CN101985369A - 板式海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板式海水淡化装置，包括海水泵、板式蒸发器、板式冷凝器、盐水-空气抽除器、淡水泵和用于安装板式蒸发器和板式冷凝器的壳体，该装置通过发动机缸套水废热为热源，采用真空沸腾蒸馏原理，通过板式蒸发器将海水沸腾，再由板式冷凝器将蒸汽冷凝成淡水。本发明采用优化的产品结构，高换热效率的蒸发冷凝器板组，良好分离效果的丝网气液分离器，一体化的浓盐水-空气抽除器等，使得装置结构紧凑，操作简单，装拆、检修方便，装置制淡量可通过板片数的增减而变化，且制得淡水含盐量低。

Description

板式海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种板式海水淡化装置，具体的说是一种以发动机缸套水为热源，采用真空沸腾蒸馏原理将海水转化为淡水的装置。

背景技术

传统的海水淡化装置为壳管式，采用沸腾蒸馏原理，从海水中制取淡水，海水在装置中历经沸腾、蒸发、分离和冷凝等过程转化为淡水。

壳管式海水淡化装置分为上下壳体，冷凝器和分离器设置在上壳体内，加热器设置在下壳体内；上壳体上部居中横卧着冷凝器壳体，内设U形冷凝器管束，管子端部与管板胀接固定，冷凝器端盖内有隔板，使冷却水在冷凝器管中形成多次回流；冷凝器上方有敞开的进气口在冷凝器的适当位置装有空气抽吸接管和凝水排出接管。上壳体内冷凝器下方两侧设有挡板可对蒸汽一次分离，上壳体下部设有浓缩盐水排出接管；下壳内的加热器，其管束为普通光管，直立安装，管子胀接于管板上，使管板、管子和下壳体成为不可拆卸的整体。

进入壳管式海水淡化装置海水第一路经由隔膜稳压阀和节流孔板进入下壳体，对装置进行给水；第二路经过两抽除器，作为两抽除器分别抽除盐水和气体的工作压力水，从抽除器出来的水，作冷凝器的冷却用水。

壳管式海水淡化装置的下壳体侧流入加热水，其热量通过管壁传给在管内的海水，管内的海水处在93％左右真空状态下，受热后开始沸腾、蒸发，部分汽化上升，其余海水形成浓缩盐水由盐水抽除器抽出。上升蒸汽经分离器分离后从两侧进入冷凝腔，蒸汽在冷凝腔内被流动的冷却海水冷凝成蒸馏水，由淡水泵抽出送至淡水柜，整个蒸馏过程都是在高真空状态下完成。经传统壳管式海水淡化装置制取的淡水含盐量指标为≤10ppm。

随着传统壳管式海水淡化装置在船舶、海上钻井平台、小型海水淡化厂上越来越多地应用，人们日益提出更多更高的要求，比如结构紧凑、装拆方便、结构材料耐海水腐蚀强、制取淡水含盐量低等等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提出一种板式海水淡化装置，其结构紧凑、维修方便，具有结构材料耐海水腐蚀性强、制取淡水含盐量低的特点。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种板式海水淡化装置，装置通过发动机缸套水废热为热源，采用真空沸腾蒸馏原理，将海水转化为淡水。该装置包括海水泵、板式蒸发器、板式冷凝器、淡水柜、盐水-空气抽除器和用于安装板式蒸发器和板式冷凝器的壳体；所述壳体与垫片和不锈钢前盖形成一个密闭的腔体，所述不锈钢前盖中间设有一块横向隔板将所述壳体分为上、下两个相通的腔体，所述板式冷凝器和板式蒸发器分别装于所述壳体的上、下腔体内，在所述壳体内的上、下腔体间还设置有气液丝网分离器；所述海水泵与所述板式冷凝器进口相接，利用海水泵将冷海水输送至冷凝器板组，一方面使海水可以受蒸汽传热而得到预热，另一方面蒸气经过海水冷却的冷凝器，使腔体内的蒸汽得以冷凝，而成淡水；所述板式冷凝器出口与所述盐水-空气抽除器的进口相连，在所述板式冷凝器与所述盐水-空气抽除器相连的管路上开有一支管与所述壳体的下腔体相通，将从冷凝器排出的经预热海水被分成盐水-空气抽除器的驱动水和供向板式蒸发器板组用来蒸发的给水两部分。所述壳体上腔体设有与所述淡水柜相连的接管，利用淡水泵将制成的淡水抽出，并送至淡水柜；所述板式蒸发器的进、出口通向发动机缸套循环水的出口和进口，通过发动机缸内的热水将海水加热到沸腾温度，使海水沸腾蒸发，蒸发出的蒸气通过气液丝网分离器后进入上腔体；所述盐水-空气抽除器的进口还设有一支口与所述壳体的下腔体的底端连通，将其余海水形成浓缩盐水抽出腔体；所述盐水-空气抽除器的抽气口与所述壳体相通，将壳体内抽真空。

本发明进一步限定的技术方案是：前述的一种板式海水淡化装置，所述板式蒸发器和板式冷凝器的板片为长方形，所述板片所选用的材质为钛，长宽比≥3∶1，板面上设有人字形波纹；所述板式蒸发器板片组中每间隔一张板片上的两侧分别设置有一个小孔。钛对海水和各种氯化物具有特殊的抗应力腐蚀性能，是海水淡化装置换热单元的首选材料；由于在海水流速为3～5m/s的钛制换热单元中，生物污堵现象是最轻微的，钛板蒸发器和冷凝器的污堵系数约为0.99～0.95。钛板除了很强的耐蚀性外，还具体质量轻、强度高的特性。本发明钛质板式蒸发器和冷凝器相较于传统铜质壳管式而言，不仅因钛板的应用提高了使用寿命和降低了装置重量，还因其产生最轻微污堵现象而降低装置维修频率和使用的经济性。另外，板式蒸发器和冷凝器板片组的拆装非常方便，遇有损坏时，可以直接更换板片，淡水制取量不会受到影响；其中为了降低蒸发板组积垢的产生及同等规格产品提高产品的淡水制取量，蒸发器板组中每隔一张板片的板片左右两侧进水口处各设一定孔径的小孔，以利于双向同时给水，且两侧冷介质同时流动冲刷大大降低积垢现象的产生；相较于单侧孔进水，因板片一面有热介质流过，另一面有冷介质流过，若冷介质那一面只单侧进水，未开孔侧因冷介质板片一侧到另一侧所需流过距离长，而热介质仅需从两侧向中间流动，距离较短，如此，一侧冷介质慢于热介质到达，而使得板片一侧易于结垢，这不仅降低换热效率，还将增加化学清洗及维修的需求。

进一步的，前述的一种板式海水淡化装置，其改变了传统的分体式结构，改制成一体式结构，包括主吸入室、次级吸入室、一级喷嘴、二级喷嘴、抽气管、喉管和扩压管，所述一级喷嘴置于所述主吸入室内，所述次级吸入室与所述主吸入室设有所述一级喷嘴的端口相连，所述二级喷嘴置于所述次级吸入室内，在所述次级吸入室上还连接有所述抽气管，所述次级吸入室与所述喉管和扩压管依次连接。当具有一定压力的工作流体通过喷嘴以一定速度喷出时，由于射流质点的横向紊动扩散作用，将吸入管的空气带走，管内形成真空，低压流体被吸入。多股流体在喉管内混合并进行能量交换，工作流体的速度减小，被吸流体的速度增加，在喉管出口，二者趋近一致，压力逐渐增加，混合流体通过扩压管后，大部分动能转换为压力能，使压力进一步提高，最后经排出管排出。一体式结构混合抽除器不仅使其结构更加紧凑，布置时节省空间，并且通过对抽除器结构参数的合理设置，使用时可直接使盐水和空气的抽吸量达到一个合适的平衡比例状态，而分体式结构则需要在操作时分别地进行调整，操作更加复杂一些。通过盐水-空气抽除器使装置腔体保持85％～95％的真空度，使得供给海水能在真空状态下低温沸腾蒸发，蒸发温度降到40℃～55℃之间。

前述的一种板式海水淡化装置，所述气液丝网分离器由上、下支承栅条和不锈钢丝网组成，所述丝网置于所述上、下栅条之间；丝网材料为316L不锈钢，丝直径为0.22～0.28mm，丝网的厚度约为100mm～150mm，板片组中海水沸腾蒸发产生的蒸汽以合适的流速通过在丝网的上部把液滴破碎，并带出丝网，形成“液泛”状态，以达到良好的气液分离效果。为进一步提高本发明的分离效果，以降低制取淡水的含盐量，在气液分离丝网组装时，丝网分离器上下固定用网格层外围尺寸缩进20～30mm，而分离器整个外围尺寸将大于真空腔室分离器布置处的内腔尺寸，以采取配合时为过盈配合，周边不出现一点点的空隙，以避免蒸汽不透过丝网而从周边空隙中流走；另在丝网组装前，必须采用专用清洗液清洁干净，以避免可能沾有油污而降低分离效果，使得本发明所制取淡水含盐量≤2ppm；而传统壳管式海水淡化装置的气液分离器采用的是增强聚脂玻璃纤维材质的汽水分离档板，尽管也能起到分离作用，但效果远不如丝网分离器，所制取淡水含盐量≤10ppm。

前述的一种板式海水淡化装置，在通向所述淡水柜的接管上还安装有盐度计电极探头和装有电磁阀的支管，当制取的淡水通过盐度计电极探头检测达标则直接送入淡水柜；若不达标，通过电控箱控制打开支管电磁阀将所制得的淡水直接排入舱底。

为了保证所述壳体不被腐蚀，前述的一种板式海水淡化装置，所述壳体为铸铜壳体，在所述筒体底部设置有锌块，根据原电池原理，海水将先腐蚀锌块，而锌块是可更换的，这样将大大延长壳体的寿命，不被海水腐蚀。

前述的一种板式海水淡化装置，在所述壳体的顶部或前部设置有安全阀和放气旋塞，将不凝气体及时的排除出壳体，有利于海水的气化。

本发明的有益效果是：本发明不仅结构紧凑、安装维修空间小，操作简单，装拆、检修方便；而且该装置制取淡水量可通过板片数的增减而变化，制取淡水含盐量非常低。

附图说明

图1为本发明的实施例流程示意图。

图2为本发明丝网气液分离器的安装示意图。

图3为本发明盐水-空气抽除器结构示意图。

图4为本发明蒸发器板片示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种板式海水淡化装置，包括海水泵1、板式蒸发器2、板式冷凝器3、淡水柜4、盐水-空气抽除器5和用于安装板式蒸发器2和板式冷凝器3的壳体6，在所述壳体6的顶部或前部设置有安全阀7和放气旋塞8。

如图2所示，所述壳体6与垫片和不锈钢前盖9形成一个密闭的腔体，所述不锈钢前盖9中间设有一块横向隔板10将所述壳体分为上、下两个腔体，所述板式冷凝器和板式蒸发器通过夹紧螺柱和压紧板固定于所述壳体6的上、下腔体内，在下腔体内设置有金属锌块12，有效的克服壳体的腐蚀；在所述壳体内侧的上、下腔体间还设置有气液丝网分离器11；所述气液丝网分离器由上、下支承栅条和不锈钢丝网组成。

如图3所示，所示盐水-空气抽除器5由主吸入室5-1、次级吸入室5-2、一级喷嘴5-3、二级喷嘴5-4、抽气管5-5、喉管5-6和扩压管5-7组成，所述一级喷嘴置于所述主吸入室内，所述次级吸入室与所述主吸入室设有所述一级喷嘴的端口相连，所述二级喷嘴置于所述次级吸入室内，在所述次级吸入室上还连接有所述抽气管，所述次级吸入室与所述喉管和扩压管依次连接。

如图4所示，所述板式蒸发器的板片为长方形，所述板片所选用的材质为钛，长宽比≥3∶1，板面上设有人字形波纹，所述板式蒸发器板片组中每间隔一张板片上的两侧分别设置有一个小孔2-1。

工作过程：流程如图1所示，海水由海水泵1从海水入口13经过滤器14进入到板式冷凝器内3进行冷凝和预热，流经冷凝器3后预热的海水，一小部分分流经隔膜稳压阀15、节流孔板16和化学清洗口17进入至蒸发器室，而大部分则流至盐水-空气抽除器5，作为该抽除器的驱动水，通过抽除器组件中的喉管5-6、扩压管5-7等的作用，在管内形成真空，同步抽除由壳体底部积累浓盐水和抽气管抽除壳体内的未凝蒸汽，将壳体内形成85％～95％的高真空度，使得壳体内形成高度的真空度以达到低温沸腾蒸馏目的；蒸发器2接来至于发动机19壳体的循环热水，将经预热后进入蒸发器的海水受热沸腾形成蒸汽经由发器板片间上侧开口处冒出，进入壳体中的下腔体，再流经气液丝网分离器11将液滴阻挡下来，流至下腔体底部，而达到一定流速的蒸汽则透过丝网进入上腔体，进入冷凝器上侧开口处，进入冷凝器板片组中板片间遇冷后凝结成淡水由淡水泵18抽出，海水介质在这样的结构中历经液态到气态地转变并达到湍流的状态，达到很好的分离效果。在淡水排出管路中安装有与电控箱相连的盐度计电极探头20，当盐度检测不合格，则电控箱21控制支路管路上的电磁阀22打开将不合格淡水排至舱底，若合格淡水经止回阀，弹簧负荷阀24排至淡水柜4。

本发明采用优化的产品结构，高换热效率的蒸发冷凝器板组、分离效果好的丝网气液分离器、一体化的浓盐水-空气抽除器等，使得装置结构紧凑，操作简单，装拆、检修方便；装置制取淡水量可通过板片数的增减而变化，且制得淡水含盐量低。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种板式海水淡化装置，包括海水泵、板式蒸发器、板式冷凝器、淡水泵、盐水-空气抽除器和用于安装板式蒸发器和板式冷凝器的壳体，其特征在于：所述壳体与垫片和不锈钢前盖形成一个密闭的腔体，所述不锈钢前盖中间设有一块横向隔板将所述壳体分为上、下两个不相通的腔体，所述板式冷凝器和板式蒸发器分别装于所述壳体的上、下腔体内，在所述壳体内的上、下腔体间还设置有气液丝网分离器；所述海水泵与所述板式冷凝器进口相接，所述板式冷凝器出口与所述盐水-空气抽除器的进口相连，在所述板式冷凝器与所述盐水-空气抽除器相连的管路上开有一支管与所述壳体的下腔体相通，所述壳体上腔体设有与所述淡水泵相连的接管；所述板式蒸发器的进、出口通向发动机缸套循环水的出口和进口；所述盐水-空气抽除器的进口还设有一支口与所述壳体的下腔体的底端连通，所述盐水-空气抽除器的抽气口与所述壳体相通。

2.根据权利要求1所述的一种板式海水淡化装置，其特征在于：所述板式蒸发器和板式冷凝器的板片为长方形，所述板片所选用的材质为钛，长宽比≥3∶1，板面上设有人字形波纹；所述板式蒸发器板片组中每间隔一张板片上的两侧分别设置有一个小孔。

3.根据权利要求1所述的一种板式海水淡化装置，其特征在于：所述盐水-空气抽除器为一体式结构，包括主吸入室、次级吸入室、一级喷嘴、二级喷嘴、抽气管、喉管和扩压管，所述一级喷嘴置于所述主吸入室内，所述次级吸入室与所述主吸入室设有所述一级喷嘴的端口相连，所述二级喷嘴置于所述次级吸入室内，在所述次级吸入室上还连接有所述抽气管，所述次级吸入室与所述喉管和扩压管依次连接。

4.根据权利要求1所述的一种板式海水淡化装置，其特征在于：所述气液丝网分离器由上、下支承栅条和不锈钢丝网组成，所述丝网置于所述上、下栅条之间。

5.根据权利要求4所述的一种板式海水淡化装置，其特征在于：所述不锈钢丝网所用材质为316L。

6.根据权利要求1所述的一种板式海水淡化装置，其特征在于：在通向所述淡水泵的接管上还安装有盐度计电极探头和装有电磁阀的支管。

7.根据权利要求1所述的一种板式海水淡化装置，其特征在于：所述壳体为铸铜壳体，在所述壳体底部设置有锌块。

8.根据权利要求1所述的一种板式海水淡化装置，其特征在于：在所述壳体的顶部或前部设置有安全阀和放气旋塞。

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