CN103304089B - 一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化方法和装置，装置本体主要由绝热板、第一级闪蒸室、第一级冷凝器、第一级淡水收集盘、第一级喷头、第二级闪蒸室、第二级冷凝器、第二级淡水收集盘、第二级喷头、第k级闪蒸室、第k级冷凝器、第k级回热器、第k级淡水收集盘、第k级喷头、第n-1级闪蒸室、第n-1级冷凝器、第n-1级回热器、第n-1级淡水收集盘、第n-1级喷头、第n级闪蒸室、第n级冷凝器、第n级淡水收集盘、第n级喷头、汽轮机、海水加热器构成。本发明通过抽取汽轮机尾部的热蒸汽来加热海水，使其在各级闪蒸室发生闪蒸和冷凝过程，从而得到淡水。本发明装置本体占地面积少，充分利用有限空间，特别适合与热电厂结合使用。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置。
背景技术
淡水是人类赖以生存和生产的不可缺少的基本物质。全球的水总储量为13.88亿km3，海水量占了其中97%以上，由于海水含盐度较高，因而人类不能直接饮用它，剩下淡水量的总量约占地球上总储水量的2.53%。不仅如此，即使在这如此小比例的淡水中，它的分布又极不均衡，其中98.8%的淡水被冻结在地球的南北两极地和高寒地带的冰川之中，而又存在河流、湖泊和地下水等可供人类直接利用的淡水已不足地球上淡水总量的0.36%。我国海岸线长，很多岛屿、沿海及内陆苦咸水地区都存在严重的淡水短缺问题。因此，发展海水淡化技术对缓解当前淡水资源短缺、供需矛盾突出的问题具有深远的战略意义。
海水淡化就是将海水（或苦咸水）中的盐分和水分分离，最终得到淡水和浓缩盐水的过程。海水（或苦咸水）淡化最常用的技术主要有多级闪蒸法、多效蒸馏法、反渗透法、萃取法和电渗析法。
多级闪蒸（MSF）技术是将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于闪蒸室中的压力低于原料海水在该温度下所对应的饱和蒸汽压力，从而原料海水进入闪蒸室后成为过热溶液而使部分过热海水急速蒸发，原料海水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝释放出潜热来预热本级冷凝管内的循环海水。
多效蒸馏（MED）运行的原理是经加热到工作温度的海水均匀地在第一效蒸发器内的换热管外发生喷淋降膜，然后在换热管内通入一定量的热源蒸汽，使其发生冷凝放出潜热来使得管外的海水受热蒸发产生二次蒸汽，二次蒸汽作为下一效蒸发器的热源蒸汽，以后各效蒸发器皆发生着类似的过程，从而得到了多倍于蒸汽输入量的淡水量。
反渗透法是利用反渗透膜将海水和淡水隔开，在海水侧施加足够大的压力（超过海水渗透压），将海水中的水分子反渗透到淡水侧。该法不消耗热能，但需消耗大量电力产生足够大的外压，另外对反渗透膜的要求也很高。
电渗析法以电位差为动力，利用离子交换膜的选择性透过而脱除水中离子的淡化过程。电去离子将渗析与离子交换相结合，在电渗析器的淡水室中填充离子交换剂，在直流电场的作用下，实现电渗析、离子交换除盐和离子交换连续电再生的过程。电去离子不用于苦咸水淡化，主要用于生产高纯水。
冷冻法是将海水冷冻到冰点以下，淡水结冰、分离、再融化为淡水的过程。冷冻法有利用天然冰法和人工冷冻法。但技术尚不成熟。
发明内容
本发明的目的在于克服现有传统海水淡化技术的不足，提供一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置。本发明占地面积小，产水速率高且和热电厂结合使用的水电联产海水淡化装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，它包括：淡水排水泵、绝热板、第一级闪蒸室、第一级冷凝器、第一级淡水收集盘、第一级喷头、第二级闪蒸室、第二级冷凝器、第二级淡水收集盘、第二级喷头、第k级闪蒸室、第k级冷凝器、第k级回热器、第k级淡水收集盘、第k级喷头、第n-1级闪蒸室、第n-1级冷凝器、第n-1级回热器、第n-1级淡水收集盘、第n-1级喷头、第n级闪蒸室、第n级冷凝器、第n级淡水收集盘、第n级喷头、新鲜海水给水泵、浓海水排放泵、脱气器、加药装置、混合海水给水泵、新鲜海水排水泵、汽轮机、海水加热器、冷凝水排水泵等；所述的第一级冷凝器、第二级冷凝器、第k级冷凝器、第n-1级冷凝器和第n级冷凝器均布置在相应各级闪蒸室的顶部；所述的第k级回热器、第n-1级回热器均布置在相应各级冷凝器的正下方；所述的第一级淡水收集盘、第二级淡水收集盘、第k级淡水收集盘、第n-1级淡水收集盘和第n级淡水收集盘均布置在相应各级冷凝器或回热器的正下方；所述的第一级喷头、第二级喷头、第k级喷头、第n-1级喷头和第n级喷头均布置在相应各级淡水收集盘的下方；所述的第二级闪蒸室的下部经第一级循环盐水排水管与第一级冷凝器相连，第一级冷凝器经第一级循环盐水泵与第二级喷头相连，第一级闪蒸室的下部经第一级盐水排水泵和第一级盐水排水管与第一级循环盐水管相连；所述的第k级闪蒸室的下部经第二级循环盐水排水管与第二级冷凝器相连，第二级冷凝器经第二级循环盐水泵与第k级喷头相连，第二级闪蒸室的下部经第二级盐水排水管和第二级盐水排水泵与第二级循环盐水管相连；所述的第n-1级闪蒸室的下部经第k级循环盐水排水管与第k级冷凝器相连，第k级冷凝器经第k级循环盐水泵与第n-1级喷头相连，第k级闪蒸室的下部经第k级盐水排水管和第k级盐水排水泵与第k级循环盐水管相连；所述的第n级闪蒸室的下部经第n级循环盐水泵与第n-1级冷凝器相连，第n-1级冷凝器经第n-1级循环盐水排水管与第n级喷头相连，第n-1级闪蒸室的下部经第n-1级盐水排水泵和第n-1级盐水排水管与第n-1级循环盐水管相连；所述的第n级冷凝器经新鲜海水给水管和新鲜海水排水管分别与新鲜海水给水泵和新鲜海水排水泵相连；所述的第n级闪蒸室的下部经浓海水排水管与浓海水排水泵相连；所述的脱气器和加药装置经进料海水给水管分别和新鲜海水给水管、循环浓海水管与混合海水给水管相连；所述的第一级喷头经海水加热器、混合海水给水管和混合海水给水泵依次和第n-1级回热器、第k级回热器相连；所述的汽轮机经热源蒸汽管、海水加热器与冷凝水排水泵相连；所述的第一级淡水收集盘、第二级淡水收集盘、第k级淡水收集盘、第n-1级淡水收集盘和第n级淡水收集盘分别经第一级淡水排水管、第二级淡水排水管、第k级淡水排水管、第n-1级淡水排水管、第n级淡水排水管与淡水排水管相连，淡水排水管与淡水排水泵相连。
进一步地，所述的一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，其特征在于所述的装置本体外覆盖有保温材料。
进一步地，所述的一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，其特征在于所述的n≥5。
进一步地，所述的一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，其特征在于所述的3≤k≤n-2。
进一步地，所述的一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，其特征在于所述的装置本体直径约为0.5～5m，装置本体高度约为2～20m。
进一步地，所述的一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，其特征在于所述的冷凝器和回热器采用铜镍合金材料，口径约为6～30mm。
进一步地，所述的一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，其特征在于所述的冷凝器和回热器的管束为叉排或为顺排布置。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明特别适合和热电厂结合使用来进行水电联产，能够使热量得以充分地有效利用，利用热电厂汽轮机做过功的热蒸汽来加热进料海水，以达到“热尽其能”的目的。
2、本发明的装置本体占地面积少，装置本体高度可以做得很高，使其充分地利用有限的场地空间。
3、本发明在传统的淡化循环基础上合理布置了冷凝循环系统和回热循环系统，使整个系统的热量得以高效重复的利用，进而提高了整个系统的工作性能和工作效率。
附图说明
图1是热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置的主视结构图；
图2是本发明的冷凝器和回热器的结构顺排布置示意图；
图3是本发明的冷凝器和回热器的结构叉排布置示意图；
图中：第一级闪蒸室1、绝热板2、第一级循环盐水泵3、第一级循环盐水管4、第一级盐水排水管5、第一级盐水排水泵6、第二级循环盐水管7、第二级盐水排水泵8、第二级闪蒸室9、第二级淡水收集盘10、第二级盐水排水管11、第二级循环盐水泵12、第k级循环盐水泵13、第k级盐水排水泵14、第k级循环盐水管15、第k级盐水排水管16、第k级淡水收集盘17、第n-1级循环盐水管18、第n-1级盐水排水泵19、第n-1级盐水排水管20、第n-1级淡水收集盘21、新鲜海水给水泵22、新鲜海水给水管23、浓海水排水管24、第n级淡水收集盘25、浓海水排放泵26、第n级循环盐水泵27、循环浓海水管28、进料海水给水管29、加药装置30、混合海水给水管31、脱气器32、混合海水给水泵33、新鲜海水排水管34、新鲜海水排水泵35、第n级闪蒸室36、第n级淡水排水管37、第n级冷凝器38、第n-1级淡水排水管39、第n-1级闪蒸室40、第n-1级回热器41、第n-1级冷凝器42、第k级闪蒸室43、汽轮机44、第k级淡水排水管45、热源蒸汽管46、冷凝水排水泵47、第k级回热器48、第k级冷凝器49、海水加热器50、第二级淡水排水管51、第二级冷凝器52、第一级淡水排水管53、第一级淡水收集盘54、第一级冷凝器55、淡水排水泵56、淡水排水管57、第n级喷头58、第n-1级喷头59、第k级喷头60、第二级喷头61、第一级喷头62。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置包括：淡水排水泵56、绝热板2、第一级闪蒸室1、第一级冷凝器55、第一级淡水收集盘54、第一级喷头62、第二级闪蒸室9、第二级冷凝器52、第二级淡水收集盘10、第二级喷头61、第k级闪蒸室43、第k级冷凝器49、第k级回热器48、第k级淡水收集盘17、第k级喷头60、第n-1级闪蒸室40、第n-1级冷凝器42、第n-1级回热器41、第n-1级淡水收集盘21、第n-1级喷头59、第n级闪蒸室36、第n级冷凝器38、第n级淡水收集盘25、第n级喷头58、新鲜海水给水泵22、浓海水排放泵26、脱气器32、加药装置30、混合海水给水泵33、新鲜海水排水泵35、汽轮机44、海水加热器50、冷凝水排水泵47等；其中第一级冷凝器55、第二级冷凝器52、第k级冷凝器49、第n-1级冷凝器42和第n级冷凝器38均布置在相应各级闪蒸室的顶部；第k级回热器48、第n-1级回热器41均布置在相应各级冷凝器的正下方；第一级淡水收集盘54、第二级淡水收集盘10、第k级淡水收集盘17、第n-1级淡水收集盘21和第n级淡水收集盘25均布置在相应各级冷凝器或回热器的正下方；第一级喷头62、第二级喷头61、第k级喷头60、第n-1级喷头59和第n级喷头58均布置在相应各级淡水收集盘的下方；第二级闪蒸室9的下部经第一级循环盐水排水管4与第一级冷凝器55相连，第一级冷凝器55经第一级循环盐水泵3与第二级喷头61相连，第一级闪蒸室1的下部经第一级盐水排水泵6和第一级盐水排水管5与第一级循环盐水管4相连；第k级闪蒸室43的下部经第二级循环盐水排水管7与第二级冷凝器52相连，第二级冷凝器52经第二级循环盐水泵12与第k级喷头60相连，第二级闪蒸室9的下部经第二级盐水排水管11和第二级盐水排水泵8与第二级循环盐水管7相连；第n-1级闪蒸室40的下部经第k级循环盐水排水管15与第k级冷凝器49相连，第k级冷凝器49经第k级循环盐水泵13与第n-1级喷头59相连，第k级闪蒸室43的下部经第k级盐水排水管16和第k级盐水排水泵14与第k级循环盐水管15相连；第n级闪蒸室36的下部经第n级循环盐水泵27与第n-1级冷凝器42相连，第n-1级冷凝器42经第n-1级循环盐水排水管18与第n级喷头58相连，第n-1级闪蒸室40的下部经第n-1级盐水排水泵19和第n-1级盐水排水管20与第n-1级循环盐水管18相连；第n级冷凝器38经新鲜海水给水管23和新鲜海水排水管34分别与新鲜海水给水泵22和新鲜海水排水泵35相连；第n级闪蒸室36的下部经浓海水排水管24与浓海水排水泵26相连；脱气器32和加药装置30经进料海水给水管29分别和新鲜海水给水管23、循环浓海水管28与混合海水给水管31相连；第一级喷头62经海水加热器50、混合海水给水管31和混合海水给水泵33依次和第n-1级回热器41、第k级回热器48相连；汽轮机44经热源蒸汽管46、海水加热器50与冷凝水排水泵47相连；第一级淡水收集盘54、第二级淡水收集盘10、第k级淡水收集盘17、第n-1级淡水收集盘21和第n级淡水收集盘25分别经第一级淡水排水管53、第二级淡水排水管51、第k级淡水排水管45、第n-1级淡水排水管39、第n级淡水排水管37与淡水排水管57相连，淡水排水管57与淡水排水泵56相连，其中，n和k均为自然数，n≥5，3≤k≤n-2。
本发明热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置外覆盖有保温材料。装置本体直径约为0.5～5m，装置本体高度约为2～20m。
所述的冷凝器和回热器采用铜镍合金材料，口径约为6～30mm。
所述的冷凝器和回热器的管束为叉排或为顺排布置。
本发明的工作过程如下：首先设定相邻两级闪蒸室间的压力为恒定值，各级闪蒸室中的压力维持为恒定值，然后一定流量的新鲜海水首先进入第n级冷凝器38内吸收第n级闪蒸室36中的水蒸气冷凝时释放出的潜热，经预热后的一小部分海水作为淡化装置的进料海水，其余部分经新鲜海水排水泵35排出；进料海水经过加药和脱气等前处理后，与第n级闪蒸室36底部排出的大部分浓海水混合组成混合海水，第n级闪蒸室36中的其余少部分浓海水经浓海水排水泵26排出。在混合海水给水泵33的驱动下，混合海水依次通过第n-1级冷凝器42、第k级冷凝器49以吸收部分水蒸汽冷凝时释放的凝结潜热，然后经海水加热器50由汽轮机44抽取出的热源蒸汽加热到工作温度，进而进入第一级闪蒸室1内，由于经加热后的混合海水温度高于第一级闪蒸室1设定压力下的饱和温度，会使得混合海水在第一级闪蒸室1中发生闪蒸产出部分水蒸汽，水蒸汽会在第一级闪蒸室1中的第一级冷凝器55外冷凝释放出凝结潜热。于此同时，第二级闪蒸室中的饱和海水会在第一级循环盐水泵3的驱动下，通过第一级冷凝器55吸收水蒸气释放出的凝结潜热进而升温，然后与第一级闪蒸室1底端的饱和海水混合后在第二级闪蒸室9中发生闪蒸，以后每一级闪蒸室都发生着类似的过程。各级闪蒸室中的淡水收集盘收集得到的淡水经淡水排水泵56排出装置外，即得到成品淡水。
实施例1：
蒸馏装置的内径为0.8m，高度为1.5m，闪蒸级数为4，级间温差为2℃，盐水顶值温度为50℃，盐水浓度为3.50%，浓盐水出口温度为44℃，混合盐水进口流量为116kg/h，盐水加热器的热负荷为10kW，回热级数为1，在室内条件下进行了大量的实验研究，实验结果表明每天（按24h计算）产水量可以达到约为1000kg/d的产量。
实施例2：
蒸馏装置的内径为0.8m，高度为1.9m，闪蒸级数为5，级间温差为2℃，盐水顶值温度为50℃，盐水浓度为3.50%，浓盐水出口温度为42℃，混合盐水进口流量为134kg/h，盐水加热器的热负荷为10kW，回热级数为2，在室内条件下进行了大量的实验研究，实验结果表明每天（按24h计算）产水量可以达到约为1350kg/d的产量。
实施例3：
蒸馏装置的内径为0.8m，高度为2.3m，闪蒸级数为6，级间温差为2℃，盐水顶值温度为50℃，盐水浓度为3.50%，浓盐水出口温度为38℃，混合盐水进口流量为152kg/h，盐水加热器的热负荷为10kW，回热级数为3，在室内条件下进行了大量的实验研究，实验结果表明每天（按24h计算）产水量可以达到约为1800kg/d的产量。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，其特征在于，装置本体由上到下依次设有淡水排水泵（56）、绝热板（2）、第一级闪蒸室（1）、第一级冷凝器（55）、第一级淡水收集盘（54）、第一级喷头（62）、第二级闪蒸室（9）、第二级冷凝器（52）、第二级淡水收集盘（10）、第二级喷头（61）、第k级闪蒸室（43）、第k级冷凝器（49）、第k级回热器（48）、第k级淡水收集盘（17）、第k级喷头（60）、第n-1级闪蒸室（40）、第n-1级冷凝器（42）、第n-1级回热器（41）、第n-1级淡水收集盘（21）、第n-1级喷头（59）、第n级闪蒸室（36）、第n级冷凝器（38）、第n级淡水收集盘（25）、第n级喷头（58）、新鲜海水给水泵（22）、浓海水排放泵（26）、脱气器（32）、加药装置（30）、混合海水给水泵（33）、新鲜海水排水泵（35）、汽轮机（44）、海水加热器（50）和冷凝水排水泵（47），其中，n=5，k=3，所述的第一级冷凝器（55）、第二级冷凝器（52）、第k级冷凝器（49）、第n-1级冷凝器（42）和第n级冷凝器（38）均布置在相应各级闪蒸室的顶部；所述的第k级回热器（48）、第n-1级回热器（41）均布置在相应各级冷凝器的正下方；所述的第一级淡水收集盘（54）、第二级淡水收集盘（10）和第n级淡水收集盘（25）均布置在相应各级冷凝器的正下方，所述的第k级淡水收集盘（17）和第n-1级淡水收集盘（21）均布置在相应各级回热器的正下方；所述的第一级喷头（62）、第二级喷头（61）、第k级喷头（60）、第n-1级喷头（59）和第n级喷头（58）均布置在相应各级淡水收集盘的下方；所述的第二级闪蒸室（9）的下部经第一级循环盐水管（4）与第一级冷凝器（55）相连，第一级冷凝器（55）经第一级循环盐水泵（3）与第二级喷头（61）相连，第一级闪蒸室（1）的下部经第一级盐水排水泵（6）和第一级盐水排水管（5）与第一级循环盐水管（4）相连；所述的第k级闪蒸室（43）的下部经第二级循环盐水管（7）与第二级冷凝器（52）相连，第二级冷凝器（52）经第二级循环盐水泵（12）与第k级喷头（60）相连，第二级闪蒸室（9）的下部经第二级盐水排水管（11）和第二级盐水排水泵（8）与第二级循环盐水管（7）相连；所述的第n-1级闪蒸室（40）的下部经第k级循环盐水管（15）与第k级冷凝器（49）相连，第k级冷凝器（49）经第k级循环盐水泵（13）与第n-1级喷头（59）相连，第k级闪蒸室（43）的下部经第k级盐水排水管（16）和第k级盐水排水泵（14）与第k级循环盐水管（15）相连；所述的第n级闪蒸室（36）的下部经第n级循环盐水泵（27）与第n-1级冷凝器（42）相连，第n-1级冷凝器（42）经第n-1级循环盐水管（18）与第n级喷头（58）相连，第n-1级闪蒸室（40）的下部经第n-1级盐水排水泵（19）和第n-1级盐水排水管（20）与第n-1级循环盐水管（18）相连；所述的第n级冷凝器（38）经新鲜海水给水管（23）和新鲜海水排水管（34）分别与新鲜海水给水泵（22）和新鲜海水排水泵（35）相连；所述的第n级闪蒸室（36）的下部经浓海水排水管（24）与浓海水排水泵（26）相连；所述的脱气器（32）和加药装置（30）经进料海水给水管（29）分别和新鲜海水给水管（23）、循环浓海水管（28）与混合海水给水管（31）相连；所述的第一级喷头（62）经海水加热器（50）、混合海水给水管（31）和混合海水给水泵（33）依次和第n-1级回热器（41）、第k级回热器（48）相连；所述的汽轮机（44）经热源蒸汽管（46）、海水加热器（50）与冷凝水排水泵（47）相连；所述的第一级淡水收集盘（54）、第二级淡水收集盘（10）、第k级淡水收集盘（17）、第n-1级淡水收集盘（21）和第n级淡水收集盘（25）分别经第一级淡水排水管（53）、第二级淡水排水管（51）、第k级淡水排水管（45）、第n-1级淡水排水管（39）、第n级淡水排水管（37）与淡水排水管（57）相连，淡水排水管（57）与淡水排水泵（56）相连。
2.根据权利要求1所述的一种热量多效利用的多级闪蒸海水淡化装置，其特征在于，所述的冷凝器和回热器的管束为叉排或为顺排布置。
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