CN102557168B - 热管式低温多效海水淡化系统及工艺流程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热管式低温多效海水淡化系统，包括多组热管式多效蒸发器、蒸汽喷射器TVC、冷却器、气水释放装置、汽水分离器、水环真空泵、海水泵、透过液泵、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸等。本发明还公开了热管式低温多效海水淡化系统的工艺流程：汽轮机中压缸抽汽通过蒸汽喷射器TVC引射冷却器中的循环蒸汽及汽轮机低压缸排汽，使循环蒸汽及汽轮机低压缸排汽变为较高品质的蒸汽进入热管式蒸发器，蒸汽在吸热端通过热管冷凝放热，将热量传递到另一端加热雾化的海水；海水经过加热汽化后作为下一效蒸发器的热源，加热下一级的海水，同时被冷却产生淡水；最后一级蒸汽进入冷却器，蒸汽被海水冷却的海水，同时被加热，产生的不凝气体通过气水释放装置排出；水环真空泵抽出多效蒸发器的不凝气体，使系统在负压状态下运行；浓水通过管道排至系统外，淡水通过透过液泵送至淡水箱。
Description
技术领域
本发明涉及热法海水淡化，特别是涉及一种利用热管式低温多效蒸发器提高海水蒸发效率的同时，又利用低品质的汽轮机低压缸排汽，以提高能源的利用率，同时提高电厂效率。通过热管加热海水产生的蒸汽，作为以后几组蒸发器的热源，以提高蒸汽的利用率。
背景技术
低温多效蒸馏是指热源为70℃以下的蒸汽，在1981年前后开始应用于工业性的海水淡化系统，其特征是将一系列水平管喷淋降膜蒸汽器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。[0003]应用的主要方法如下：
（1）多级闪蒸（MSF）蒸馏法
MSF是蒸馏法海水淡化最常用的一种方法，在20世纪80年代以前，较大型的海水淡化装置多数采用MSF技术。大港电厂二期工程引进了美国的多级闪蒸（MSF）海水淡化装置，是我国第一套大型的海水淡化装置。 MSF装置的优点是设备单机容量大、使用寿命长、出水品质好、热效率高。但由于装置浓缩海水的最高操作温度在110℃左右，对传热管和设备本体的腐蚀性较大，必须采用价格昂贵的铜镍合金、特制不锈钢及钛材，因此设备造价高。另外，为了减轻结垢和腐蚀，对进入装置的海水加酸和进行脱气（脱除CO2和O2），因而也增加了造水成本。
（2）低温多效（MED）蒸馏法
低温多效海水淡化技术是指盐水最高温度低于70℃、采用低温横管喷淋技术的淡化技术。低温多效蒸发器是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联布置，管内是加热蒸汽，喷射器把海水均匀喷淋在横管热交换器的管束上方，在横管表面形成薄膜流下，在此过程中海水得到除气并部分蒸发，热交换效率高。加热蒸汽被引入第一效，其冷凝热使几乎等量的海水蒸发，通过多次蒸发和冷凝，后面的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水，最后一效的蒸汽在海水冷凝器中冷凝。第一效冷凝液返回锅炉，而其他效及海水冷凝器的冷凝液收集后作为产品水。 [0005]低温多效海水淡化装置的运行温度小于70℃，远远低于MSF装置的110℃，所以其能耗和管壁腐蚀及结垢速率均较低。和MSF相比，其设备本体和传热管的材质要求也较低。
（3）压汽蒸馏
压汽蒸馏的淡化工艺同低温多效（MED）蒸馏法，不同的是压汽蒸馏应用热耗非常低的热泵，用压缩蒸汽作为蒸发器热管束的加热蒸汽，是一种高效的蒸馏淡化法。压缩可采用蒸汽喷射器，称为热压缩（TVC）；或采用机械蒸汽压缩机，即机械压缩（MVC），是仅仅依靠电能的淡化技术，只要有电，就可以生产淡水，由于受压缩机的限制，其单台装置的容量较其他蒸馏装置小。 [0007]在低温多效（LT-MED）海水淡化装置系统中，如提供的加热蒸汽压力较高，为提高产水比，一般常采用LT-MED和热压缩（TVC）结合的淡化装置，即低温多效加蒸汽喷射器的淡化装置（MED+EC）。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，可有效提高海水淡化效率及能源利用率，同时可在低温下运行，且安全可靠。
根据本发明的热管式低温多效海水淡化系统，其特征在于它包括多组热管式多效蒸发器、蒸汽喷射器TVC、冷却器、气水释放装置、汽水分离器、水环真空泵、海水泵、透过液泵、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、喷淋系统、循环蒸汽及淡水管等。第二、三组热管式多效蒸发器及冷却器的淡水口与透过液泵相连；各组热管式多效蒸发器的浓水口由浓水管相连；水环真空泵与各组热管式多效蒸发器相连；海水经过海水泵，流入冷却器后分别进入各组热管式多效蒸发器；循环蒸汽连接冷却器及蒸汽喷射器TVC；蒸汽喷射器TVC与冷却器、汽轮机低压缸排汽、汽轮机中压缸及第一组热管式多效蒸发器相连；饱和水蒸汽串联各组热管式多效蒸发器及冷却器；气水释放装置安装于加热后的海水管道上；淡水管为并联方式运行；从汽轮机中压缸抽出一定量的高品质蒸汽，通过蒸汽喷射器TVC直接压缩并加热汽轮机低压缸排汽及循环蒸汽，使低品质蒸汽其品质变高，即单位体积的蒸汽热量提高；热管式多效蒸发器至少为两组，其内部由汽水分离器、热管、隔板、喷淋系统及蒸汽分配器组成；热管式多效蒸发器，主要利用热管的传热性能，并通过蒸汽喷射器TVC加热低品质的汽轮机低压排汽及循环蒸汽，可以保证的低温下安全运行，以提高系统效率及能源效率；汽轮机低压缸排汽为饱和水蒸汽，温度为34℃，压力为520pa，焓值为2563kj/kg；
上述的热管式低温多效海水淡化系统采用两组或多组热管式蒸发器并列的方式，在实现装置大型化的同时，避免了运输、安装的困难。
利用上述低温多效海水淡化系统进行海水淡化的工艺流程至少包括以下步骤：（1）热管式多效蒸发器分为若干组串联，海水喷淋系统为并列，蒸汽系统为串联；（2）最后一组热管式多效蒸发器中排出的饱和水蒸汽在冷却器中扩容放热，并加热由海水泵提升压力的海水，蒸汽绝大部分凝结为淡水，剩余部分为循环蒸汽，进入蒸汽喷射器TVC，蒸汽喷射器TVC是用于直接压缩并加热汽轮机低压缸排汽及循环蒸汽，使低品质蒸汽其品质变高，即单位体积的蒸汽热量提高。（3）加热后的海水通过气水释放装置，排出不凝结气体；（4）脱气后并加热后的海水进入各组多效热管式蒸发器的喷淋系统，在喷淋系统的分配下，海水由雾状喷射到热管，在热管的加热下开始蒸发汽化；（5）第一组热管式多效蒸发器中被蒸发的海水通过汽水分离器，进入第二组热管式多效蒸发器，作为其加热的热源，同时蒸汽被冷却为淡水；以此类推，直至蒸汽排入冷却器。蒸汽通过多次的蒸发和冷凝，前一组产生的蒸汽加热后一组海水，即后面一组的蒸发温度低于前面一组，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水；（6）从汽轮机中压缸抽出一定量的高品质蒸汽，通过蒸汽喷射器TVC直接引射汽轮机低压缸排汽及冷却器中的循环蒸汽，然后由蒸汽管道均匀的排放到第一组热管式蒸发器，热管热段被蒸汽加热，蒸汽被冷凝；热管的另一端加热雾化的海水，由海水产生的二次蒸汽在穿过汽水分离器，以提高淡水的纯度，作用第二组热管式蒸发器的热源；（7）第一组热管式多效蒸发器中的部分未凝结蒸汽进入下一级，其凝结水回收至凝汽器热井，以提高效率；（8）这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效一直重复，每组都产生了相当数量的蒸馏水，最后一组蒸发器排出的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝；（9）淡水由并联的淡水管汇集后通过透过液泵送至淡水箱；浓水由浓水管汇集后排至系统外，产生的蒸汽得以回收利用。（10）蒸发器系统有清洗口，在运行一段时间后，根据压差，以清洗热管式多效蒸发器。
上述步骤（4）中，蒸汽由热管式多效蒸发器左侧通道进入，进入蒸汽侧开始冲刷热管，热管被激活便自动将热量传导至上部分，这时热管加热段吸热，蒸汽流经热管后温度下降开始凝结，热量被热管吸收并传导至冷凝段；当热管加热段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段，在海水的冷却下，释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回加热段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。热管在实现这一热量转移的过程中，从而海水吸热蒸发。
上述步骤（5）中，加热后脱气的海水，在喷嘴的作用下，均匀的喷撒到热管上，这时热管冷凝段经过放热，将热量传递给雾化的海水，使其加热汽化，通过汽水分离器时，由于汽、水流向互相垂直，汽流转弯时的离心力将水滴分离出来，粘附在波形板上形成薄薄的水膜，靠重力慢慢向下流动，在板的下端形成较大的水滴落下，从而进行汽水分离，蒸汽从右侧流出进入下一效蒸汽侧。未汽化的海水作用浓水排出；这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效一直重复，后面一效蒸发温度均低于前面一效，每效都产生了相当数量的蒸馏水，最后一效蒸汽在冷凝器中被海水冷凝，同蒸发器收集蒸馏水作为产品水被引出，由透过液泵抽出并送至淡水箱。
与现有技术相比，本发明的优越性在于：1、效率高：通过热管的高效作用下，提高系统效率；2、能够实现低温下的海水淡化，因为热管的特性决定，同时避免或减缓了设备的腐蚀和结垢；3、能源利用率高：因为充分利用低品质的汽轮机低压缸排汽；4、操作弹性大，负荷可从40％到110％变化，造水比不会下降；5、产品水水质较好，可用于电厂锅炉补给水或大规模市政用水；6、系统操作安全可靠，即便发生传热管泄漏，不会影响水质；7、前处理较简单，对于变化的海水水质有很强的适应性，化学药剂消耗较低。
附图说明
附图是本发明所涉及的热管式低温多效海水淡化工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步详细描述。
说明书附图中主要部件和细节附图标记的说明：
1——热管式多效蒸发器 2——蒸汽喷射器TVC
3——冷却器 4——气水释放装置
5——汽水分离器 6——水环真空泵
7——海水泵 8——透过液泵
9——汽轮机中压缸 10——汽轮机低压缸
11——热管 12——隔板
13——喷淋系统 14——蒸汽分配器
15——浓水管 16——循环蒸汽
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述：
一种热管式低温多效海水淡化系统（见图1），其特征在于它包括多组热管式多效蒸发器1、蒸汽喷射器TVC2、冷却器3、气水释放装置4、汽水分离器5、水环真空泵6、海水泵7、透过液泵8、汽轮机中压缸9、汽轮机低压缸10等。蒸汽侧为串联，海水汽化为并联模式。[0018]下面以该实例为例进一步描述其工艺流程：
（1）热管式多效蒸发器1分为若干组串联，海水喷淋系统13为并列，蒸汽系统为串联；
（2）最后一组热管式多效蒸发器1中排出的饱和水蒸汽在冷却器中扩容放热，并加热由海水泵7提升压力的海水，蒸汽绝大部分凝结为淡水，剩余部分为循环蒸汽16，进入蒸汽喷射器TVC2；
（3）加热后的海水通过气水释放装置4，排出不凝结气体；
（4）脱气后的海水进入各组多效热管式蒸发器的喷淋系统13，在喷淋系统13的分配下，海水由雾状喷射到热管11，在热管11的加热下开始蒸发汽化；
（5）第一组热管式多效蒸发器1中被蒸发的海水通过汽水分离器，进入第二组热管式多效蒸发器1，作为其加热的热源，同时蒸汽被冷却为淡水；以此类推，直至蒸汽排入冷却器3。蒸汽通过多次的蒸发和冷凝，前一组产生的蒸汽加热后一组海水，即后面一组的蒸发温度低于前面一组，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水；
（6）从汽轮机中压缸抽出一定量的高品质蒸汽，通过蒸汽喷射器TVC2将引射汽轮机低压缸10排汽及冷却器3中的循环蒸汽16，以提其蒸汽品质后，由蒸汽管道均匀的排放到第一组热管式蒸发器1，热管11热段被蒸汽加热，蒸汽被冷凝；热管11的另一端加热雾化的海水，由海水产生的二次蒸汽在穿过汽水分离器5，以提高淡水的纯度，作用第二组热管式蒸发器1的热源；
（7）第一组热管式多效蒸发器1中的部分未凝结蒸汽进入下一级，其凝结水回收至凝汽器热井，以提高效率；
（8）这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效一直重复，每组都产生了相当数量的蒸馏水，最后一组蒸发器排出的蒸汽在冷凝器3中被海水冷凝；
（9）淡水通过透过液泵8送至淡水箱，浓水通过管道排至系统外，产生的蒸汽得以回收利用；
（10）热管式多效蒸发器系统有清洗口，在运行一段时间后，根据压差，以清洗多热管式多效效蒸发器1。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，甚至做出很多变形，这些均属本发明的保护之列。
Claims (2)
1.一种热管式低温多效海水淡化系统，主要包括多组热管式多效蒸发器、蒸汽喷射器TVC、冷却器、气水释放装置、汽水分离器、水环真空泵、海水泵、透过液泵、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、喷淋系统、循环蒸汽及淡水管；第二、三组热管式多效蒸发器及冷却器的淡水口与透过液泵相连；各组热管式多效蒸发器的浓水口由浓水管相连；水环真空泵与各组热管式多效蒸发器相连；海水经过海水泵，流入冷却器后分别进入各组热管式多效蒸发器；循环蒸汽连接冷却器及蒸汽喷射器TVC；蒸汽喷射器TVC与冷却器、汽轮机低压缸排汽、汽轮机中压缸及第一组热管式多效蒸发器相连；饱和水蒸汽串联各组热管式多效蒸发器及冷却器；气水释放装置安装于加热后的海水管道上；淡水管为并联方式运行；从汽轮机中压缸抽出一定量的高品质蒸汽，通过蒸汽喷射器TVC直接压缩并加热汽轮机低压缸排汽及循环蒸汽，使低品质蒸汽其品质变高，即单位体积的蒸汽热量提高；
其特征在于，所述热管式多效蒸发器至少为两组，其内部由汽水分离器、热管、隔板、喷淋系统及蒸汽分配器组成；
所述热管式多效蒸发器，利用热管的传热性能，通过蒸汽喷射器TVC加热低品质的汽轮机低压排汽及循环蒸汽，以提高系统效率；
所利用的汽轮机低压缸排汽为饱和水蒸汽，温度为34℃，压力为520pa，焓值为2563kj/kg。
2.一种如权利要求1所述的热管式低温多效海水淡化系统的热管式低温多效海水淡化的工艺流程，其特征在于包括以下步骤：
（1）热管式多效蒸发器分为若干组串联，海水喷淋系统为并列，蒸汽系统为串联；
（2）最后一组热管式多效蒸发器中排出的饱和水蒸汽在冷却器中扩容放热，加热由海水泵提升压力的海水，蒸汽绝大部分凝结为淡水，剩余部分为循环蒸汽，进入蒸汽喷射器TVC；
（3）加热后的海水通过管道上的气水释放装置，排出不凝结气体；
（4）脱气后并加热后的海水进入各组多效热管式蒸发器的喷淋系统，在喷淋系统的分配下，海水由雾状喷射到热管，在热管的加热下开始蒸发汽化；
（5）第一组热管式多效蒸发器中被蒸发的海水通过汽水分离器，进入第二组热管式多效蒸发器，作为其加热的热源，同时蒸汽被冷却为淡水；以此类推，直至蒸汽排入冷却器；蒸汽通过多次的蒸发和冷凝，前一组产生的蒸汽加热后一组海水，即后面一组的蒸发温度低于前面一组，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水；
（6）从汽轮机中压缸抽出一定量的高品质蒸汽，通过蒸汽喷射器TVC直接引射汽轮机低压缸排汽及冷却器中的循环蒸汽，然后由蒸汽管道均匀的排放到第一组热管式蒸发器，热管热段被蒸汽加热，蒸汽被冷凝；热管的另一端加热雾化的海水，由海水产生的二次蒸汽在穿过汽水分离器，以提高淡水的纯度，作用第二组热管式蒸发器的热源；
（7）第一组热管式多效蒸发器中的部分未凝结蒸汽进入下一级，其凝结水回收至凝汽器热井，以提高效率；
（8）这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效一直重复，每组都产生了相当数量的蒸馏水，最后一组蒸发器排出的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝；
（9）淡水由并联的淡水管汇集后通过透过液泵送至淡水箱，浓水由浓水管汇集后排至系统外，产生的蒸汽得以回收利用；
（10）蒸发器系统有清洗口，在运行一段时间后，根据压差，以清洗热管式多效蒸发器；
上述步骤（4）中，蒸汽由热管式多效蒸发器左侧通道进入，进入蒸汽侧开始冲刷热管，热管被激活便自动将热量传导至上部分，这时热管加热段吸热，蒸汽流经热管后温度下降开始凝结，热量被热管吸收并传导至冷凝段；当热管加热段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段，在海水的冷却下，释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回加热段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端；这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来；热管在实现这一热量转移的过程中，从而海水吸热蒸发；
上述步骤（5）中，加热后脱气的海水，在喷嘴的作用下，均匀的喷撒到热管上，这时热管冷凝段经过放热，将热量传递给雾化的海水，使其加热汽化，通过汽水分离器时，由于汽、水流向互相垂直，汽流转弯时的离心力将水滴分离出来，粘附在波形板上形成薄薄的水膜，靠重力慢慢向下流动，在板的下端形成较大的水滴落下，从而进行汽水分离，蒸汽从右侧流出进入下一效蒸汽侧；
所述工艺流程中的蒸汽喷射器TVC是用于直接压缩并加热汽轮机低压缸排汽及循环蒸汽，使低品质蒸汽其品质变高，即单位体积的蒸汽热量提高；
所述工艺流程中的热管式多效蒸发器至少为两组，其内部由汽水分离器、热管、隔板、喷淋系统及蒸汽分配器组成；
所述工艺流程中的热管式多效蒸发器，利用热管的传热性能，通过蒸汽喷射器TVC加热低品质的汽轮机低压排汽及循环蒸汽，以提高系统效率；
所述工艺流程中的汽轮机低压缸排汽为饱和水蒸汽，温度为34℃，压力为520pa，焓值为2563kj/kg。
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