2.5萬噸/日低溫多效海水淡化啟動(dòng)調(diào)試探討

吳志奇,高燕寧,張立軍,張建華

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

1 概述

某電廠一期工程安裝2×600MW國產(chǎn)亞臨界燃煤機(jī)組，二期工程安裝2×660MW國產(chǎn)超臨界燃煤機(jī)組，現(xiàn)已建成投產(chǎn)。憑借電廠瀕臨渤海的優(yōu)勢(shì)，利用電廠一、二期工程四臺(tái)機(jī)組抽汽，采用海水淡化工藝技術(shù)制取淡水，在滿足電廠自用淡水需求的同時(shí)，實(shí)施“水電聯(lián)產(chǎn)”，分期逐步擴(kuò)大向該地區(qū)供應(yīng)生產(chǎn)生活淡水。

低溫多效海水淡化技術(shù)是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度約70 ℃的海水淡化技術(shù)，其特征是將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器串聯(lián)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(fā)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(shù)。本文就以某電廠2.5萬噸/日低溫多效海水淡化系統(tǒng)為例，對(duì)海水淡化系統(tǒng)及調(diào)試要點(diǎn)進(jìn)行分析探討。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程海水的外部供應(yīng)由電廠循環(huán)水泵房的循環(huán)水泵經(jīng)中間海水提升泵升壓送至海水淡化設(shè)備前。系統(tǒng)采用“7+3”效低溫多效蒸餾海水淡化裝置，10效蒸發(fā)器串列式水平布置。動(dòng)力蒸汽經(jīng)蒸汽熱壓縮噴射器(TVC)從第從第7效的末端抽汽，進(jìn)入第一效蒸發(fā)器作為加熱蒸汽。物料海水提供平行進(jìn)料方式，在4、7、9效各設(shè)置1個(gè)回?zé)峒訜崞?，抽取部分二次蒸汽預(yù)熱物料海水，減小物料水的過冷，提高裝置產(chǎn)水效率。第10效后面設(shè)置凝汽器，冷凝第10效產(chǎn)生的蒸汽，同時(shí)加熱全部進(jìn)料海水。

系統(tǒng)是在負(fù)壓下運(yùn)行，采用3級(jí)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(jié)氣，維持系統(tǒng)運(yùn)行真空度；設(shè)置啟動(dòng)蒸汽噴射器，供設(shè)備啟動(dòng)時(shí)快速達(dá)到設(shè)定的真空度，縮短啟動(dòng)時(shí)間，（見表1）。

表1 海水淡化系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3 重點(diǎn)分系統(tǒng)調(diào)試

3.1 各效流量匹配調(diào)整

各效進(jìn)口流量不僅對(duì)系統(tǒng)出力有較大影響，也是保證經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)，應(yīng)高度重視，盡可能精確調(diào)整物料水量的供應(yīng)，避免偏差過大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diào)整后各效進(jìn)效流量見下表，各效進(jìn)效流量與設(shè)計(jì)值的偏差控制小于5%，（見表2）。

3.2 抽真空試驗(yàn)及真空衰減試驗(yàn)

低溫多效蒸餾的基礎(chǔ)是保證系統(tǒng)能連續(xù)處于一定的真空條件下，建立連續(xù)的蒸發(fā)和冷凝過程，因此，系統(tǒng)真空嚴(yán)密性必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，否則不僅影響各效的蒸發(fā)量，也會(huì)因?yàn)椴荒龤怏w的漏入導(dǎo)致系統(tǒng)無法連續(xù)運(yùn)行。

海水淡化裝置于2013年12月10日13:30到21:30進(jìn)行了真空衰減試驗(yàn)，試驗(yàn)有效時(shí)間為8個(gè)小時(shí)，起始真空為7.3kpa。試驗(yàn)過程的真空衰減線如圖所示：

真空嚴(yán)密性試驗(yàn)曲線

由表4數(shù)據(jù)可計(jì)算出系統(tǒng)真空平均衰減速率＝（14.8－7.3）/8＝0.94 kPa/h即每小時(shí)真空衰減0.94kpa。設(shè)計(jì)要求真空衰減速率小于1kpa/h即符合熱力計(jì)算要求。因此海水淡化裝置真空衰減率達(dá)到了設(shè)備制造廠的設(shè)計(jì)要求，可以滿足本套海水淡化系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要。

3.3 進(jìn)汽端加熱蒸汽溫度的調(diào)整

減溫前的加熱蒸汽溫度相對(duì)恒定在320℃，通過一級(jí)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(jìn)入TVC的加熱蒸汽不得帶水。保證減溫器噴水量有充分的調(diào)節(jié)安全空間。減溫水量通過減溫水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，理論上一級(jí)減溫水流量調(diào)整范圍是3-10t/h左右。不同蒸汽壓力和蒸汽流量下一級(jí)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(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

表2 各效物料水流量調(diào)整過程及調(diào)整結(jié)果

加熱蒸汽二級(jí)減溫水量通過手動(dòng)門調(diào)整，設(shè)計(jì)流量為3.83 t/h，但調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)無需達(dá)到設(shè)計(jì)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(tài)，能夠滿足蒸發(fā)器進(jìn)汽端的溫度控制要求。在負(fù)荷100%狀態(tài)，實(shí)際觀察到蒸發(fā)器進(jìn)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(fù)荷的調(diào)整

負(fù)荷調(diào)整的主要手段是控制調(diào)節(jié)錐的位置，調(diào)試期間調(diào)節(jié)錐的位置由操作員進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)設(shè)計(jì)，裝置的負(fù)荷與第1效凝結(jié)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(diào)節(jié)錐的位置，控制蒸汽流量，完成負(fù)荷調(diào)整。因此要求記錄40%～110%時(shí)的加熱蒸汽流量、1效凝結(jié)水溫度和第10效鹽水溫度，為負(fù)荷自動(dòng)提供數(shù)據(jù)，（見表4）。

表4 1效凝結(jié)水溫度Tc和10效鹽水溫度T10的差值與負(fù)荷率的關(guān)系

表4的數(shù)據(jù)均為某一時(shí)刻的瞬時(shí)值，因此，單就上述瞬時(shí)值來看，海水淡化裝置的負(fù)荷率與一效凝結(jié)水溫和十效鹽水溫度之差（Tc-T10）的比例關(guān)系并不顯著，但仍可看出基本規(guī)律：總體上當(dāng)本套海水淡化裝置負(fù)荷率高時(shí)，相應(yīng)的（Tc-T10）高。此處淡化裝置的負(fù)荷率定義為裝置的實(shí)際總蒸發(fā)量和設(shè)計(jì)額定蒸發(fā)量之比。

4 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，定義為（成品水產(chǎn)量+凝結(jié)水產(chǎn)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(duì)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(duì)造水比的影響

對(duì)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(wěn)定在0.40MPa左右?？梢钥闯觯藭r(shí)的造水比在11.3，距離設(shè)計(jì)值13有較大差距，表明此時(shí)造水經(jīng)濟(jì)性不佳。因?yàn)楦餍нM(jìn)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(chǎn)生幾乎等量的二次蒸汽。當(dāng)加熱蒸汽量很低時(shí)，各效產(chǎn)生的二次蒸汽量少，十效二次蒸汽量的減少直接導(dǎo)致凝汽器出口海水溫度低，使得各效過冷度增大，最終達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生的產(chǎn)品水量很低。即該工況下大量的熱量用于克服進(jìn)料海水的過冷度，因此，熱利用率不高，經(jīng)濟(jì)性不佳。

當(dāng)加熱蒸汽量增大時(shí)，十效產(chǎn)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(jìn)料海水的過冷度，有助于提高造水比。當(dāng)加熱蒸汽量達(dá)到58.0t/h～72.0t/h時(shí)，造水比即升至13以上。當(dāng)加熱蒸汽量達(dá)到44.0t/h～58.0t/h時(shí)，造水比則已接近設(shè)計(jì)值13或優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

4.2 凝汽器出口海水溫度對(duì)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(dāng)凝汽器出口海水溫度在25℃以下時(shí)，造水比基本在11.3以下。當(dāng)凝汽器出口海水溫度接近或超過設(shè)計(jì)值時(shí)，相應(yīng)的造水比接近于設(shè)計(jì)值13或優(yōu)于設(shè)計(jì)值。因此，應(yīng)通過各種方法提高凝汽器出口海水溫度，以保持裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4.3 加熱蒸汽壓力對(duì)造水比的影響

當(dāng)加熱蒸汽壓力在0.40MPa(g)～0.55MPa(g)時(shí)，加熱蒸汽壓力對(duì)造水比影響較小，表明TVC調(diào)節(jié)錐的設(shè)置有效地提高了本套海水淡化裝置對(duì)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化的適應(yīng)性。當(dāng)加熱蒸汽壓力在0.40MPa(g)～0.55MPa(g)時(shí)，造水比主要受加熱蒸汽量等其他因素的影響。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱蒸汽壓力過低時(shí)（如低至0.28MPa(g)TVC開度100%蒸汽流量為69t/h產(chǎn)水量為700t/h），造水比也較低。這與TVC本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)，該TVC裝置設(shè)計(jì)時(shí)即考慮其在額定壓力下經(jīng)濟(jì)性最佳，當(dāng)加熱蒸汽壓力過低時(shí)，TVC的引射系數(shù)小，使得同樣的動(dòng)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(yùn)行于高負(fù)荷，保持60t/h以上的加熱蒸汽進(jìn)汽量，加熱蒸汽壓力保持在0.40MPa以上（盡管在低至0.25MPa時(shí)裝置仍可保持運(yùn)行），盡可能地將凝汽器出口海水溫度保持在設(shè)計(jì)值附近或以上水平，以提高本套海水淡化裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)束語

本套國產(chǎn)化海水淡化裝置經(jīng)過調(diào)試，各效物料水流量分布均衡，真空衰減試驗(yàn)合格，設(shè)備出力及出水水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，負(fù)荷可在40%～110%范圍內(nèi)調(diào)整，造水比最高可達(dá)14.1以上，經(jīng)濟(jì)性好。經(jīng)過調(diào)試各系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，設(shè)備可以長期安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

[1]錢達(dá)中.發(fā)電廠水處理工程[M].北京：中國電力出版社,1998:222.

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