海水淡化系统

国家电网有限公司确立了“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略目标，作为责任央企，连云港供电公司致力于为沿海岛屿提供安全、优质、经济、环保的能源。为满足海岛用电需求，公司组建联合攻关团队，攻克发展、建设、运检、调控、信通等多个专业难题，在开山岛上建设一套综合能源智能微电网系统；充分利用海岛丰富的风、光、波浪能等自然资源，建设30千瓦风机一台，采用屋顶平铺方式建设110千瓦光伏，660千瓦时储能，发电功率50千瓦柴油发电机和日产10吨淡水的海水淡化系统，通过多种能源协同互补利用，彻底解决岛上用电用水紧缺难题。建成投运开山岛智能微电网及海水淡化系统，让开山岛的夜晚灯火通明，为将开山岛建设成为全省乃至全国有影响力的党性教育基地、国防教育基地、爱国主义教育基地贡献苏电经验。 

在低温多效海水淡化工艺中，高压蒸汽通过蒸汽热压缩器(TVC) 引射回收蒸发器后效低压蒸汽，提高了系统的热经济性。尽管TVC的工程造价在整个系统中所占的比例不(5%~10%)，但是能够显著提高海水淡化造水比指标(1 倍以上)，其性能对海水淡化成本起着关键作用，因此高性能TVC的研究一直是海水淡化领域的重要课题。 TVC内部流场复杂，且存在不同流体的激波干涉、粘性干扰以及气体效应等复杂物理现象，传统设计方法对流场的物理过程过度简化，使得最终设计性能偏低。多年来国内研究人员对其进行了大量的试验研究，但最终没有形成有效的设计方法。受限于国内设计水平，海水淡化领域TVC市场一直被国外生产商垄断。以沧东电厂2. 5万吨/日海淡工程为例:国内自主设计TVC引射能力仅有0.6，国外提供的TVC引射能力可以达到0.84。配置国产TVC较配置进口TVC海水淡化装置制水蒸气成本高7%~ 8%，即每吨淡水增加成本0.2元左右，每年增加运行成本179万元。实现国内自主设计制造，对工程成本和建设工期的控制都有很大收益。 因此，开发高性能TVC,掌握自主知识产权，对提高海水淡化系统国产化率，以及降低系统成本、推动海水淡化产业发展有重要意义。另外，在真空制备、制冷、余热利用等领域也可推广使用。

天津国投津能发电有限公司(以下称北疆电厂)海.水淡化系统采用以色列IDE公司低温多效技术，通过电厂汽轮机组抽汽加热海水产生淡水。目前- .期20万吨/日海水淡化系统已全部投入运行，除少部分淡化水为4台机组发电自用外，大部分输送至城市供水管网，目前淡化水已供至天津市滨海新区的汉沽、开发区等区域。现日供水量达5.1万吨，相当于天津市滨海新区自来水.日供水量的12%。 北疆电厂海水淡化系统采用的是低温多效蒸馏工艺，加热海水蒸馏后产生淡水，产水水质较纯净，含盐量小.于5ppm,因此其水质pH值接近7，并随着季节及原海水水质变化而有较大波动，部分时段低于6.5 (设备制造商以色列IDE公司也明确提出正常运行时，此工艺产品水.pH值在5.5~ 6.5之间属正常现象，由于渤海湾水质原因，我公司产水pH值略高于此范围，在6.3~6.9之间波动。但如果按照杀菌除微生物的要求投入原海水制氯系统，受一系列化学反应影响，pH值会降低至5.5~6.5,无法满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749- 2006) 的规范必须在6.5~ 8.5的要求，严重影响供水水质安全。 由于供水量的不断增大，社会影响力不断增强，如何确保水质合格、供水安全可靠是摆在公司面前的重要问题。 本科技创新项目发明一套海水淡化产品水调质装置，是对于以色列低温多效海水淡化装置的优化及提升的科技创新项目。将调质装置接入闪燕罐，通过闪蒸罐的负压吸入或者利用加药泵调整药剂的加入量，稀释的氢氧化钠溶液依靠负压及加药泵进入产品水闪燕罐，保证了加药流量的稳定性，防止pH值大幅波动，同时碱液加入后经过多级闪蒸混合，有效提高碱液和产水的混合效果，另有送出水泵叶轮的搅拌作用，进--步增强了溶液的混合效果。配合pH计的反馈，最终控制淡化水的pH值在6.5~ 7.5，克服了管道混合器加药的混合不均等情况，同时大量利用系统自身结构，利用闪蒸罐的预留接口实.现药剂加入。相比于在产水终端进行水质调节，大量减少土建、设备及管道采购、施工、安装等费用。通过本调质装置的实施，克服了经多方论证无法在产品水供水母管有效实施调质装置的难题，从经济性、可靠性及安.全性等方面保证了低温多效海水淡化装置的运行及水质稳定。

本项目热力蒸汽压缩器（TVC）属于流体机械，主要用于电厂余热蒸发海水淡化系统，同时可推广至化工、能源行业的真空制备、余热回收等领域。 在电厂余热利用低温多效蒸发海水淡化系统中，汽轮机抽汽通过TVC引射海水淡化末级蒸发器内低压蒸汽，提高了系统的热经济性，其性能对产水成本起着关键作用。受国内设计水平限制，我国海水淡化用TVC长期依靠进口。以沧东电厂2.5万吨/天海水淡化工程为例，采用国产TVC较采用进口TVC制水成本提高7-8%，即每吨淡水成本增加0.2元，每年增加约179万元，因此高性能TVC的研究一直是海水淡化领域的重要课题。通过分析TVC流场特点及特征参数之间的关系；综合定压理论和等截面设计理论的优缺点，引入混合段面积比计算公式和激波简化计算方法，并以此为基础建立了两段式TVC引射系数的计算模型。通过分析研究TVC几何结构对流场流动特性的影响，得到关键结构尺寸与引射性能的关系，建立了TVC最优结构尺寸计算方法。通过研究不同形状调节锥锥顶激波能量损失和调节特性，提出了可调式TVC喷嘴流量调节锥型线设计方法。 本项目授权发明专利1项，授权实用新型3项；另出版书籍一本。2015年成果首次应用在舟山电厂1.2万吨/天海水淡化工程，TVC实测引射系数1.38，达到国外产品性能。成本从进口设备的400万元降低到80万元。2018年印尼爪哇7电厂24000吨/天海水淡化工程配套2台该成果设计的TVC。2019年沧东电厂1000吨/天海水淡化中试装置配套2台该成果设计的TVC。研究成果经中国电机工程学会的成果鉴定：设备性能达到国际先进水平，并在国资委网站、新浪网、中国电力新闻网等多家知名网站登载报道。通过自主研发高性能TVC设计方法，摆脱了我国海水淡化用TVC对国外产品的依赖，对充分掌握大型低温多效海水淡化技术知识产权、降低工程成本具有重要意义，有利于推动国内海水淡化技术国产化进程，促进产业化发展。