CN102923800B - 蓄热式海水淡化装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以烟气为热源的蓄热式海水淡化装置及其方法，所述的成对布置的蒸发室内腔设置多个蓄热体以及对应的多个喷嘴，其喷水管道与成对布置的海水储罐连接，并在连接管路上设有水泵和流量调节阀；蒸发室的烟气进出口分别通过换向阀门与烟气通道连接，烟气通道上设有烟气净化装置和引风机；海水淡化装置的排烟管道和排污管道皆曲折或盘旋穿过海水储罐后排出。本发明能够极限回收和利用烟气余热，具有能量利用率很高、淡化蒸汽产量大、淡化成本低、换热面不易结垢、结构紧凑等优点，特别适合低成本大规模生产，可被广泛应用于海水淡化领域中。

Description

蓄热式海水淡化装置及其方法

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，特别是涉及一种蓄热式海水淡化装置及其方法。

背景技术

目前海水淡化方法主要是蒸馏法和膜法。蒸馏法具有可利用低品位热源、装置生产能力大等优点, 是当前海水淡化的主流技术之一。蒸馏法中得到广泛应用的主要有低温多效蒸发海水淡化、多级闪蒸海水淡化和压汽蒸馏海水淡化等技术。海水淡化的蒸馏过程实质是蒸发过程，而蒸发过程的本质是传热操作。目前，上述蒸馏法海水淡化的供热方式是用水蒸汽作为热源进行间接传热、即饱和水蒸汽通过金属管壁对海水加热，这种供热方式需要消耗大量加热蒸汽，直接影响了海水淡化的成本。而现在我国余热资源的潜力依然是非常巨大的，尤其是烟气余热具有数量大，分布广、品位高的特点，充分合理地利用各种余热资源特别是烟气余热，不仅提高了能源的利用效率，而且减少了大气污染。但是蒸馏法海水淡化的供热方式直接采用烟气作为热源进行间接传热，目前依然存在烟气侧传热系数低，烟气的能量利用率低下等缺点，从而限制了利用烟气余热进行海水淡化的相关技术发展。若采用蓄热式换热技术则能够最大限度地回收烟气余热的能量，达到烟气的最有效利用，因此如何实现采用蓄热式换热技术回收烟气余热直接进行海水淡化的新技术，将具有非常重大的意义和十分广阔的前景。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种结构紧凑、能量利用效率高、以烟气作为热源的的蓄热式海水淡化装置。

本发明的另一个目的在于提供一种淡化水产量大并可以充分利用中低温烟气余热的蓄热式海水淡化方法。。

本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：

本发明是一种蓄热式海水淡化装置，它包括蒸发室、海水储罐、水泵、烟气通道、烟气净化装置、引风机、排烟管道；

所述的蒸发室由两个成对出现的立式蒸发室组成；所述的蒸发室内腔由下向上布置多个蓄热体，每个蓄热体的顶部空间布置喷水管道，喷水管道上设有流量调节阀，喷水管道底部布置多个开口向下的喷嘴；

所述的蒸发室底部设有排污管道，排污管道曲折或盘旋地穿过同侧的海水储罐内腔后连接外界，排污管道上设有止回阀；两个立式蒸发室的底部侧壁皆设有烟气进口管道，两路烟气进口管道通过进口换向阀与安装烟气净化装置的烟气通道相连通，并且两路烟气进口管道之间有一条联络管，联络管上设有截止阀；两个立式蒸发室顶部皆设有烟气出口管道，两路烟气出口管道通过出口换向阀一与安装引风机的烟气通道相连通，并且两路烟气出口管道之间有一条联络管，联络管上设有截止阀；烟气通道通过出口换向阀二与两路排烟管道相连通，排烟管道曲折或盘旋地穿过同侧的海水储罐内腔后连接外界；蒸发室侧壁设有多个蒸汽出口与蒸汽管道相连通，蒸汽管道上设有止回阀；蒸发室顶部设有抽气管道与抽真空系统相连通，抽气管道上设有截止阀；

所述的海水储罐由两个成对出现的海水储罐组成；两个海水储罐的出口分别与两个蒸发室的喷水管道连接，并在连接管道上设有水泵。

所述的蓄热体是由多个互相平行的基面组成，在基面上布置相同尺寸的蓄热小球分布于各个正方形的顶点上并保持一定的间距，各蓄热小球之间用拉金固定。全部奇数基面和偶数基面都是对称的，奇数基面正方形的几何中心正好位于下层偶数基面的正方形的一个顶点上。

本发明是一种蓄热式海水淡化方法，它包括以下步骤：

1）启动引风机烟气通过烟气净化装置后，在进口换向阀控制下进入第一个立式蒸发室并对第一个立式蒸发室内的多个蓄热体进行加热，然后在出口换向阀控制下被引风机抽出，并通过排烟管道对第一个海水储罐中的海水进行预热后排出；

2）当第一个立式蒸发室内的蓄热体温度升高到设计温度时，所有换向阀同时切换方向；烟气改变方向进入第二个立式蒸发室并对第二个立式蒸发室内的多个蓄热体进行加热，然后被引风机抽出，并通过排烟管道对第二个海水储罐中的海水进行预热后排出；同时打开第一个立式蒸发室的抽气管道上的截止阀，抽真空系统对第一个立式蒸发室进行抽真空，使第一个立式蒸发室内的空间压力达到设计真空度；

3）所有阀门保持不变，启动水泵，第一个海水储罐中的海水由水泵输送至第一个立式蒸发室内的各个喷嘴，然后呈雾状喷淋于第一个立式蒸发室内的各个蓄热体上，与蓄热体直接接触并发生汽化过程；产生的蒸汽通过蒸汽管道引出，剩余的浓海水通过排污管道对第一个海水储罐中的海水进行预热后排出；同时抽真空系统不断抽出不凝结气体，使第一个立式蒸发室内维持一定的真空度；

4）当第一个立式蒸发室内的蓄热体温度降低到最低操作温度时，关闭水泵和第一个立式蒸发室的抽气管道上的截止阀，打开烟气进出口管道的联络管上的截止阀；小股烟气通过烟气进口管道的联络管进入第一个立式蒸发室并对第一个立式蒸发室内的多个蓄热体进行预先加热，然后通过烟气出口管道的联络管与第二个立式蒸发室内的烟气一起被引风机抽出；

5）当第二个立式蒸发室内的蓄热体温度升高到设计温度时，所有换向阀同时切换方向，关闭烟气进出口管道的联络管上的截止阀，并打开第二个立式蒸发室的抽气管道上的截止阀；第一个立式蒸发室重新进行1）～4)的步骤；当第一个立式蒸发室进行1）步骤时，在同一时间内第二个立式蒸发室进行与2）～4）步骤相同的工作过程，当第一个立式蒸发室进行2）～4）步骤时，在同一时间内第二个立式蒸发室进行与1）步骤相同的工作过程。

采用上述方案后，本发明具有以下几大特点：

一、能量利用率很高。由于蓄热体具有比热容大、传热面积大、传热性能强的特点，因此该装置能够在最大程度上回收烟气的显热，从而实现了极限余热回收。另外排烟的余热和排污水的热量交替地在海水储罐内得到回收和利用。因此该装置的能量利用率很高。

二、淡化蒸汽产量大，淡化成本低。蓄热体的比表面积大，喷淋海水与蓄热体之间的换热面积大，并且喷淋海水在蓄热体的球状表面上容易形成紊流液膜流动，换热系数高，因此该装置的换热效率很高。另外，通过喷淋装置的流量控制和蓄热体的高度设计，能够保证该装置有足够大的有效蒸发面，从而取得最佳的蒸发效果。由上述分析可知，该装置所得的淡化蒸汽产量大。而且所得淡化蒸汽可以作为热源驱动低温多效蒸发海水淡化系统或多级闪蒸海水淡化系统，将使联合系统最终的淡化水产量大幅度增加。并且本发明采用烟气作为热源，变废为宝，因此淡化成本将大幅度降低。

三、换热面不易结垢，并且容易维护。由于蒸发室内布置多个蓄热体，而每个蓄热体都有独立的喷淋装置，因此上层蓄热体未蒸发的浓海水向下滴落与下层蓄热体的喷淋海水直接混合，有效地降低了海水的浓度，从而保证了各层蓄热体中的待蒸发海水不易发生局部浓度过饱和，遏制了换热面上锅垢的形成。当换热面有一定锅垢时，单个蓄热体可以方便地从蒸发室取出，随时进行清洗和更换。

四、结构紧凑。由于蓄热体具有很大的比表面积，传热系数高，所以蒸发室单位体积的换热量很大，故以较小的蒸发室便可回收足够的热量，因此该装置结构紧凑，所占空间比较小。

综上所述，本发明的优点是：能够极限回收和利用烟气的余热，实现了蓄热式海水淡化的方法和装置，本发明的海水淡化装置具有能量利用率很高、淡化蒸汽产量大，淡化成本低、换热面不易结垢，结构紧凑等优点，特别适合低成本大规模生产，可被广泛应用于海水淡化领域中。

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是本发明的结构示意图。

图2是蓄热体的主视图。

图3是蓄热体的俯视图。

具体实施方式

一、装置

如图1所示，本发明是一种以烟气作为热源的蓄热式海水淡化装置， 它包括蒸发室1、海水储罐2、水泵3A、3B、烟气通道4、烟气净化装置5、引风机6、排烟管道7。

所述的立式蒸发室1由两个成对出现的立式蒸发室1A和立式蒸发室1B组成。所述的蒸发室1内腔由下向上布置多个蓄热体11，本发明采用三个蓄热体11，每个蓄热体的顶部空间布置喷水管道12，喷水管道上设有流量调节阀121，喷水管道12底部布置多个开口向下的喷嘴122。

如图1所示，所述的蒸发室1底部设有排污管道13，排污管道13曲折或盘旋地穿过同侧的海水储罐2内腔后连接外界，排污管道13上设有止回阀131； 立式蒸发室1A和立式蒸发室1B的底部侧壁皆设有烟气进口管道14，该两路烟气进口管道14通过进口换向阀141与安装烟气净化装置5的烟气通道4相连通，并且两路烟气进口管道14之间有一条联络管142，联络管上设有截止阀143；立式蒸发室1A和立式蒸发室1B顶部皆设有烟气出口管道15，两路烟气出口管道15通过出口换向阀一151与安装引风机6的烟气通道4相连通，并且两路烟气出口管道15之间有一条联络管152，联络管上设有截止阀153；烟气通道4通过出口换向阀二41与两路排烟管道7相连通，排烟管道7曲折或盘旋地穿过同侧的海水储罐2内腔后连接外界；蒸发室1侧壁设有多个蒸汽出口与蒸汽管道16相连通，蒸汽管道16上设有止回阀161；立式蒸发室1A和立式蒸发室1B顶部皆设有抽气管道17与抽真空系统相连通，抽气管道17上设有截止阀171。

所述的海水储罐2由两个成对出现的海水储罐2A和海水储罐2B组成。所述的海水储罐2A的出口与立式蒸发室1A的喷水管道12连接，并在连接管道上设有水泵3A，海水储罐2B的出口与立式蒸发室1B的喷水管道12连接，并在连接管道上设有水泵3B。

如图2、图3所示，所述的蓄热体11是由多个互相平行的基面组成，在基面上布置相同尺寸的蓄热小球111分布于各个正方形的顶点上并保持一定的间距，各蓄热小球之间用拉筋112固定。全部奇数基面和偶数基面都是对称的，奇数基面正方形的几何中心正好位于下层偶数基面的正方形的一个顶点上。

二、方法

如图1所示，本发明是一种蓄热式海水淡化方法，它包括以下步骤：

1）启动引风机6。烟气通过烟气净化装置5后，在进口换向阀141控制下进入立式蒸发室1A并对立式蒸发室1A内的多个蓄热体11进行加热，然后在出口换向阀151控制下被引风机6抽出，并通过排烟管道7对海水储罐2A中的海水进行预热后排出。

2）当立式蒸发室1A内的蓄热体11温度升高到设计温度时，所有换向阀同时切换方向，烟气改变方向进入立式蒸发室1B并对立式蒸发室1B内的多个蓄热体11进行加热，然后被引风机6抽出，并通过排烟管道7对海水储罐2B中的海水进行预热后排出。同时打开立式蒸发室1A的抽气管道17上的截止阀171，抽真空系统对立式蒸发室1A进行抽真空，使立式蒸发室1A内的空间压力达到设计真空度。

3）所有阀门保持不变，启动水泵3A。海水储罐2A中的海水由水泵3A输送至立式蒸发室1A内的各个喷嘴122，然后呈雾状喷淋于立式蒸发室1A内的各个蓄热体11上，与蓄热体11直接接触并发生汽化过程。所得的蒸汽通过蒸汽管道16引出，剩余的浓海水通过排污管道13对海水储罐2A中的海水进行预热后排出。同时抽真空系统不断抽出不凝结气体，使立式蒸发室1A内维持一定的真空度。

4）当立式蒸发室1A内的蓄热体11温度降低到最低操作温度时，关闭水泵3A和立式蒸发室1A的抽气管道17上的截止阀171，打开烟气进出口管道的联络管上的截止阀143和153。小股烟气通过烟气进口管道14的联络管142进入立式蒸发室1A并对立式蒸发室1A内的多个蓄热体11进行预先加热，然后通过烟气出口管道15的联络管152与立式蒸发室1B内的烟气一起被引风机6抽出。

5）当立式蒸发室1B内的蓄热体11温度升高到设计温度时，所有换向阀同时切换方向，关闭烟气进出口管道的联络管上的截止阀143和153，并打开立式蒸发室1B的抽气管道17上的截止阀171。立式蒸发室1A重新进行1）～4)的步骤。当立式蒸发室1A进行1）步骤时，在同一时间内立式蒸发室1B进行与2）～4）步骤相同的工作过程，当立式蒸发室1A进行2）～4）步骤时，在同一时间内立式蒸发室1B进行与1）步骤相同的工作过程。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并且各管路的布置可有多种方式，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 (3)

1.一种蓄热式海水淡化装置，其特征在于：它包括蒸发室、海水储罐、水泵、烟气通道、烟气净化装置、引风机、排烟管道；

所述的蒸发室由两个成对出现的立式蒸发室组成；所述的蒸发室内腔由下向上布置多个蓄热体，每个蓄热体的顶部空间布置喷水管道，喷水管道上设有流量调节阀，喷水管道底部布置多个开口向下的喷嘴；

所述的蒸发室底部设有排污管道，排污管道曲折地穿过同侧的海水储罐内腔后连接外界，排污管道上设有止回阀；两个立式蒸发室的底部侧壁皆设有烟气进口管道，两路烟气进口管道通过进口换向阀与安装烟气净化装置的烟气通道相连通，并且两路烟气进口管道之间有一条联络管，联络管上设有截止阀；两个立式蒸发室顶部皆设有烟气出口管道，两路烟气出口管道通过出口换向阀一与安装引风机的烟气通道相连通，并且两路烟气出口管道之间有一条联络管，联络管上设有截止阀；烟气通道通过出口换向阀二与两路排烟管道相连通，排烟管道曲折地穿过同侧的海水储罐内腔后连接外界；蒸发室侧壁设有多个蒸汽出口与蒸汽管道相连通，蒸汽管道上设有止回阀；蒸发室顶部设有抽气管道与抽真空系统相连通，抽气管道上设有截止阀；

所述的海水储罐由两个成对出现的海水储罐组成；两个海水储罐的出口分别与两个蒸发室的喷水管道连接，并在连接管道上设有水泵。

2.根据权利要求1所述的蓄热式海水淡化装置，其特征在于：所述的蓄热体是由多个互相平行的基面组成，在基面上布置相同尺寸的蓄热小球分布于各个正方形的顶点上并保持一定的间距，各蓄热小球之间用拉筋固定；全部奇数基面和偶数基面都是对称的，奇数基面正方形的几何中心正好位于下层偶数基面的正方形的一个顶点上。

3.一种蓄热式海水淡化方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）启动引风机烟气通过烟气净化装置后，在进口换向阀控制下进入第一个立式蒸发室并对第一个立式蒸发室内的多个蓄热体进行加热，然后在出口换向阀控制下被引风机抽出，并通过排烟管道对第一个海水储罐中的海水进行预热后排出；

2）当第一个立式蒸发室内的蓄热体温度升高到设计温度时，所有换向阀同时切换方向；烟气改变方向进入第二个立式蒸发室并对第二个立式蒸发室内的多个蓄热体进行加热，然后被引风机抽出，并通过排烟管道对第二个海水储罐中的海水进行预热后排出；同时打开第一个立式蒸发室的抽气管道上的截止阀，抽真空系统对第一个立式蒸发室进行抽真空，使第一个立式蒸发室内的空间压力达到设计真空度；

3）所有阀门保持不变，启动水泵，第一个海水储罐中的海水由水泵输送至第一个立式蒸发室内的各个喷嘴，然后呈雾状喷淋于第一个立式蒸发室内的各个蓄热体上，与蓄热体直接接触并发生汽化过程；产生的蒸汽通过蒸汽管道引出，剩余的浓海水通过排污管道对第一个海水储罐中的海水进行预热后排出；同时抽真空系统不断抽出不凝结气体，使第一个立式蒸发室内维持一定的真空度；

4）当第一个立式蒸发室内的蓄热体温度降低到最低操作温度时，关闭水泵和第一个立式蒸发室的抽气管道上的截止阀，打开烟气进出口管道的联络管上的截止阀；小股烟气通过烟气进口管道的联络管进入第一个立式蒸发室并对第一个立式蒸发室内的多个蓄热体进行预先加热，然后通过烟气出口管道的联络管与第二个立式蒸发室内的烟气一起被引风机抽出；

5）当第二个立式蒸发室内的蓄热体温度升高到设计温度时，所有换向阀同时切换方向，关闭烟气进出口管道的联络管上的截止阀，并打开第二个立式蒸发室的抽气管道上的截止阀；第一个立式蒸发室重新进行1）～4)的步骤；当第一个立式蒸发室进行1）步骤时，在同一时间内第二个立式蒸发室进行与2）～4）步骤相同的工作过程，当第一个立式蒸发室进行2）～4）步骤时，在同一时间内第二个立式蒸发室进行与1）步骤相同的工作过程。

Images