壓(ya)力(li)）及(ji)用(yong)量(liang)。
（4）確(que)定合理的(de)造(zao)水比、級效數和換熱面積是(shi)蒸發器優化設計的(de)重點
在設計淡(dan)化裝置(zhi)效(xiao)數時(shi)，需要考慮以下的因(yin)素：
為了最大限度減少水(shui)垢的沉積(ji)，濃鹽水(shui)的最大溫度不應超過63℃；
最后一效的水(shui)溫應略高于冷卻(que)海(hai)水(shui)的溫度(du)；
在符(fu)合上(shang)述條(tiao)件的(de)溫(wen)度范(fan)圍內，計算蒸發(fa)器的(de)效(xiao)數(shu)需要考慮(lv)所需的(de)單位熱量消耗。這樣有(you)利于實現投資成(cheng)本(ben)與運行(xing)成(cheng)本(ben)的(de)優化，以生產出最廉價的(de)淡水。
事實(shi)上較低的能量(liang)消耗通(tong)常需(xu)要更高的投資。因為(wei)在符合條(tiao)件的溫度范圍內效(xiao)數(shu)(shu)越(yue)多，則兩個(ge)(ge)連續效(xiao)之間的凈(jing)溫度差就越(yue)小。根據(ju)熱能交(jiao)(jiao)換(huan)方程，這個(ge)(ge)差值越(yue)小，為(wei)達到要求的熱交(jiao)(jiao)換(huan)效(xiao)果所需(xu)的熱交(jiao)(jiao)換(huan)面積(ji)就越(yue)大(da)。因此在效(xiao)數(shu)(shu)增加時，為(wei)了達到規定的產水量(liang)，需(xu)要增加熱交(jiao)(jiao)換(huan)器(qi)(qi)的面積(ji)，這也意味著需(xu)要采用(yong)更大(da)的蒸發器(qi)(qi)并相應(ying)地增加建設投資。
造(zao)水比是海水淡(dan)化(hua)裝(zhuang)置經(jing)濟(ji)效(xiao)益的(de)直接體現，需(xu)結合(he)能源費用和(he)設備投資等多方面(mian)(mian)，經(jing)技(ji)術(shu)經(jing)濟(ji)比較確定(ding)。因換(huan)熱(re)管材在設備費中(zhong)的(de)比例很高，因此從設計上必(bi)須盡量減少傳熱(re)面(mian)(mian)積。在實際工程給(gei)定(ding)的(de)條件下(xia)，需(xu)計算出(chu)造(zao)水比和(he)總級效(xiao)數n 種不同組合(he)情(qing)況下(xia)，單(dan)位淡(dan)水產量所需(xu)傳熱(re)面(mian)(mian)積，從而優(you)化(hua)確定(ding)造(zao)水比和(he)總級效(xiao)數。
通過試驗研究(jiu)，開發低(di)溫(wen)多效(xiao)海水(shui)淡(dan)化工藝的過程模(mo)擬(ni)計算(suan)軟(ruan)件，可以獲(huo)得(de)各(ge)效(xiao)淡(dan)水(shui)流量、溫(wen)度、壓力、熱(re)負荷等(deng)詳細的工藝參數(shu)，一(yi)方面(mian)可以對整個工藝設計的合理行(xing)(xing)進行(xing)(xing)分析(xi)，另一(yi)方面(mian)為具體的結構(gou)布置設計提(ti)供必(bi)要的基礎數(shu)據(ju)。
3.2 新型阻垢藥劑研究開發
多效蒸餾法海水淡(dan)化裝(zhuang)置由于蒸發和傳熱過程同時在換(huan)(huan)熱管(guan)表(biao)面進行，換(huan)(huan)熱管(guan)束(shu)表(biao)面一(yi)旦(dan)(dan)結垢(gou)(gou)(gou)對設(she)備(bei)(bei)換(huan)(huan)熱效果的(de)影響極大。海水淡(dan)化設(she)備(bei)(bei)中的(de)垢(gou)(gou)(gou)層(ceng)(ceng)主要(yao)有兩種類型(xing)：一(yi)種為(wei)硬垢(gou)(gou)(gou)，主要(yao)成分(fen)是(shi)CaSO4，這(zhe)種垢(gou)(gou)(gou)層(ceng)(ceng)不(bu)溶酸(suan)，也不(bu)溶于堿，與傳熱表(biao)面的(de)結構度非常牢固。這(zhe)種硬垢(gou)(gou)(gou)一(yi)旦(dan)(dan)形(xing)成，只能通過機械(xie)方式去(qu)除。另一(yi)種為(wei)軟垢(gou)(gou)(gou)，主要(yao)成為(wei)分(fen)CaCO3，這(zhe)種垢(gou)(gou)(gou)可通過對設(she)備(bei)(bei)定期酸(suan)洗的(de)方式得到去(qu)除。
MED技術通過(guo)控制頂效操作(zuo)溫度低于70℃，使換熱(re)設備上結垢(gou)的(de)傾向性明顯(xian)降低，但必要的(de)防垢(gou)措施是必須(xu)的(de)。目(mu)前國際(ji)上普遍(bian)采用的(de)方式是在進料海(hai)水(shui)中加入(ru)一定劑量(liang)的(de)阻(zu)(zu)垢(gou)劑，以防止垢(gou)層的(de)形成。目(mu)前國內尚(shang)沒(mei)有適用于蒸餾(liu)閥海(hai)水(shui)的(de)淡化裝置(zhi)的(de)阻(zu)(zu)垢(gou)劑，隨(sui)著海(hai)水(shui)淡化技術的(de)應(ying)用推廣，阻(zu)(zu)垢(gou)劑的(de)研究開發工作(zuo)有很好的(de)應(ying)用前景。
3.3 MED制造技術的關鍵點
蒸發器制(zhi)造的關鍵(jian)技術(shu)是(shi)保(bao)證嚴密性，以保(bao)持運行真(zhen)空度(du)。重(zhong)點(dian)解(jie)決(jue)裝(zhuang)置(zhi)工程放大設計、捕沫裝(zhuang)置(zhi)設計和(he)結構優化(hua)、傳熱管與管板的連接密封(feng)、蒸發器變形控制(zhi)及裝(zhuang)置(zhi)保(bao)溫等工程和(he)技術(shu)問題，形成大型淡化(hua)設備的自主(zhu)成套加工制(zhi)造技術(shu)。
3.4 MED設計軟件、控制系統及運行維護規程等管理軟件的研發
MED海水(shui)淡(dan)化(hua)技術(shu)作(zuo)為(wei)系統工程(cheng)，涉及(ji)多學科、多領域。系統研究(jiu)過程(cheng)的熱力平衡，開發系統設(she)計(ji)軟件，將(jiang)為(wei)MED海水(shui)淡(dan)化(hua)工程(cheng)的建設(she)提供技術(shu)上(shang)的依據。運行監(jian)(jian)控軟件的開發，則將(jiang)實時監(jian)(jian)測裝置的操作(zuo)參(can)數變化(hua)，調(diao)整操作(zuo)狀態，優化(hua)系統操作(zuo)。
國外(wai)也有因(yin)運(yun)(yun)行(xing)操作不當，蒸發器投(tou)運(yun)(yun)后(hou)很(hen)快嚴重結垢失效(xiao)的案例。研究MED設備安裝調試(shi)導則、維(wei)修維(wei)護(hu)規(gui)程(cheng)、運(yun)(yun)行(xing)操作規(gui)程(cheng)等(deng)，為保證海水淡化裝置(zhi)的穩定運(yun)(yun)行(xing)提供有力保障。
4 吸收黃驊海水淡化工程引進技術的意義
通過(guo)國產(chan)第一套(tao)3000噸/日MED設備(bei)(bei)運行情況的了(le)解，可以看出國產(chan)MED設備(bei)(bei)還有(you)很多技術難(nan)點(dian)沒(mei)(mei)有(you)突破：國產(chan)MED設備(bei)(bei)的結垢問題(ti)控制(zhi)不(bu)(bu)太理(li)(li)想，運行初(chu)期就(jiu)發(fa)(fa)生了(le)比(bi)較(jiao)嚴重(zhong)(zhong)的不(bu)(bu)均(jun)勻結垢問題(ti)。雖經酸(suan)洗，除垢效果并不(bu)(bu)理(li)(li)想。結垢將惡化(hua)換熱(re)，大(da)大(da)增加(jia)運行的能耗，降低淡水(shui)產(chan)量。因此(ci)，分(fen)析認為(wei)國產(chan)MED設備(bei)(bei)布(bu)水(shui)系統(tong)的布(bu)置還需優化(hua)。在黃驊MED設備(bei)(bei)冷態循環狀態下運行人員可以進(jin)入(ru)蒸發(fa)(fa)器直接觀察實際噴淋效果，有(you)利于發(fa)(fa)現和處理(li)(li)噴淋不(bu)(bu)均(jun)問題(ti)，國產(chan)MED的設備(bei)(bei)沒(mei)(mei)有(you)此(ci)方面考(kao)慮。國產(chan)MED設備(bei)(bei)對工藝過(guo)程的控制(zhi)、監視、報(bao)警和保護不(bu)(bu)完善(shan)，例如沒(mei)(mei)有(you)設計斷(duan)水(shui)停止(zhi)進(jin)蒸汽(qi)的連鎖保護，試(shi)運過(guo)程曾發(fa)(fa)生海水(shui)進(jin)水(shui)事故中斷(duan)，蒸汽(qi)不(bu)(bu)能自動停止(zhi)，造成換熱(re)管材(cai)嚴重(zhong)(zhong)過(guo)熱(re)故障(zhang)。
可見，充分消化和吸收黃驊海水淡化引進的技術，在海水淡化設備的設計研發過程中，可以走很多捷徑。
（1）提(ti)供試驗、測試設備
黃驊海(hai)水淡(dan)化(hua)(hua)裝置(zhi)采用了國際上(shang)的(de)(de)最新型(xing)的(de)(de)高效(xiao)蒸(zheng)發器，經運行考驗，各項性能都達到設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)要求(qiu)。通過對該(gai)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)測量、計(ji)(ji)(ji)算，可以得到總(zong)傳熱系數Ｋ這一(yi)關鍵(jian)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)參(can)數，并且對該(gai)設(she)(she)備(bei)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)參(can)數的(de)(de)分析、計(ji)(ji)(ji)算，有助(zhu)于(yu)我們編(bian)制低溫(wen)多效(xiao)優(you)化(hua)(hua)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)算軟件(jian)，達到能夠根據不同原(yuan)始數據作出最優(you)化(hua)(hua)的(de)(de)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)，掌(zhang)握低溫(wen)多效(xiao)海(hai)水淡(dan)化(hua)(hua)裝置(zhi)的(de)(de)核心設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)技(ji)術。
對蒸發器換熱(re)管束布置(zhi)及(ji)噴嘴結(jie)構(gou)設(she)計的特(te)點進行(xing)研究，能(neng)夠提高設(she)計的合(he)理(li)性。
（2）借鑒設備(bei)制造、安裝和運行維(wei)護的標準
收集國外海(hai)(hai)水(shui)設(she)備在材料選擇、加(jia)工制造以及安裝施(shi)工依(yi)從的(de)國際標準,研究和借(jie)鑒對國外海(hai)(hai)水(shui)淡化的(de)運(yun)行維護規(gui)程，通過工程實踐(jian)應(ying)用(yong)加(jia)以完善，以形成國產海(hai)(hai)水(shui)淡化設(she)備質(zhi)量的(de)技術保證體(ti)系。
（3）提供系(xi)統的P&ID圖
對工藝成熟的海(hai)水淡化系統的P&ID的分(fen)析研究，有助于完善控(kong)制系統的設(she)計，提高裝(zhuang)置運行的可靠(kao)性(xing)。
（4）因熱法海水(shui)淡(dan)化的(de)(de)(de)研(yan)究應(ying)用(yong)在國內剛剛起步，應(ying)用(yong)經(jing)驗較少。通過黃驊海水(shui)淡(dan)化工程實(shi)踐，積累了寶(bao)貴的(de)(de)(de)實(shi)際工程經(jing)驗，培養了國華公司自己的(de)(de)(de)海水(shui)淡(dan)化專業人才。
5 對國華電力海水淡化國產化工作的建議
二〇〇五(wu)年(nian)八(ba)月國(guo)家(jia)發(fa)展(zhan)(zhan)和(he)改革委員會(hui)、國(guo)家(jia)海洋局和(he)財政(zheng)部，聯合頒布《海水(shui)利用(yong)專項規劃(hua)》，對(dui)海水(shui)利用(yong)和(he)海水(shui)淡(dan)化工程(cheng)提出很多(duo)鼓勵性(xing)政(zheng)策。我國(guo)缺水(shui)沿海城市(shi)的經(jing)濟快速增(zeng)長(chang)，也為海水(shui)淡(dan)化技術(shu)的發(fa)展(zhan)(zhan)提供重要的發(fa)展(zhan)(zhan)機遇。
黃驊電廠海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)工程得到國(guo)(guo)(guo)內(nei)外(wai)業(ye)界的(de)(de)(de)廣泛關注，2×1萬(wan)噸/日大(da)型海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)裝置的(de)(de)(de)在(zai)國(guo)(guo)(guo)內(nei)率(lv)先成功(gong)運行，在(zai)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)應用領域為(wei)(wei)國(guo)(guo)(guo)華電力贏得了良(liang)好聲(sheng)譽。在(zai)國(guo)(guo)(guo)華電力正確(que)決策(ce)的(de)(de)(de)支持下，如(ru)能加快對引進(jin)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)消(xiao)化(hua)吸收，以(yi)熱法海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)成套(tao)設(she)備的(de)(de)(de)設(she)計為(wei)(wei)核心，開展(zhan)國(guo)(guo)(guo)產化(hua)創新研(yan)發工作，形成自主知識(shi)產權的(de)(de)(de)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)設(she)備設(she)計和制造(zao)技(ji)術(shu)。以(yi)國(guo)(guo)(guo)華內(nei)部海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)工程為(wei)(wei)依托，通過為(wei)(wei)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)工程的(de)(de)(de)提供(gong)咨詢或工程總承包的(de)(de)(de)型式，逐(zhu)步進(jin)入(ru)國(guo)(guo)(guo)內(nei)和國(guo)(guo)(guo)際市場，形成海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)(dan)化(hua)產業(ye)的(de)(de)(de)規模效益，將大(da)大(da)降(jiang)低工程造(zao)價及(ji)制水(shui)(shui)成本。
但是受(shou)到國家對跨地區調水(shui)的(de)政策(ce)性補貼，以及海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)技(ji)(ji)術發(fa)展(zhan)的(de)制(zhi)約(yue)，雖然目(mu)前(qian)海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)制(zhi)水(shui)成(cheng)本已(yi)可以降低到5元/噸(dun)水(shui)左右，仍(reng)高于(yu)居(ju)民用水(shui)水(shui)價。另外，海水(shui)反滲透技(ji)(ji)術因初投資低的(de)優勢，有很強的(de)競爭力。從經濟效益方面考慮(lv)，對熱法海水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)的(de)技(ji)(ji)術研究(jiu)應(ying)用規模和發(fa)展(zhan)速度定(ding)位(wei)的(de)還應(ying)慎重建議(yi)專題研究(jiu)，。
對國(guo)(guo)華電力海(hai)水淡化(hua)國(guo)(guo)產化(hua)工作的建議如下：
（1）確定國華內(nei)部海水淡(dan)化的(de)牽頭主體單位
國華內部海水(shui)淡化(hua)的牽頭單位(wei)，明確其職責為主體研發(fa)單位(wei)，研發(fa)單位(wei)必(bi)須有海水(shui)淡化(hua)的專(zhuan)業技(ji)術帶頭人(ren)，配備一定的專(zhuan)業人(ren)員，能夠組(zu)織協調研發(fa)工作有序開展。
（2）確定與研究機構的(de)合作(zuo)方式
為掌(zhang)握海水淡化的核心(xin)技術，建議(yi)確定國華公(gong)司(si)內部(bu)的牽頭單位(wei)為研發主體(ti)，自行獨(du)立完(wan)成(cheng)蒸發器設(she)計(ji)及系統設(she)計(ji)。在(zai)傳熱面(mian)積和(he)流體(ti)阻力計(ji)算軟件的編制等難度較大(da)的工作，可以分成(cheng)幾個分項目，與國內的知名大(da)學或(huo)(huo)研究機構合作開發，或(huo)(huo)委托開發，或(huo)(huo)直接購買研究成(cheng)果及專利。
（3）合國內的制造廠
可以通過與(yu)正規機(ji)械制(zhi)(zhi)造(zao)廠聯合(he)的(de)(de)方式，委托蒸(zheng)發器(qi)的(de)(de)加(jia)工。考慮到低(di)溫多效(xiao)蒸(zheng)發器(qi)體積龐大，陸地(di)運(yun)輸成本很(hen)高，選擇的(de)(de)制(zhi)(zhi)造(zao)廠須(xu)靠近港口，便于運(yun)輸。
（4）爭取外部(bu)研究經費
國(guo)(guo)(guo)家發改委和(he)科技部對海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)國(guo)(guo)(guo)產化(hua)研究工作(zuo)均有一些(xie)的支持政策(ce)。如成功申請海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)國(guo)(guo)(guo)產化(hua)范示項目，不但爭取到外部的研究費(fei)用，減少工程的資金投入，還可以提高國(guo)(guo)(guo)華電力海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)技術國(guo)(guo)(guo)產化(hua)研究工作(zuo)的知名(ming)度，有利(li)于進(jin)入國(guo)(guo)(guo)內和(he)國(guo)(guo)(guo)際市(shi)場。
（5）加快黃(huang)驊二(er)期海(hai)水淡化工(gong)程進度
據悉(xi)，國內近期(qi)低溫多效海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)程，仍然與(yu)黃驊一(yi)(yi)期(qi)工(gong)(gong)程一(yi)(yi)樣，采取國際(ji)招(zhao)標方(fang)式引進進口(kou)設備(bei)。如國華電力抓緊(jin)消化(hua)(hua)(hua)吸收一(yi)(yi)期(qi)的(de)引進技術，開(kai)展黃驊電廠二(er)期(qi)工(gong)(gong)程海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)(hua)(hua)設備(bei)的(de)研發設計工(gong)(gong)作(zuo)，確保項(xiang)目盡(jin)快(kuai)投(tou)運(yun)。不但滿足黃驊電廠二(er)期(qi)工(gong)(gong)程的(de)用(yong)水(shui)需求，還(huan)可以通過此(ci)項(xiang)目的(de)成功，盡(jin)快(kuai)開(kai)拓國內海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)(hua)(hua)市場。
參考資料：
[1] 《海(hai)(hai)水利用(yong)專項規(gui)劃》2005-08,國(guo)家發(fa)展和(he)改(gai)革委員會、國(guo)家海(hai)(hai)洋局和(he)財政(zheng)部聯合頒布
[2] 《化工百科全書第六卷(juan)海水淡化》王世昌. 化學工業出(chu)版社，1994. 665~697
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