CN102249472A - 一种吸附压缩-多效蒸馏系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海水及苦咸水淡化领域，是一种吸附压缩-多效蒸馏系统。包括吸附模块、多效蒸馏模块和蒸汽发生模块，加热阀左口与冷凝器进口连接，冷凝器出口与供热阀下口连接，吸附床上口与供热阀右口连接，供热阀上口与多效蒸馏模块第一级蒸馏装置内喷淋降膜蒸发器进口连接，多效蒸馏模块末级蒸馏装置水蒸汽出口与补气阀右口连接，补气阀左口与吸附床下口连接，多效蒸馏模块淡水出口与蒸汽发生模块右口连接，蒸汽发生模块上口与加热阀右口连接。本发明扩展低温多效蒸馏系统可利用热源范围；采用分离式类环路热管技术，强化了吸附床内部换热效率，利用吸附技术实现低温低压蒸汽潜热的高效回收，提高了系统造水比和热利用效率。

Description

一种吸附压缩-多效蒸馏系统
技术领域
本发明属于海水及苦咸水淡化领域，尤其是一种吸附压缩-多效蒸馏系统。
背景技术
低温多效蒸馏系统具有抗腐蚀能力强、耗电少等优势，在技术和经济性方面具有很强的竞争性，已成为第二代海水淡化厂的主流技术。目前研究表明，为控制海水腐蚀和结垢问题，海水顶值温度需小于70℃，而余热、太阳能等热源温度多高于所需海水顶值温度，直接利用会导致高品位热能的浪费、多效蒸发温度范围小以及热效率偏低等问题。
为了解决以上问题，一些学者提出热力压缩与多效蒸馏系统联合运行，对低温低压蒸汽的潜热进行回收，以提高热效率。比如采用高压蒸汽在喷射器中吸引二次蒸汽，达到低压蒸汽反复利用的目的，但该类系统对高压蒸汽品位要求较高，并且热效率偏低，实际运行过程仅为10％左右。另外，也有学者提出采用吸收或吸附式热泵原理对二次低温低压蒸汽升压，实现热量回收思路。在实际运行过程中，溴化锂吸收式热泵系统易出现溴化锂污染淡水、吸收器内换热部件结垢等问题；吸收式热泵系统不会出现吸附剂污染淡水的现象，比如Hisham T.El-Dessouky在2002年出版的专著《Fundamentals of SaltWater Desalination》中提到一种多效吸附式太阳能海水淡化系统(MEE-ADVC)，该系统吸附热通过两床间的换热器进行部分回收，低品位部分直接被冷却水带走，根据吸附式制冷领域的研究，由于吸附剂显热、金属比热容以及物理吸附剂的吸附特点等原因，实际运行过程热回收效率很难高于0.3，更不可能达到其计算中采用的0.9，因此该系统运行效率必然偏低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种运行效率高、换热能力强的吸附压缩-多效蒸馏系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种吸附压缩-多效蒸馏系统，包括吸附模块、多效蒸馏模块和蒸汽发生模块，其中吸附模块内设有加热阀、吸附床、供热阀和补气阀，多效蒸馏模块内有第一级蒸馏装置喷淋降膜蒸发器蒸汽进口、末级蒸馏装置水蒸汽出口和淡水出口，蒸汽发生模块内有淡水和换热器，吸附床内有冷凝器和吸附剂，其特征是：加热阀左口与冷凝器进口连接，冷凝器出口与供热阀下口连接，吸附床上口与供热阀右口连接，供热阀上口与第一级蒸馏装置喷淋降膜蒸发器蒸汽进口连接，末级蒸馏装置水蒸汽出口与补气阀右口连接，补气阀左口与吸附床下口连接，淡水出口与蒸汽发生模块右口连接，蒸汽发生模块上口与加热阀右口连接。
吸附剂主要包括物理吸附剂(如活性炭、沸石分子筛、硅胶等)、化学吸附剂(吸水形成碱的氧化物、吸水形成络合物的盐)和混合/复合吸附剂。
所述吸附模块数量为2-8个，每个吸附模块交替以吸附供热状态和解吸供热状态运行。
所述的吸附供热状态，加热阀关闭，供热阀下口与上口连通，补气阀开启；所述的解吸供热状态，加热阀开启，供热阀右口与上口连通，补气阀关闭。
多效蒸馏模块的驱动热源分为两部分：外部热源经换热器加热淡水，淡水汽化为高压水蒸气，高压水蒸气经加热阀进入处于解吸供热状态的吸附模块，在冷凝器内冷凝积液并加热吸附剂，吸附剂解吸出中压水蒸气，中压水蒸气经供热阀进入多效蒸馏模块，在第一级蒸馏装置内喷淋降膜蒸发器冷凝放热，作为多效蒸馏模块的第一部分驱动热源，同时，多效蒸馏模块生产淡水部分用于补充蒸汽发生模块内淡水消耗；多效蒸馏模块末级蒸馏装置蒸发的低压水蒸气经补气阀进入处于吸附供热状态的吸附模块，吸附剂吸附低压水蒸气并放热，冷凝器内冷凝的积液吸收热量并蒸发为中压水蒸汽，中压水蒸气经供热阀进入多效蒸馏模块，在第一级蒸馏装置内喷淋降膜蒸发器冷凝放热，作为多效蒸馏模块的第二部分驱动热源。
若供热模块的热源为水蒸气，则去除供热模块，供热水蒸气直接进入加热阀，作为加热吸附剂的热源。
本发明的有益效果：其一，实现低温低压蒸汽潜热的回收，大大提高了整个系统造水比和热效率；其二，采用分离热管实现吸附床热量的输入输出，减少热量损失，大大提高了换热效率；其三，与海水无接触，吸附模块不会出现结垢和腐蚀等问题；其四，不会出现吸收压缩过程吸收剂污染淡水问题；其五，多效蒸馏系统的末级蒸汽直接被吸附剂吸附，通过吸附剂的选取，可扩大多效蒸发温度范围，实现末级蒸汽冷凝温度低于环境海水温度；其六，对供热易出现波动的热源适应性强。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：I吸附模块、II多效蒸馏模块、III蒸汽发生模块、1淡水、2换热器、3加热阀、4吸附床、5冷凝器、6吸附剂、7供热阀、8补气阀、9第一级蒸馏装置喷淋降膜蒸发器蒸汽进口、10末级蒸馏装置水蒸汽出口、11淡水出口。
图中实线箭头表示水蒸气流动方向，虚线箭头方向淡水的流动方向。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图1所示，本实施例包括：包括吸附模块I、多效蒸馏模块II和蒸汽发生模块III，其中吸附模块I内设有加热阀3、吸附床4、供热阀7和补气阀8，多效蒸馏模块II内有第一级蒸馏装置喷淋降膜蒸发器蒸汽进口9、末级蒸馏装置水蒸汽出口10和淡水出口11，蒸汽发生模块III内有淡水1和换热器2，吸附床4内有冷凝器5和吸附剂6。
本实施例中，加热阀3左口与冷凝器5进口连接，冷凝器5出口与供热阀7下口连接，吸附床4上口与供热阀7右口连接，供热阀7上口与第一级蒸馏装置喷淋降膜蒸发器蒸汽进口9连接，末级蒸馏装置水蒸汽出口10与补气阀8右口连接，补气阀8左口与吸附床4下口连接，淡水出口11与蒸汽发生模块III右口连接，蒸汽发生模块III上口与加热阀3右口连接。
本实施例中，吸附模块I数量为2个，每个吸附模块I交替以吸附供热状态和解吸供热状态运行。吸附供热状态时，加热阀3关闭，供热阀7下口与上口连通，补气阀8开启；解吸供热状态时，加热阀3开启，供热阀7右口与上口连通，补气阀8关闭。在同一时间，吸附模块I一个处于吸附供热状态，一个处于解吸供热状态。
本实施例中，多效蒸馏模块II的驱动热源分为两部分：外部热源流体经换热器2加热淡水1，淡水1汽化为高压水蒸气，高压水蒸气经加热阀3进入处于解吸供热状态的吸附模块I，在冷凝器5内冷凝积液并加热吸附剂6，吸附剂6解吸出中压水蒸气，中压水蒸气经供热阀7进入多效蒸馏模块II，在第一级蒸馏装置内喷淋降膜蒸发器冷凝放热，作为多效蒸馏模块II的第一部分驱动热源，同时，多效蒸馏模块II生产淡水部分用于补充蒸汽发生模块III内淡水1消耗；多效蒸馏模块II末级蒸馏装置蒸发的低压水蒸气经补气阀8进入处于吸附供热状态的吸附模块I，吸附剂6吸附低压水蒸气并放热，冷凝器5内冷凝的积液吸收热量并蒸发为中压水蒸汽，中压水蒸气经供热阀7进入多效蒸馏模块II，在第一级蒸馏装置内喷淋降膜蒸发器冷凝放热，作为多效蒸馏模块II的第二部分驱动热源。
本实施例中，外部热源流体供热温度为200℃，经过I吸附模块转化为70℃中压蒸汽，作为多效蒸馏模块II的驱动热源，相对于单纯多效蒸馏海水淡化系统，造水比提高50％以上。
实施例二
本实施例中，吸附模块I数量为3个，每个吸附模块I交替以吸附供热状态和解吸供热状态运行。
本实施例中，供热模块的热源为太阳能中高温系统产生的高压水蒸气，去除供热模块，供热水蒸气直接进入加热阀，作为加热吸附剂的热源。供热量越大，吸附模块I工作数量越多，以保持系统对热源的波动的适应性。在同一时间，吸附模块I始终保持一个处于吸附供热状态，剩余两个处于解吸供热状态。
本实施例中，外部热源流体供热温度为220℃，经过吸附模块转化为70℃中压蒸汽，作为多效蒸馏模块II的驱动热源，相对于单纯多效蒸馏海水淡化系统，造水比提高60％以上。
实施例三
本实施例中，吸附模块I数量为8个，每个吸附模块I交替以吸附供热状态和解吸供热状态运行。
本实施例中，供热模块的热源为太阳能中高温系统产生的高压水蒸气，去除供热模块，供热水蒸气直接进入加热阀，作为加热吸附剂的热源。供热量越大，吸附模块I工作数量越多，以保持系统对热源的波动的适应性。在同一时间，吸附模块I始终保持一半处于吸附供热状态，另一半处于解吸供热状态。
本实施例中，外部热源流体供热温度为150℃，经过吸附模块转化为65℃中压蒸汽，作为多效蒸馏模块II的驱动热源，相对于单纯多效蒸馏海水淡化系统，造水比提高40％以上。

Claims (4)

1.一种吸附压缩-多效蒸馏系统，包括吸附模块(I)、多效蒸馏模块(II)和蒸汽发生模块(III)，其中吸附模块(I)内设有加热阀(3)、吸附床(4)、供热阀(7)和补气阀(8)，多效蒸馏模块(II)内有第一级蒸馏装置喷淋降膜蒸发器蒸汽进口(9)、末级蒸馏装置水蒸汽出口(10)和淡水出口(11)，蒸汽发生模块(III)内有淡水(1)和换热器(2)，吸附床(4)内有冷凝器(5)和吸附剂(6)，其特征是：加热阀(3)左口与冷凝器(5)进口连接，冷凝器(5)出口与供热阀(7)下口连接，吸附床(4)上口与供热阀(7)右口连接，供热阀(7)上口与第一级蒸馏装置喷淋降膜蒸发器蒸汽进口(9)连接，末级蒸馏装置水蒸汽出口(10)与补气阀(8)右口连接，补气阀(8)左口与吸附床(4)下口连接，淡水出口(11)与蒸汽发生模块(III)右口连接，蒸汽发生模块(III)上口与加热阀(3)右口连接。
2.根据权利要求1所述的吸附压缩-多效蒸馏系统，其特征是，所述吸附模块(I)数量为2-8个，每个吸附模块(I)交替以吸附供热状态和解吸供热状态运行。
3.根据权利要求1或2所述的吸附压缩-多效蒸馏系统，其特征是，所述的吸附供热状态，加热阀(3)关闭，供热阀(7)下口与上口连通，补气阀(8)开启；所述的解吸供热状态，加热阀(3)开启，供热阀(7)右口与上口连通，补气阀(8)关闭。
4.根据权利要求1或3所述的吸附压缩-多效蒸馏系统，其特征是，多效蒸馏模块(II)的驱动热源分为两部分：外部热源经换热器(2)加热淡水(1)，淡水(1)汽化为高压水蒸气，高压水蒸气经加热阀(3)进入处于解吸供热状态的吸附模块(I)，在冷凝器(5)内冷凝积液并加热吸附剂(6)，吸附剂(6)解吸出中压水蒸气，中压水蒸气经供热阀(7)进入多效蒸馏模块(II)，在第一级蒸馏装置内喷淋降膜蒸发器冷凝放热，作为多效蒸馏模块(II)的第一部分驱动热源，同时，多效蒸馏模块(II)生产的部分淡水用于补充蒸汽发生模块(III)内淡水(1)消耗；多效蒸馏模块(II)末级蒸馏装置蒸发的低压水蒸气经补气阀(8)进入处于吸附供热状态的吸附模块(I)，吸附剂(6)吸附低压水蒸气并放热，冷凝器(5)内冷凝的积液吸收热量并蒸发为中压水蒸汽，中压水蒸气经供热阀(7)进入多效蒸馏模块(II)，在第一级蒸馏装置内喷淋降膜蒸发器冷凝放热，作为多效蒸馏模块(II)的第二部分驱动热源。
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