CN103112985B - 低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统，它包括背压机、压缩机、低温多效蒸发装置、多级闪蒸装置、末级闪蒸室、加热器、热源蒸汽管道、进料海水管道、淡水出口管道。本系统中，热源蒸汽进入背压机做功带动压缩机工作，低温多效蒸发装置中末效的全部二次蒸汽经压缩机压缩后作为首效的加热蒸汽。背压机的排汽作为多级闪蒸装置的热源蒸汽，多级闪蒸装置和低温多效蒸发装置的淡水余热在末级闪蒸室内进行回收和利用，末级闪蒸室的冷却水分别作为低温多效蒸发装置和多级闪蒸装置的进料海水。本发明具有适用于电厂不同的蒸汽参数、能量利用率高、热效率高、淡化水产量高，进料海水用量少等优点，可被广泛应用于海水淡化领域中。

Description

低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，特别是涉及一种热源蒸汽经汽轮机带动压缩机压缩蒸汽（简称为“汽轮压汽” ）进行蒸馏的低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统。

背景技术

我国是一个水资源严重短缺的国家。缺水已成为制约我国经济社会可持续发展的重大瓶颈。海水淡化是解决我国淡水资源短缺问题的有效的战略途径。海水淡化技术的种类很多，但适于产业化的主要有蒸馏法和膜法。蒸馏法具有可利用低品位热源、装置生产能力大等优点, 是目前应用较广泛的海水淡化技术。蒸馏法主要有多级闪蒸、低温多效蒸发、压汽蒸馏等技术。多级闪蒸技术具有设备构造简单，所需热源仅为低压蒸汽等特点，适合于大型装置，因此在国际海水淡化市场上所占份额较大。低温多效蒸发技术具有热效率较高、腐蚀和结垢轻、动力消耗小等优点，近年来受到更多的关注，具有很好的发展前景。压汽蒸馏技术按压缩原理可分为机械压汽蒸馏和热力压汽蒸馏，机械压汽蒸馏技术目前采用电动压缩机吸收二次蒸汽，实现充分利用低压蒸汽的目的，具有单一方便的特点，但是电力成本相对较高；热力压汽蒸馏采用引射器吸收二次蒸汽，只能实现部分利用低压蒸汽的目的，但具有操作方便的特点，目前发展比较迅速。

     能量需求巨大是限制海水淡化技术推广的主要因素，控制着海水淡化成本。水电联产是有效降低海水淡化能源成本的途径。低温多效蒸发技术运行温度低，能够有效利用低品位的电厂余热，降低制水能量成本和减缓腐蚀及结垢，已成为未来水电联产海水淡化厂的主流技术。在通常情况下，热源蒸汽压力往往高于低温多效蒸发装置的加热蒸汽压力，此时热源蒸汽直接驱动低温多效蒸发装置从能量利用角度而言很不合理。目前采用热源蒸汽驱动引射器与低温多效蒸发构成低温多效热力压汽蒸馏系统，根据分析可以提高能量利用率。但是该方法存在以下几个缺点：一是只能引射一部分的低压蒸汽，剩余的蒸汽最终由冷凝器冷却为淡水，部分热量被冷却水带走造成热损失；二是被引射的低压蒸汽与热源蒸汽混合到一起，凝结后只能作为电厂给水，反而损失了原有的这部分淡水的输出；三是随着热源蒸汽压力的升高，更多的可用能被消耗在引射器中，只有小部分用于提高产水量，其结果是造水比增长渐缓，而引射器的火用效率下降，系统的能量利用率降低。由以上分析可知，当热源蒸汽压力较高时，采用热源蒸汽驱动引射器与低温多效蒸发构成低温多效热力压汽蒸馏系统的方法并不可取，应该探索更为有效的能量利用方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能量利用率高、热效率高、淡化水产量高的低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统。

本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：

本发明是一种低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统，它包括背压机、压缩机、低温多效蒸发装置、多级闪蒸装置、末级闪蒸室、加热器、热源蒸汽管道、进料海水管道、淡水出口管道；所述的背压机的进汽口与热源蒸汽管道连接，背压机的排汽口通过管道与加热器的蒸汽进口连接，加热器的疏水出口通过管道连接锅炉；所述的压缩机与背压机同轴连接，压缩机进口与低温多效蒸发装置的末效二次蒸汽出口管道连接，压缩机出口与低温多效蒸发装置的第一效加热蒸汽管道连接；所述的低温多效蒸发装置由多个相互连通的蒸发室组成；各效蒸发室的加热蒸汽进口与上一效蒸发室的二次蒸汽出口连通，各效蒸发室的顶端通过管道与末级闪蒸室的进料海水冷却管连接，各效蒸发室的加热蒸汽冷凝水出口管道汇合在一起与多级闪蒸装置的淡水汇集管连接。

所述的多级闪蒸装置由多个相互连通、带有冷却水管道和淡水槽及盐水槽的闪蒸室组成；冷却水管道的一端曲折或盘旋地穿过加热器后与第一级闪蒸室的盐水槽连通，冷却水管道的另一端通过管道与末级闪蒸室的盐水槽连通并在该段管道上设有循环泵和排污口；各级闪蒸室的淡水槽与淡水汇集管相连接，淡水汇集管与末级闪蒸室的盐水槽内布置的加热管道连接。

所述的末级闪蒸室的进料海水冷却管的一端与进料海水管道连接，进料海水管道上设有海水泵；所述的进料海水冷却管的另一端出口分为两路管道：一路管道与低温多效蒸发装置各效蒸发室的顶端相连接，另一路管道与末级闪蒸室的盐水槽连通；末级闪蒸室的盐水槽与多级闪蒸装置的盐水槽连通，末级闪蒸室的盐水槽内布置加热管道与多级闪蒸装置的淡水汇集管连接；末级闪蒸室的淡水槽与淡水出口管道连接，在淡水出口管道上设有淡水泵。

采用上述方案后，本发明具有以下几个特点：

一、适用于不同的蒸汽参数。本发明中热源蒸汽具有的高品位热能用于驱动汽轮机做功，同时将已在汽轮机中做了部分功后的排汽所具有的低品位热能用于对多级闪蒸装置供热，符合按质利用热能的原则，达到了“热尽其用”，提高了热利用率，可适用于电厂不同的蒸汽参数。

二、低温多效压汽蒸馏技术得到改进。本发明与现有的采用引射器的低温多效热力压汽蒸馏技术对比具有以下改进：①本发明采用热源蒸汽经背压机带动压缩机吸收了全部的末效二次蒸汽，新系统不需要设置冷凝器，不需要使用冷却水，不仅大大简化了系统，而且也避免了冷却水带走的热损失。②本发明中低温多效蒸发装置的加热蒸汽全部来自压缩后的二次蒸汽，不与热源蒸汽发生混合，因此该加热蒸汽冷凝后作为淡水输出。③本发明利用热源蒸汽经背压机驱动压缩机的方法，代替了热源蒸汽驱动引射器的方法，可以有效地减少热源蒸汽可用能的损失，提高了系统的能量利用率。该方法与电动机驱动压缩机的方法相比，也能有效地降低了中间环节的能量损失，同样具有显著的节能效果。

三、热效率高、淡化水产量高。低温多效蒸发装置和多级闪蒸装置的淡水余热都在末级闪蒸室内得到了回收和利用，淡水放热产生了额外的闪蒸蒸汽，这部分蒸汽的汽化潜热被用来加热进料海水，自身冷凝后变成淡水。因此新系统热效率高、淡化水产量高。

四、进料海水用量少。本发明中盐水循环型多级闪蒸装置排放的多余冷却水作为了低温多效汽轮压汽蒸馏系统的进料海水，加上低温多效汽轮压汽蒸馏系统本身不需要冷却水，因此进料海水用量大为减少。

综上所述，本发明的优点是：能够适用于不同的蒸汽参数，实现了低温多效汽轮压汽蒸馏与多级闪蒸相耦合的系统；本发明对低温多效压汽蒸馏技术做了改进，整个系统具有能量利用率高、热效率高、淡化水产量高，进料海水用量少等优点，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是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统，它包括背压机1、压缩机2、低温多效蒸发装置3、多级闪蒸装置4、末级闪蒸室5、加热器6、热源蒸汽管道7、进料海水管道8、淡水出口管道9。

所述的背压机1的进汽口11与热源蒸汽管道7连接，背压机1的排汽口12通过管道与加热器6的蒸汽进口61连接，加热器6的疏水出口62通过管道连接锅炉。

所述的压缩机2与背压机1同轴连接，压缩机2进口21与低温多效蒸发装置3的末效二次蒸汽出口管道31连接，压缩机2出口22与低温多效蒸发装置3的第一效加热蒸汽管道32连接。

所述的低温多效蒸发装置3由多个相互连通的蒸发室30组成。各效蒸发室30（第一效蒸发室30除外）的加热蒸汽进口33均与上一效蒸发室30的二次蒸汽出口34连通，各效蒸发室30的顶端35通过管道与末级闪蒸室5的进料海水冷却管51连接，各效蒸发室30的加热蒸汽冷凝水出口管道36汇合在一起与多级闪蒸装置4的淡水汇集管44连接。

所述的多级闪蒸装置4由多个相互连通、带有冷却水管道41和淡水槽42及盐水槽43的闪蒸室40组成。冷却水管道41的一端曲折或盘旋地穿过加热器6后与第一级闪蒸室40的盐水槽43连通，冷却水管道41的另一端通过管道与末级闪蒸室5的盐水槽53连通，并在该段管道上设有循环泵45和排污口46。各级闪蒸室40的淡水槽42与淡水汇集管44相连接，淡水汇集管44与末级闪蒸室5的盐水槽53内布置的加热管道54连接。

所述的末级闪蒸室5的进料海水冷却管51的一端与进料海水管道8连接，进料海水管道8上设有海水泵81，进料海水冷却管51的另一端出口分为两路管道：一路管道与低温多效蒸发装置3各效蒸发室的顶端35相连接，另一路管道与末级闪蒸室5的盐水槽53连通。末级闪蒸室5的盐水槽53与多级闪蒸装置4的盐水槽43连通，末级闪蒸室5的盐水槽53内布置加热管道54与多级闪蒸装置4的淡水汇集管44连接。末级闪蒸室5的淡水槽52与淡水出口管道9连接。淡水出口管道9上设有淡水泵91。

如图1所示，本发明的工作原理分别按蒸汽流程、海水流程、淡水流程进行阐述：

一、蒸汽流程：热源蒸汽进入背压机1膨胀做功，背压机1驱动压缩机2工作。背压机1的排汽进入加热器6放出热量后变成疏水返回锅炉。

二、海水流程：进料海水经过末级闪蒸室5的进料海水冷却管51吸收管外闪蒸蒸汽的热量后，分成两路：

一路进料海水进入末级闪蒸室5的盐水槽内53作为补给水。盐水槽53内的海水通过排污口46少量排放后，大部分海水通过循环泵45返回多级闪蒸装置4的冷却水管道41作为冷却水，同时回收各级闪蒸室40闪蒸蒸汽的热量。从多级闪蒸装置4引出的冷却水进入加热器6吸收热量后达到盐水最高温度，然后依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室40逐级发生闪蒸过程。各级闪蒸室40的闪蒸蒸汽在冷却水管41外放出热量后变成淡水，剩余的浓海水逐级自流，最后流入末级闪蒸室5的盐水槽53内，完成一个海水循环。

另一路进料海水进入低温多效蒸发装置3各效蒸发室30内吸收加热蒸汽放出的热量，部分海水发生蒸发过程形成二次蒸汽作为下一效蒸发室30的加热蒸汽。末效蒸发室30的二次蒸汽经压缩机2升温后作为首效蒸发室30的加热蒸汽。各效蒸发室30的加热蒸汽放出热量后发生冷凝形成淡水，剩余的浓海水逐效自流，最后从末效蒸发室30的排污口排向外界。

三、淡水流程：低温多效蒸发装置3各效蒸发室30的淡水与多级闪蒸装置4各级闪蒸室40的淡水通过淡水汇集管44汇合在一起，然后流入末级闪蒸室5盐水槽53内布置的加热管道54内放出热量后作为产品输出；末级闪蒸室5盐水槽53内的海水吸收热量后形成闪蒸蒸汽，闪蒸蒸汽在末级闪蒸室5的进料海水冷却管51外放出热量形成淡水作为产品输出。

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)

1.一种低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：它包括背压机、压缩机、低温多效蒸发装置、多级闪蒸装置、末级闪蒸室、加热器、热源蒸汽管道；所述的背压机的进汽口与热源蒸汽管道连接，背压机的排汽口通过管道与加热器的蒸汽进口连接，加热器的疏水出口通过管道连接锅炉；所述的压缩机与背压机同轴连接，压缩机进口与低温多效蒸发装置的末效二次蒸汽出口管道连接，压缩机出口与低温多效蒸发装置的第一效加热蒸汽管道连接；所述的低温多效蒸发装置由多个相互连通的蒸发室组成；各效蒸发室的加热蒸汽进口与上一效蒸发室的二次蒸汽出口连通，各效蒸发室的顶端通过管道与末级闪蒸室的进料海水冷却管连接，各效蒸发室的加热蒸汽冷凝水出口管道汇合在一起与多级闪蒸装置的淡水汇集管连接。

2.根据权利要求1所述的低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：所述的多级闪蒸装置由多个相互连通、带有冷却水管道和淡水槽及盐水槽的闪蒸室组成；冷却水管道的一端曲折或盘旋地穿过加热器后与第一级闪蒸室的盐水槽连通，冷却水管道的另一端通过管道与末级闪蒸室的盐水槽连通并在该段管道上设有循环泵和排污口；各级闪蒸室的淡水槽与淡水汇集管相连接，淡水汇集管与末级闪蒸室的盐水槽内布置的加热管道连接。

3.根据权利要求1所述的低温多效汽轮压汽蒸馏-多级闪蒸海水淡化系统，其特征在于：所述的末级闪蒸室的进料海水冷却管的一端与进料海水管道连接，进料海水管道上设有海水泵；所述的进料海水冷却管的另一端出口分为两路管道：一路管道与低温多效蒸发装置各效蒸发室的顶端相连接，另一路管道与末级闪蒸室的盐水槽连通；末级闪蒸室的盐水槽与多级闪蒸装置的盐水槽连通，末级闪蒸室的盐水槽内布置加热管道与多级闪蒸装置的淡水汇集管连接；末级闪蒸室的淡水槽与淡水出口管道连接，在淡水出口管道上设有淡水泵。

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