CN102765770B - 高效海水淡化机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效海水淡化机，属于海水淡化技术领域，它主要由海水淡化装置和给水箱组成。海水淡化装置包括高压水室、换热室、管板、横槽纹管、喷射器、换热面、成膜器、挡板和多根热管等，给水箱内布置排污水冷却管和淡化水冷却管。本发明采用烟气通过喷孔法向高速喷射进行放热的技术，提高了装置的传热系数，并利用烟气余热对海水进行预热的技术，使得烟气在装置内得到二级利用，提高了装置的能量利用率。本发明采用进料海水两级预热技术提高了预热海水的温度，采用成膜器在圆台体换热面形成旋转水膜的技术，有效提高了水侧的传热效果和蒸发效果。因此本发明具有能量利用率高、传热效果好等优点，适用于船舶、海岛等场所。

Description

高效海水淡化机

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，特别是涉及一种高效海水淡化机。

背景技术

现有的海水淡化技术已达20余种，蒸馏法、反渗透法、冷冻法和电渗析法是常用的几种海水淡化技术。蒸馏法是最早发展的海水淡化方法，主要包括单效蒸馏、低温多效蒸发、多级闪蒸，与其它方法相比，其设备较简单，所制淡化水水质较高，且可利用不同的余热和废热资源，较为经济。目前小容量海水淡化装置多采用单效蒸馏装置，而大容量海水淡化装置采用低温多效蒸发和多级闪蒸法，一般用于大型海水淡化工程。经过近50年的发展，我国在蒸馏海水淡化装置领域取得了不错的成果，上海704研究所提供的板式蒸馏海水淡化装置性能基本达到了国际水平。而目前应用于低温蒸发海水淡化装置中的水平管喷淋降膜蒸发的传热方式，不仅使装置变得紧凑，也使系统内的传热传质过程得到较大的强化，但水平管喷淋降膜蒸发器仍存在传热效率不高和有效传热面积不充分的缺点，造成海水淡化装置能量利用率偏低、单机造水能力不高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效海水淡化机，它具有能量利用率高、传热效果很好、淡水产量高、结构简单紧凑等特点，能够适用于船舶、海岛、企业等场所对于中小型海水淡化装置的需求。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种高效海水淡化机，它包括海水淡化装置和给水箱；所述的海水淡化装置与给水箱通过管路连接；所述的海水淡化装置是一个立式密闭容器，它包括高压水室、换热室、管板、横槽纹管、喷射器、换热面、成膜器、挡板和多根热管；所述的高压水室和换热室相邻，高压水室位于换热室上方，两室之间由管板分隔开；高压水室壁面设有海水进口，横槽纹管竖直或盘旋地穿过高压水室后通向外界；所述的喷射器、换热面、成膜器、挡板设置在换热室内，并且它们的中心线都与装置的中心线保持一致；所述的喷射器是一个空心圆锥体，喷射器下端缘竖直向下延伸至换热室底面，喷射器侧面沿圆周方向设置了多排喷孔，换热室底部设有烟气进口与喷射器空腔相通；所述的换热面是一个完全罩住喷射器的空心圆台体，换热面下端缘竖直向下延伸至换热室底面，换热面与换热室底面和侧面构成汇水槽，换热室底部设有排污口与汇水槽相通，换热面内表面为光滑面，换热面外表面为敷有金属多孔层的粗糙面；所述的成膜器是由两根同心竖管相套在一起而组成，内管分别与换热面上端缘和横槽纹管相连接，外管上端缘与管板开孔端缘连接，下端缘处在换热面上端缘上方位置，并且在内外管之间形成的狭窄夹层通道中设置轴向旋流叶片；所述的挡板是由圆台形隔热罩和与隔热罩上端缘连接的一段竖管组成，竖管上端缘处在管板的下方位置并高于成膜器外管的下端缘，挡板处于换热面的上方且在成膜器的外侧，挡板下端缘与换热室壁面连接并构成淡水槽，换热室壁面设有淡水出口与淡水槽相通，并在挡板上方的换热室壁面设有抽气口；所述的多根热管布满于管板面上，并贯穿于高压水室和换热室的挡板上方所在空间，各根热管外壁都与管板的开孔端缘连接，处在换热室所在空间的热管段外表面开出具有V形剖面的纵槽。

所述的给水箱内设有排污水冷却管和淡化水冷却管，海水淡化装置的排污口通过管道与给水箱内的排污水冷却管连接，海水淡化装置的淡水出口通过管道与给水箱内的淡化水冷却管连接，给水箱内设有进料海水进口和海水出口，海水出口通过管道与高压水室的海水进口连接，在海水出口与高压水室的海水进口连接的管道上设置给水泵。

采用上述的方案后，具有一定压力的烟气从烟气进口流入喷射器空腔，然后烟气从喷射器侧面的喷孔法向高速喷射到换热面的内表面，形成强烈的湍流，其对流换热的放热系数比水平管喷淋降膜蒸发器烟气侧的放热系数高得多；放热后的烟气经过成膜器内管流入高压水室的横槽纹管中，与横槽纹管外的海水进行再次强化换热后排向外界。因此该装置不仅实现烟气对换热面的传热效果很好，而且该装置对烟气的能量利用率很高。

原海水从进料海水进口进入给水箱，吸收了排污水热量和淡化水热量，形成了初级预热海水，初步预热海水由管道通过给水泵升压后进入高压水室，吸收了横槽纹管内烟气放出的热量和多根热管传递的热量成为二级预热海水，然后二级预热海水流入成膜器内外管之间的夹层空间，并通过轴向旋流叶片到达换热面上方形成很薄的旋转降膜，旋转降膜在换热面外表面形成均匀分散的旋转水膜，旋转水膜在敷有金属多孔层的换热面外表面上进行吸热和蒸发过程，未蒸发浓海水自上而下流到汇水槽内，并从排污口排出。当旋转水膜在换热面外表面进行吸热时，水膜紧贴壁面流动，水膜分配均匀，有效传热面积大，传热系数高，并与烟气有充分换热时间，且旋转水膜自上而下流动伴随着蒸发过程水膜厚度减薄使得传热效果加强，同时敷有金属多孔层的外表面进一步强化了水膜的沸腾换热。因此该装置不仅海水预热程度高，而且换热面水侧具有很好的传热效果和蒸发效果，从而保证了装置具有较大的产水率。 

蒸发过程产生的蒸汽沿着挡板向上流动并横向冲刷各根热管的外表面进行放热过程形成凝结水，凝结水通过热管外表面的V形纵槽滴落到淡水槽内同时强化了冷凝换热，淡水槽内凝结水从淡水出口作为产品排出。而蒸汽凝结放出的汽化潜热通过热管传递热量对高压水室的海水进行预热，提高了预热海水的温度。因此该装置通过热管技术回收蒸汽的汽化潜热，不仅传热效果很好，而且不需要单独布置换热管束，装置结构十分简单紧凑。

综上所述，本发明采用烟气首先通过喷孔法向高速喷射到换热面进行放热，然后烟气再通过横槽纹管对海水进行预热的技术，不仅使换热过程的烟气侧放热系数显著提高，从而提高了装置的总体换热系数，而且实现了烟气在装置内的二级利用，从而提高了装置的能量利用率。本发明采用进料海水两级预热技术提高了预热海水的温度，采用成膜器在圆台体换热面形成旋转水膜的技术，使得水膜紧贴壁面，分配均匀，有效传热面积大，传热系数高，且伴随着蒸发过程水膜厚度减薄传热强化，从而有效提高了水侧的传热效果和蒸发效果。本发明采用热管技术回收蒸汽的汽化潜热，不仅传热效果很好，而且装置结构十分简单紧凑。因此本发明具有能量利用率高，传热效果很好，淡水产量高、结构简单紧凑等特点，能够适用于船舶、海岛、企业等场所对于中小型海水淡化装置的需求。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的平面主视图；

图2是本发明的立体示意图；

图3A、图3B、图3C是分别是本发明的热管、横槽纹管、换热面的轴测图；

图4是本发明的工作原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明是一种高效海水淡化机，它包括海水淡化装置10和给水箱20。

所述的海水淡化装置10与给水箱20通过管路连接。

所述的海水淡化装置10是一个立式密闭容器，它主要由高压水室1、换热室2、管板3、横槽纹管4、喷射器5、换热面6、成膜器7、挡板8和多根热管9组成；所述的给水箱20内布置排污水冷却管201和淡化水冷却管202；所述的高压水室1与换热室2相邻，高压水室1位于换热室2上方，两室之间由管板3分隔开；高压水室1壁面设有海水进口11，横槽纹管4（如图3B所示）竖直或盘旋地穿过高压水室1后通向外界；

所述的喷射器5、换热面6、成膜器7、挡板8皆设置在换热室2内，并且它们的中心线都与装置的中心线保持一致；

所述的喷射器5是一个空心圆锥体，喷射器5下端缘竖直向下延伸至换热室2底面，喷射器5侧面沿圆周方向设置了多排喷孔51，换热室2底部的烟气进口21与喷射器5空腔相通；

所述的换热面6(如图3C所示)是一个完全罩住喷射器5的空心圆台体，换热面6下端缘竖直向下延伸至换热室2底面，换热面6与换热室2底面和侧面构成汇水槽61，换热室2底部设有排污口22与汇水槽61相通，换热面6内表面为光滑面，换热面6外表面为敷有金属多孔层的粗糙面；

所述的成膜器7是由两根同心竖管相套在一起而组成，内管71分别与换热面6上端缘和横槽纹管4相连接，外管72上端缘与管板3开孔端缘连接，下端缘处在换热面6上端缘上方位置，并且在内管71与外管72之间形成的狭窄夹层通道中设置轴向旋流叶片73；

所述的挡板8是由圆台形隔热罩81和与隔热罩上端缘连接的一段竖管82组成，竖管82上端缘处在管板3的下方位置并高于成膜器外管72的下端缘，挡板8处于换热面6的上方且在成膜器7的外侧，挡板8下端缘与换热室2壁面连接并构成淡水槽83，换热室2壁面设有淡水出口23与淡水槽83相通，并在挡板8上方的换热室2壁面设有抽气口24；

所述的多根热管9（如图3A所示）布满于管板3面上（图2仅显示热管），并贯穿于高压水室1和换热室2的挡板8上方所在空间，各根热管9外壁都与管板3的开孔端缘连接，处在换热室2所在空间的热管9段外表面开出具有V形剖面的纵槽。

所述的海水淡化装置10的排污口22通过管道与给水箱20内的排污水冷却管201连接，海水淡化装置10的淡水出口23通过管道与给水箱20内的淡化水冷却管202连接，给水箱20内设有进料海水进口203和海水出口204，海水出口204通过管道与高压水室1的海水进口11连接，在海水出口204与高压水室1的海水进口11连接的管道上设有给水泵30。

本发明的工作原理：

如图4所示，具有一定压力的烟气Y从烟气进口21流入喷射器5空腔，然后烟气Y从喷射器5侧面的喷孔51法向高速喷射到换热面6内表面对换热面外表面的水膜进行放热，放热后的烟气经过成膜装置7内管71流入给水室1的横槽纹管4中，对横槽纹管4外的海水进行放热后排向外界。原海水H通过进料海水进口203进入给水箱20，吸收了排污水热量和淡化水热量，形成了初级预热海水，初步预热海水由管道通过给水泵30升压后进入高压水室1，得到横槽纹管4内烟气放出的热量和多根热管9传递的热量成为二级预热海水，二级预热海水在压力和重力作用下流入成膜器7内外管之间的夹层空间通过轴向旋流叶片73到达换热面6上方形成很薄的旋转降膜，旋转降膜在换热面6外表面形成均匀分散的旋转水膜，旋转水膜在敷有金属多孔层的换热面6外表面上进行吸热和蒸发过程，未蒸发浓海水自上而下流到汇水槽61内，并从排污口22通过给水箱20的排污水冷却管201放热后排出。蒸汽沿着挡板8向上流动并横向冲刷各根热管9的外表面进行放热过程形成凝结水，凝结水通过热管外表面的V形纵槽滴落到淡水槽83内，淡水槽内凝结水从淡水出口23通过给水箱20的淡化水冷却管202放热后排出。蒸汽凝结放出的汽化潜热通过热管9传递热量对高压水室1的海水进行预热，蒸汽中的不凝结气体通过抽气口24排出使海水淡化装置10内空间维持一定的真空度。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，本发明的海水淡化装置可以拆除挡板和多根热管，并将淡水出口作为蒸汽出口通过管道直接连接下一级蒸发器，则本发明即可作为低温多效蒸发海水淡化装置的第一效蒸发器使用，并且各室进出管道的布置可有多种，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (2)

1.一种高效海水淡化机，其特征在于：它包括海水淡化装置和给水箱；所述的海水淡化装置与给水箱通过管路连接；所述的海水淡化装置是一个立式密闭容器，它包括高压水室、换热室、管板、横槽纹管、喷射器、换热面、成膜器、挡板和多根热管；所述的高压水室和换热室相邻，高压水室位于换热室上方，两室之间由管板分隔开；高压水室壁面设有海水进口，横槽纹管竖直或盘旋地穿过高压水室后通向外界；所述的喷射器、换热面、成膜器、挡板设置在换热室内，并且它们的中心线都与装置的中心线保持一致；所述的喷射器是一个空心圆锥体，喷射器下端缘竖直向下延伸至换热室底面，喷射器侧面沿圆周方向设置了多排喷孔，换热室底部设有烟气进口与喷射器空腔相通；所述的换热面是一个完全罩住喷射器的空心圆台体，换热面下端缘竖直向下延伸至换热室底面，换热面与换热室底面和侧面构成汇水槽，换热室底部设有排污口与汇水槽相通，换热面内表面为光滑面，换热面外表面为敷有金属多孔层的粗糙面；所述的成膜器是由两根同心竖管相套在一起而组成，内管分别与换热面上端缘和横槽纹管相连接，外管上端缘与管板开孔端缘连接，下端缘处在换热面上端缘上方位置，并且在内外管之间形成的狭窄夹层通道中设置轴向旋流叶片；所述的挡板是由圆台形隔热罩和与隔热罩上端缘连接的一段竖管组成，竖管上端缘处在管板的下方位置并高于成膜器外管的下端缘，挡板处于换热面的上方且在成膜器的外侧，挡板下端缘与换热室壁面连接并构成淡水槽，换热室壁面设有淡水出口与淡水槽相通，并在挡板上方的换热室壁面设有抽气口；所述的多根热管布满于管板面上，并贯穿于高压水室和换热室的挡板上方所在空间，各根热管外壁都与管板的开孔端缘连接，处在换热室所在空间的热管段外表面开出具有V形剖面的纵槽。

2.根据权利要求1所述的高效海水淡化机，其特征在于：所述的给水箱内设有排污水冷却管和淡化水冷却管，海水淡化装置的排污口通过管道与给水箱内的排污水冷却管连接，海水淡化装置的淡水出口通过管道与给水箱内的淡化水冷却管连接，给水箱内设有进料海水进口和海水出口，海水出口通过管道与高压水室的海水进口连接，在海水出口与高压水室的海水进口连接的管道上设置给水泵。

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