CN102500200A - 海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备及方法，其外形呈圆管状，它连接在内燃机的排烟管之间，并与饮用水处理箱连接，圆管分为三段，顺高温烟气的走向依次为电晕管、净化蒸发管和冷凝管，电晕管的轴心线上设置有一根电晕丝，净化蒸发管的轴心线上设置有与电晕丝连接的金属棒，净化蒸发管的上端有一环形的新鲜原水槽，净化蒸发管的管内壁流动有原水液膜，净化蒸发管的下端有一环形的浓缩原水槽，冷凝管中斜置有换热管，换热管的上端与海水管相连，换热管的下端伸入新鲜原水槽中，冷凝管的下端连有环形淡水槽，淡水槽与饮用水处理箱连通。本发明运行成本低、不存在传热面结晶和结垢问题。可广泛应用于海水淡化、污水净化和烟气排放净化过程中。

Description

海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备及方法

技术领域

 本发明涉及一种水净化设备及方法。

背景技术

目前，各国对内燃机尾气和锅炉烟气排放已日趋严格。如国标GB/T15097-2008，GB/8840-2009中，对船用柴油机烟度，CO，NO（氮氧化物）和HC 的排放上限已有明确规定。所以烟气应净化后才能排放，此外，烟气直接与原水接触，也必须净化后才能用于蒸发原水，以避免获得的淡水或净化水含有大量污染物。

烟气或尾气中有两类污染物，一是CO，SO₂，NO（氮氧化物）和HC等气态污染物，二是颗粒物，如烟尘或未燃烧的碳颗粒，后者是柴油机排放黑烟中的主要污染物。

传统的静电除尘器的工作原理是：含有颗粒物的烟气，从连接高压直流电源的电晕极和作为沉积极的极板或管之间所形成的高压电场通过时，由于电晕极发生电晕放电、气体被电离，带电的气体离子，在电场力的作用下，向沉积极运动，在运动中与颗粒物相碰，使其荷以负电，荷电后的微粒在电场力的作用下，向沉积极运动，到达沉积极后，放出所带电子，沉积于阳极上，净化后的气体排出除尘器外，但是传统静电除尘器的性能受烟尘性质、设备构造和烟气流速等多个因素的影响，如烟尘的比电阻过低，尘粒难以保持在沉积极上，致使其重返气流，比电阻过高，到达沉积极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成的电压梯度会产生局部击穿和放电现象，造成除尘效率下降。

除此之外，还有其他方法，如：利用发动机排气管尾气余热进行海水淡化的方法，该方法是将排气管余热引入曲面蒸发器，使蒸发器的温度上升到100℃以上，然后用喷头将海水喷洒在蒸发器表面产生水蒸汽，水蒸汽通过冷凝器时产生淡水，蒸发器蒸发海水时结晶的盐垢用未蒸发完的水流和水流带动的空气流冲刷而清除，然后流入海洋。该方法有两个主要不足：一是高温蒸发器表面的结垢和腐蚀。采用水流和空气流冲洗不能解决问题，因结垢一旦形成，就极难去除。二是传热效率受排气阻力的限制。内燃机气缸排气阻力须严格控制，否则工况恶化，效率将急剧下降。但为提高传热效率，必须增加传热面积，由此又会导致排气阻力过大。另一种采用船舶柴油机余热为驱动热源的吸收式制冰机，以及类似的利用渔船柴油机尾气的海水制冰机与前述方法具有同样不足之处，而一种常温蒸馏海水淡化装置，包括电机、冷凝装置和至少一个汽化叶轮的蒸发器，该技术需额外能源加热蒸发，存在由此带来的各种局限。

发明内容

本发明的目的是提供一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备及方法，要解决海水、污水和烟气的净化需额外能源加热蒸发、蒸发器表面的结垢不易清除的问题；并解决传热效率受排气阻力的限制不能进一步提高的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其外形呈圆管状，它连接在内燃机的排烟管之间，并与饮用水处理箱连接，其特征在于：所述圆管分为三段，顺高温烟气的走向依次为电晕管、净化蒸发管和冷凝管，排烟管下段与电晕管之间通过第一法兰盘及配套螺栓连接；

所述电晕管的轴心线上设置有一根电晕丝，所述电晕丝由电晕丝支架固定在电晕管的中心位置，电晕管通过第二法兰盘及紧固件与净化蒸发管连接。

所述净化蒸发管的轴心线上设置有与电晕丝连接的金属棒，所述金属棒由安置在净化蒸发管头部的金属棒支架固定在净化蒸发管的中轴线上，所述金属棒支架通过螺栓与冷凝管连接，净化蒸发管的上端有一环形的新鲜原水槽，新鲜原水槽与净化蒸发管的管内壁相连通，净化蒸发管的管内壁流动有原水液膜，净化蒸发管的下端有一环形的浓缩原水槽，浓缩原水槽与浓缩原水出水管和阀门连接，所述金属棒与管外的高压静电发生器连接，高压静电发生器的一个高压极与金属棒和电晕丝连接，另一个高压极与新鲜原水槽中的原水连接，使沿净化蒸发管壁流下的液膜始终带电荷。

所述冷凝管中斜置有换热管，换热管的上端穿过冷凝管的管壁与海水管相连，换热管的下端穿过冷凝管的管壁向下伸入新鲜原水槽中，冷凝管的下端连有用于汇集冷凝淡水的环形淡水槽，冷凝管通过第三法兰盘及紧固件与排烟管上段连接，淡水槽通过淡水出水管和阀门与饮用水处理箱连通。

所述电晕管由金属材质制成，电晕丝的表面是光滑的或者带有芒刺。

所述新鲜原水槽内置有液面传感器，液面传感器的信号线与阀门控制连接或与警示器控制连接。

所述饮用水处理箱内设置有活性碳层和紫外线灯管，饮用水处理箱的底部连有出水管。

一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，步骤如下：

     步骤一，利用高压静电发生器形成高压静电场产生电晕，让热源排放的高温烟气或尾气经排烟管下段通过电晕管，电晕丝产生电晕，与电晕丝连接的金属棒不产生电晕，其作用是迫使来自电晕管气流中的污染物粒子带上电荷，并因同性相斥而朝着净化蒸发的管壁移动，迅速被管壁上流动的原水液膜吸引，并进入原水中，污染物粒子最后进入浓缩原水槽中，浓缩原水通过浓缩出水管和阀门收集后集中处理。

步骤二，换热管中流过海水泵送入的冷海水，换热后的冷海水温度上升，进入新鲜原水槽，作为净化蒸发管的原水使用，在净化蒸发管的内壁形成流动的液面或液膜，并与高压静电场的负极或正负连接，如果污染粒子带负电荷，就与正极连接，如果粒子带正电荷，就与负极连接，使液面或液膜成为吸引带异种电荷的污染物粒子的沉积极，让污染物粒子和部分气态污染物在排放之前进入流动浓缩原水中。

步骤三，含有大量污染物的流动浓缩原水被集中收集后再处理，一般不再循环使用。

步骤四，在污染物被吸引进入原水的同时，高温烟气使与之接触的流动原水蒸发，水蒸气将与温度已降低的烟气混合，并与其中部分剩余的气态污染物分子结合，混合烟气离开静电场区域后，进入冷凝管。

步骤五，混合烟气经过冷凝管，待其中的淡水或净化水冷凝分离后，从排烟管上段排放到大气中，这时排放的烟气已获得完全净化。

步骤六，冷凝得到的淡水将通过冷凝管的管壁汇集进入淡水槽，淡水槽中的淡水通过淡水出水管和阀门流出经饮用水处理箱处理后供日常生活使用。

所述热源是内燃机，锅炉和其他产生高于常温的废气，尾气和烟气的设备。

所述原水是内燃机冷却系统排出的热水、锅炉等其他热源的冷却水、本发明系统中通过冷却烟气和水蒸汽混合气得到的高温水或者是直接抽取的海水，苦咸水或污水，所述污水是指各种具有高浓度盐碱成分、不适合饮用的地下或地表水，以及工厂或居民区排放的工业和生活污水。

所述烟气是所述热源排放的高于环境温度的废气、尾气或者烟气。

所述冷凝方式采用空冷或风冷方式，所述冷凝换热过程，烟气和水蒸汽混合气从多根烟道内通过，低温原水从烟道外流过或者低温原水从多根换热管道内流过，混合气在管道外流过。

所述高压静电发生器的将来自发电机的电压转换成直流高压，高压范围从5000V到100000V，取决于电晕管和电晕丝的直径以及烟气流量，电晕丝的直径小于2mm。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：烟气中污染物气溶胶粒子的净化不采用金属或其他固体导电材料作为烟尘或碳粒等污染物的沉积极，而是用流动的液体表面或液体膜替代金属板或金属管的功能，带电粒子受电晕极同种电场力的排斥和流动液体异种电场力的吸引迅速飞向流动液体表面，突破粒子和液面之间的气膜而进入液体内，进入流动液面的粒子立即被流动液体带离原位置，保证液面有持续吸引粒子的能力，流动液体是吸引和运输污染物粒子的介质，流动原水与高温烟气较大面积的直接接触，保证了原水的快速蒸发，不通过换热器，能进一步节能，将烟气高温热能直接转换为原水相变能，没有固定的换热面，不存在传热面上的结晶、结垢和腐蚀。

本发明充分利用内燃机，锅炉等热源的冷却水和排放烟气的余热，非常节能，产水量大，出水水质良好，原水基本不用预处理，对海水水质无任何要求，结构和工序简单与反渗透相比，无高压力部件，工作条件宽松，可靠性高，有明显优势。

本发明不需其他耗材，不用任何膜材料，设备运行成本极低、体积小、维护简单，可以不改变原有内燃机结构，容易安装，没有高温传热面，不存在传热面结晶和结垢问题，大多数部件可采用高分子材料或陶瓷制造，抗海水腐蚀性强。

本发明可广泛应用于海水淡化、污水净化和烟气排放净化过程中。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明设备的结构示意图。

图2是本发明设备的工作原理示意图。

附图标记：1-排烟管下段、2-电晕管、3-第一法兰盘、4-电晕丝、5-电晕丝支架、6-第二法兰盘、7-净化蒸发管、8-金属棒、9-原水液膜、10-浓缩原水槽、11-浓缩出水管和阀门、12-高压静电发生器、13-新鲜原水槽、14-金属棒支架、15-螺栓、16-冷凝管、17-换热管、18-淡水槽、19-第三法兰盘、20-排烟管上段、21-淡水出水管和阀门、22-饮用水处理箱、23-活性碳层、24-紫外线灯管、25-出水管、26-电源输出、27-高压导线、28-导线、29-布液管、30-重锤、31-泵、32-导管、33-液面传感器、34-三通阀。

具体实施方式

实施例参见图1所示，一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其外形呈圆管状，它连接在内燃机的排烟管之间，并与饮用水处理箱22连接，所述圆管分为三段，顺高温烟气的走向依次为电晕管2、净化蒸发管7和冷凝管16，排烟管下段1与电晕管2之间通过第一法兰盘3及配套螺栓连接，所述电晕管2的尺寸应与常规内燃机排气管直径相配和，以便于安装，而且内燃机排放阻力没有大的改变，整个装置固定在顶层甲板的排烟管上，所述电晕管2的轴心线上设置有一根电晕丝4，所述电晕丝由电晕丝支架5固定在电晕管2的中心位置，电晕管通过第二法兰盘6及紧固件与净化蒸发管7连接，所述电晕管2不接触海水，可由金属材质制成，电晕丝4可选择用不锈钢或其它金属丝，其直径不能太粗，否则不能产生电晕，一般应小于2mm，电晕丝4的表面是光滑的或者带有芒刺，带有芒刺的金属电晕丝，可使沿丝长度方向产生较强且范围较大的电晕场，所述净化蒸发管7的轴心线上设置有与电晕丝4连接的金属棒8，所述金属棒8由安置在净化蒸发管头部的金属棒支架14固定在净化蒸发管的中轴线上，所述金属棒8，因直径较粗，不产生电晕，其作用是迫使来自电晕管气流中的污染物粒子因同性相斥而朝着净化蒸发管壁移动，迅速被管壁上流动的原水液膜9吸引，并进入原水中，所述金属棒支架14通过螺栓15与冷凝管16连接，净化蒸发管的上端有一环形的新鲜原水槽13，新鲜原水槽13与净化蒸发管的管内壁相连通，净化蒸发管的管内壁流动有原水液膜9，净化蒸发管的下端有一环形的浓缩原水槽10，浓缩原水槽10与浓缩原水出水管和阀门11连接，所述金属棒8与管外的高压静电发生器12连接，高压静电发生器12的一个高压极与金属棒8和电晕丝4连接，另一个高压极与新鲜原水槽13中的原水连接，使沿净化蒸发管壁流下的液膜9始终带电荷，所述高压静电发生器12的将来自发电机的电压转换成直流高压，高压范围从5000V到100000V,取决于电晕管和电晕丝的直径以及烟气流量，电晕丝的直径小于2mm，所述冷凝管16中斜置有换热管17，换热管17的上端穿过冷凝管的管壁与海水管相连，换热管17的下端穿过冷凝管的管壁向下伸入新鲜原水槽13中，冷凝管的下端连有用于汇集冷凝淡水的环形淡水槽18，冷凝管16通过第三法兰盘19及紧固件与排烟管上段20连接，净化后的烟气经过排烟管上段排放到大气中，淡水槽18中的淡水通过淡水槽18通过淡水出水管和阀门21与饮用水处理箱22连通，流出供日常生活使用，如供饮用，需送入饮用水处理箱22中做进一步处理，所述饮用水处理箱22内设置有活性碳层23和紫外线灯管24，使之吸附淡水中残余的有害物质，并用以杀灭水中微生物，得到的淡水通过饮用水处理箱24的底部连有出水管25放出供饮用，所述饮用水处理箱则放置在甲板上，当船体剧烈摇晃时，烟气的流动状态也能基本保持稳定，流动阻力增加不多，总传热效率可高达80％～90％。     本设计中，可能产生少量结垢的部件是换热管17，传统的防垢办法有三种，即机械除垢、化学除垢和更换零部件，机械除垢容易损伤器件表面；化学除垢所采用的阻垢剂，会影响出水品质；在保证操作简单、低成本的情况下，更换零部件是一种比较方便的方法。换热管17的内壁仍可能在较长时间（一年或更长）工作后产生一些结垢，影响换热效率。可以停机后拆下，用化学除垢液反复冲洗。然后再装上重新使用。

本发明考虑到海水的强腐蚀性，除不接触海水的电晕管外，大部分部件，如净化蒸发管，浓缩原水槽，新鲜原水槽，水管和阀门等，均可用高分子材料或陶瓷制造，此外，连接螺栓可用高耐蚀钢，换热管用铜，电晕丝用不锈钢制造。

本发明用于装有400马力以下柴油机的渔船，每天可产淡水500kg左以上，足以维持10人以上出海船员的生活需要。

本发明设备的工作原理示意图参见图2所示，图中26是电源输出，高压静电发生器12通常输出8000V以上的高压，负高压通过高压导线27与电晕丝4连接，为保证电场的稳定状态，电晕丝4必须始终保持竖直，最简单的方法是在金属丝的尾端加一重锤30，直流高压静电发生器12的输出正极（阳极）通过导线28与新鲜原水槽13中的原水连接，原水在泵31的驱动下，通过导管32，新鲜原水或来自原水箱上部的原水进入布液管29中，然后从布液管均匀流动，形成向下均匀流动的平面状光滑原水液膜9，含污染物粒子的烟气从水平方向进入原水液膜9之间的电场，其中的污染物粒子带上负电荷后，在电场力作用下，高速飞向带正电的液面，然后立即随液流流入新鲜原水槽13中，沉积在新鲜原水槽的下层，含有污染物和高浓度盐的浓缩原水可通过浓缩出水管和阀门11排出并收集处理，新鲜原水槽13内置有液面传感器33，液面传感器的信号线与阀门连接或与警示器连接，新鲜原水槽13上层较干净的原水可以通过泵31抽取后进入电晕管中继续蒸发，三通阀34用来选择进入电晕管2蒸发的原水是来自新鲜海水还是来自新鲜原水槽13上部的原水，由于高温烟气的吹过，使流动液面的大量水分子蒸发，与烟气混合后被吹出电场，进入冷凝管后冷凝为淡水。

一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，步骤如下：

步骤一，利用高压静电发生器形成高压静电场产生电晕，让热源排放的高温烟气或尾气经排烟管下段1通过电晕管2，电晕丝产生电晕，与电晕丝连接的金属棒不产生电晕，其作用是迫使来自电晕管气流中的污染物粒子带上电荷，并因同性相斥而朝着净化蒸发管7的管壁移动，迅速被管壁上流动的原水液膜9吸引，并进入原水中，污染物粒子最后进入浓缩原水槽10中，浓缩原水通过浓缩出水管和阀门11收集后集中处理。

步骤二，换热管17中流过海水泵送入的冷海水，换热后的冷海水温度上升，进入新鲜原水槽13，作为净化蒸发管7的原水使用，在净化蒸发管7的内壁形成流动的液面或液膜，并与高压静电场的负极或正负连接，如果污染粒子带负电荷，就与正极连接，如果粒子带正电荷，就与负极连接，使液面或液膜成为吸引带异种电荷的污染物粒子的沉积极，让污染物粒子和部分气态污染物在排放之前进入流动浓缩原水中。

步骤三，含有大量污染物的流动浓缩原水被集中收集后再处理，一般不再循环使用。

步骤四，在污染物被吸引进入原水的同时，高温烟气使与之接触的流动原水蒸发，水蒸气将与温度已降低的烟气混合，并与其中部分剩余的气态污染物分子结合，混合烟气离开静电场区域后，进入冷凝管16。

步骤五，混合烟气经过冷凝管16，待其中的淡水或净化水冷凝分离后，从排烟管上段20排放到大气中，这时排放的烟气已获得完全净化。

步骤六，冷凝得到的淡水将通过冷凝管16的管壁汇集进入淡水槽18，淡水槽18中的淡水通过淡水出水管和阀门21流出经饮用水处理箱22处理后供日常生活使用。

所述热源是内燃机，锅炉和其他产生高于常温的废气，尾气和烟气的设备，原水自带的热能和内燃机、锅炉或其他热源排放的烟气、尾气所含热能，原水自带的热能按200马力船用柴油机开式冷却系统排出的热海水（水温75⁰C，流量6t/h）计算，可用热能达33000千卡/h，以内燃机为例，该部分能量能占燃油燃烧总能的30%以上，柴油机尾气的温度一般可达300-650⁰C，怠速时也有200⁰C以上，汽油机尾气温度更高，这部分热能是本发明设备运转的主要能源。

所述原水来源包括：内燃机开式冷却系统排出的具有一定温度的热海水或苦咸水、温度一般为60-95⁰C，内燃机闭式冷却系统中、用于冷却循环淡水的海水、水温约40-60⁰C，通过换热来冷却水蒸汽的海水、水温范围为50-80⁰C，直接抽取的海水、水温取决于地理位置和季节，其中，内燃机冷却方式分为风冷和水冷两大类，风冷多用于小型发动机上，船用柴油机多采用水冷却系统，它又可分为两类： 开式冷却系统是用海水泵将海水从舷外吸入送至柴油机缸套冷却空腔，冷却换热后又排至舷外，闭式冷却系统是用淡水循环冷却柴油机，而受热的淡水再用海水来冷却。

所述污水或劣质水是指各种具有高浓度盐碱成分, 高硬度、高氟、高砷、高铁锰、低碘、低硒等特征的不适合饮用的地下或地表水，以及工厂或居民区排放的工业和生活污水。污水净化的原水包括：内燃机、锅炉或其他热源冷却系统排出的具有一定温度的热劣质水，温度一般为60-95⁰C，通过换热来冷却水蒸汽的劣质水（尾气冷却水），水温范围为50-80⁰C，直接抽取的或排放出的劣质水。

本发明涉及的换热方式分为两个步骤：含有大量带电荷的粒子的高温烟气进入蒸发室后，带粒子被带异种电的流动液面所吸引而进入原水，与此同时，与高温烟气直接接触的具有较大表面积的流动原水中，大量液态水分子将迅速蒸发成为水蒸汽，与温度已下降的烟气一道上升，进入冷凝室，这种不通过换热器，将烟气高温热能直接转换为原水相变能（汽化热）的方式，属于直接接触传热，与常规的通过换热面进行的间接传热相比，传热效率高得多，且排烟阻力很小，不会影响发动机工况，最终排放的烟气温度也较低，设备维护简单，运行成本低，适合大流量的液体蒸发和连续运转，更重要的是，由于没有固定的换热面，不存在传热面上的结晶、结垢和腐蚀等问题，特别适于易结晶和易结垢的液体（如海水和苦咸水）的加热蒸发；

在冷凝室中，含有大量水蒸汽的烟气通过换热部件，间接与冷海水，劣质水或冷空气换热，使烟气中的水蒸气冷凝为淡水或净化水并被收集，烟气温度进一步下降后排放到大气，在此换热过程中，既可采用常规烟道式锅炉换热方法，即烟气和水蒸汽的混合气从多根烟道内通过，冷海水，劣质水或冷空气从烟道外流过，二者通过金属烟道壁换热，也可反过来进行，即冷海水，劣质水或冷空气从多根换热管道内流过，混合气在管道外流过。

所述冷凝管设计成可以拆卸形式，等使用一段时间后，拆下用化学除垢剂冲洗去垢后，安装上重新使用。

本发明不采用金属或其他固体导电材料作为烟尘或碳粒等污染物的沉积极，而是用流动的液体表面或液体膜替代金属板或金属管的功能，带电粒子受电场力作用迅速飞向流动液体表面，突破粒子和液面之间的气膜而进入液体内，立即被流动液体带离原位置，保证液面有持续吸引粒子的能力，所用液体实际上是吸引和运输污染物粒子的介质；形成流动表面或液膜的液体是导电性良好的原水，如含高浓度盐份或其他可溶性物质，离子或杂质的海水，苦咸水或污水，所以完全可与高压正极或负极连接成为吸引污染物粒子的沉积极；垂直方向的流动依靠泵的功能，将原水从下方提升到上方，然后依靠重力作用，使液体从上方向下方流动。以此形成持续不断流动的液体表面或膜；垂直方向的流动原水从特别设计的布液器流出，以两种方式形成平整光滑的表面状态：布液器上具有密布小孔或长的窄缝，使液体向下流出后直接形成垂直向下的瀑布状的连续液膜；布液器上的液体流到平面或柱状的固体材料表面，在材料表面形成平面状的或柱面状的向下流动的均匀液面或液膜，材料表面应与液体有较好的润湿，以避免因不润湿造成的液膜不均匀或不连续，此外，为使液面或液膜更为连续均匀，且不脱离固体材料表面，材料表面可以不完全竖直，允许有一定倾角，也就是液面或膜表面与水平方向的夹角可以小于90度，该固体材料可以是良导体（如金属），也可以是绝缘体（如高分子材料），为了防止原水的腐蚀，采用非金属材料为好；水平方向流动的液体表面，也可因重力流动，这种情况下，液面不是完全水平，而是向流动方向有一定倾斜，但也可以因泵的推动而流动；产生电晕场有多种方法，如采用带有芒刺的金属电晕丝，可使沿丝长度方向产生较强且范围较大的电晕场；接受了来自烟气的大量污染物的原水，可以先收集后处理，在原水匮乏的情况下，含有污染物的原水也可作为系统的原水继续使用，如果粒子比重比原水大，则积累的污染物将沉积在原水箱的底层，上层的液体可继续抽出供形成流动液面或液膜用，所以动力泵的进液口应设置在原水箱的上方。

 本发明收集得到的含有多种溶解物和污染物的原水，可通过下面的方式处理：可溶性无机盐类（NaCl,MgCl₂, CaSO₄等）通过蒸发析出，被定期清除或回收；不溶性固态物（泥沙，海藻等悬浮物或胶体）通过蒸发分离，被定期清除后填埋；可溶性有机污染物通过高温蒸发，与臭氧接触反应，被氧化分解成无害物质；有害微生物通过高温或和臭氧接触一定时间被杀死。

通过上述工艺过程生成的淡水或净化水中，仍含有少量可溶性污染物或固态杂质，作为直接饮用水，口感也需调整，可采用常规的饮用水净化方法作后处理，有几种方式：采用活性炭滤层过滤，活性炭层能够吸附大量溶解性有机物，截留微小颗粒物，改善口感，使用一段时间后再根据出水状况，决定是否更换滤层和调整酸碱度；pH值调整，与大多数水净化方法（如蒸馏或反渗透）一样，本发明技术生成的淡水或净化水，pH值会略偏酸性，可以根据具体情况，加碱进行调整；对于直饮水（直接由海水或劣质水生产饮用水）的情况（如供大型邮船或海岛驻军的饮水），可以采用反渗透方式进行后处理，在这一阶段使用反渗透技术，不需任何预处理工序，膜部件可以长期使用，基本不用维护，非常方便，换言之，本发明设备可以作为反渗透海水淡化的高效前处理器。

本发明的相关设备要求，中小型船用淡水器，设计要求：为了满足远洋渔船船载要求，在防垢，船机接口设计和稳定性等方面，需采取针对性的解决措施：良好的船机接口，无淡水自给设施的远洋渔船，是本发明设备的主要市场，船机接口设计与渔船构造特征相匹配，是装置顺利装船的前提。渔船空间狭窄、排气管竖直安装、装备有三台发动机轮换工作等特点，都是装置设计的约束条件，淡水机烟气进口必须与柴油机排气管标准口径匹配，最好安装在柴油机排烟管上方，狭窄的空间使冷凝传热面积的增大受到限制，要提高产水量，就必须采取各种强化传热措施；有效的防垢，结垢是影响海水淡化效率的主要因素之一，为防止换热管结构,，管壁温度需严格控制。淡水机主体宜采用不锈钢材质，与海水接触的部件最好采用陶瓷或高分子材料；足够的产水量，海水淡化装置的淡水产量，要足够维持8～10名船员20-40天的生活需要；抗振性，在有锐角或直角过渡的管道中，海上船只的剧烈摇晃所产生的振动，使排放烟气的动态性能处于不稳定状态，会直接影响传热效率，因此，设备设计必须考虑抗振性，最好不用锐角或直角过渡的管道；低流阻与压降，烟气在管道中的流阻与压降过大，将使发动机因负荷增大而性能降低，甚至引发故障。所以在换热效率和风阻之间，应取得平衡。

采用小型原型机淡化处理海水的实验结果如下：  

      原水： TDS：>35,000mg/L, pH=7.21, Conductivity:>1,500 μs. 水温 25⁰C, 细菌数>300/mL, 浊度>5NTU；

      淡水：TDS：390mg/L, pH=5.6, Conductivity:65 μs. 水温 19⁰C, 细菌数<100/mL. 浊度<1NTU ；

      淡化后进一步处理水：TDS：376mg/L, pH=5.7, Conductivity:19 μs. 水温 20⁰C, 细菌数(忽略不计)， 浊度<1NTU。

Claims (10)

1.一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其外形呈圆管状，它连接在内燃机的排烟管之间，并与饮用水处理箱（22）连接，其特征在于：所述圆管分为三段，顺高温烟气的走向依次为电晕管（2）、净化蒸发管（7）和冷凝管（16），排烟管下段（1）与电晕管（2）之间通过第一法兰盘（3）及配套螺栓连接；

所述电晕管（2）的轴心线上设置有一根电晕丝（4），所述电晕丝由电晕丝支架（5）固定在电晕管（2）的中心位置，电晕管通过第二法兰盘（6）及紧固件与净化蒸发管（7）连接；

所述净化蒸发管（7）的轴心线上设置有与电晕丝（4）连接的金属棒（8），所述金属棒（8）由安置在净化蒸发管头部的金属棒支架（14）固定在净化蒸发管的中轴线上，所述金属棒支架（14）通过螺栓（15）与冷凝管（16）连接，净化蒸发管的上端有一环形的新鲜原水槽（13），新鲜原水槽（13）与净化蒸发管的管内壁相连通，净化蒸发管的管内壁流动有原水液膜（9），净化蒸发管的下端有一环形的浓缩原水槽（10），浓缩原水槽（10）与浓缩原水出水管和阀门（11）连接，所述金属棒（8）与管外的高压静电发生器（12）连接，高压静电发生器（12）的一个高压极与金属棒（8）和电晕丝（4）连接，另一个高压极与新鲜原水槽（13）中的原水连接，使沿净化蒸发管壁流下的液膜（9）始终带电荷； 

所述冷凝管（16）中斜置有换热管（17），换热管（17）的上端穿过冷凝管的管壁与海水管相连，换热管17的下端穿过冷凝管的管壁向下伸入新鲜原水槽（13）中，冷凝管的下端连有用于汇集冷凝淡水的环形淡水槽（18），冷凝管（16）通过第三法兰盘（19）及紧固件与排烟管上段（20）连接，淡水槽（18）通过淡水出水管和阀门（21）与饮用水处理箱（22）连通。

2.根据权利要求1所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其特征在于：所述电晕管（2）由金属材质制成，电晕丝（4）的表面是光滑的或者带有芒刺。

3.根据权利要求1所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其特征在于：所述新鲜原水槽（13）内置有液面传感器（33），液面传感器（33）的信号线与阀门控制连接或与警示器控制连接。

4.根据权利要求1所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其特征在于：所述饮用水处理箱（22）内设置有活性碳层（23）和紫外线灯管（24），饮用水处理箱（24）的底部连有出水管（25）。

5.一种应用权利要求1-4所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：步骤如下：

    步骤一，利用高压静电发生器形成高压静电场产生电晕，让热源排放的高温烟气或尾气经排烟管下段（1）通过电晕管（2），电晕丝产生电晕，与电晕丝连接的金属棒不产生电晕，其作用是迫使来自电晕管气流中的污染物粒子带上电荷，并因同性相斥而朝着净化蒸发管（7）的管壁移动，迅速被管壁上流动的原水液膜（9）吸引，并进入原水中，污染物粒子最后进入浓缩原水槽（10）中，浓缩原水通过浓缩出水管和阀门（11）收集后集中处理；

步骤二，换热管（17）中流过海水泵送入的冷海水，换热后的冷海水温度上升，进入新鲜原水槽（13），作为净化蒸发管（7）的原水使用，在净化蒸发管（7）的内壁形成流动的液面或液膜，并与高压静电场的负极或正负连接，如果污染粒子带负电荷，就与正极连接，如果粒子带正电荷，就与负极连接，使液面或液膜成为吸引带异种电荷的污染物粒子的沉积极，让污染物粒子和部分气态污染物在排放之前进入流动浓缩原水中；

    步骤三，含有大量污染物的流动浓缩原水被集中收集后再处理，一般不再循环使用；

    步骤四，在污染物被吸引进入原水的同时，高温烟气使与之接触的流动原水蒸发，水蒸气将与温度已降低的烟气混合，并与其中部分剩余的气态污染物分子结合，混合烟气离开静电场区域后，进入冷凝管（16）；

    步骤五，混合烟气经过冷凝管（16），待其中的淡水或净化水冷凝分离后，从排烟管上段（20）排放到大气中，这时排放的烟气已获得完全净化；

    步骤六，冷凝得到的淡水将通过冷凝管（16）的管壁汇集进入淡水槽（18），淡水槽（18）中的淡水通过淡水出水管和阀门（21）流出经饮用水处理箱（22）处理后供日常生活使用。

6.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述热源是内燃机，锅炉和其他产生高于常温的废气，尾气和烟气的设备。

7.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述原水是内燃机冷却系统排出的热水、锅炉等其他热源的冷却水、本发明系统中通过冷却烟气和水蒸汽混合气得到的高温水或者是直接抽取的海水，苦咸水或污水，所述污水是指各种具有高浓度盐碱成分、不适合饮用的地下或地表水，以及工厂或居民区排放的工业和生活污水。

8.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述烟气是所述热源排放的高于环境温度的废气、尾气或者烟气。

9.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述冷凝方式采用空冷或风冷方式，所述冷凝换热过程，烟气和水蒸汽混合气从多根烟道内通过，低温原水从烟道外流过或者低温原水从多根换热管道内流过，混合气在管道外流过。

10.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述高压静电发生器（12）的将来自发电机的电压转换成直流高压，高压范围从5000V到100000V,取决于电晕管和电晕丝的直径以及烟气流量，电晕丝的直径小于2mm。

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