CN103613155A - 热管式低温两效海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温两效的海水淡化装置，所述装置以发动机冷却水或太阳能热水等为热流，以导热系数高的重力式热管为换热媒介，在射流真空泵创造的真空环境下，使得海水在较低的沸点下进行低温蒸馏。更重要的是，第一效蒸馏产生的水蒸气再次用作第二效的热源继续蒸发海水，使得能源高效利用，从而使海水淡化装置结构紧凑、制造简单、耗材少，有维护方便、成本低廉、寿命长以及造水比比较大的优点，与其他海水淡化装置相比在经济性、实用性、工作稳定性等方面有了很大的提高。
Description
技术领域
本专利涉及一种海水淡化装置，具体涉及一种热管式低温两效海水淡化装置。
背景技术
目前，海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法、冷冻法、溶剂法、水合物法、离子交换法等。其中应用历史最长、范围最广泛的是蒸馏法。它是利用盐分几乎不溶于低压蒸汽的特性，先将海水加热，使之汽化，然后再将所得蒸汽重新冷凝，以获得蒸馏水。蒸馏法的制淡水过程伴随着水的相变，故能耗较高，且一般结垢及腐蚀问题比较严重。但蒸馏法具有原理简单、产出淡水的质量较高、能直接利用低温热源、可以长期稳定操作、适于大规模生产等优点，所以仍然是目前海水淡化的主要方法。申请号为201310007072.4的“船用热管式海水淡化装置”较好地解决了目前海水淡化设备中存在的以上问题，但该装置存在海水喷淋时对热管冲刷、热量没有充分利用等问题。因此在该专利的基础上，本发明进行了改进，考虑了降膜蒸发，增加了第二效，提高热能的利用率，使海水淡化装置结构紧凑、造水比大，并使其与其他海水淡化装置相比在经济性、实用性、工作稳定性等方面有了很大的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的海水淡化装置的结构设计中存在的缺陷，提供一种制造简单、结构合理、高质量、高效率、连续的淡水供应以及高效的冷却水循环利用的热管式海水淡化装置，用于各类船舶、淡水缺乏的沿海地区和海岛制取淡水。
本发明的技术方案为：一种热管式低温两效海水淡化装置，所述装置包括第一效模块、第二效模块和海水预热段，所述第一效模块、第二效模块和海水预热段依次从下往上设置，所述第一效模块包括第一效管板、第一效热管、第一效预分布板和第一效降膜板，所述第二效模块包括第二效管板、第二效热管、第二效预分布板和第二效降膜板，海水预热段包括海水预热段热管和海水预热段管板。海水预热段设有预热室和冷凝室，所述预热室设置有海水入口管和海水出口管，冷凝室设置有不凝气体排出管和淡水出口管；第二效模块设有第二效蒸发室和第二效加热室，第二效蒸发室设置有二效浓盐水出口管和一效浓盐水入口管，第二效加热室设置有不凝气体排出管和淡水出口管；第一效模块设有第一效蒸发室和第一效加热室，第一效蒸发室设置有海水入口管和一效浓盐水出口管，第一效加热室安装有冷却水进口和出口。
第一效模块、第二效模块和海水预热段的内部换热元件均采用了重力式热管，充分利用了重力式热管的极高导热性能的优点，强化了传热。
本发明设有液-液气射流真空泵和液-气射流真空泵来获取真空，使海水沸点大幅度降低，在较低温度时海水沸腾，产生大量蒸汽，蒸汽经冷凝后收集为蒸馏水。
本发明设有竖直管外降膜蒸发装置，竖直管外降膜蒸发装置设有液体分布器，所述液体分布器包括预分布板和降膜板，其中，预分布板不仅可以防止海水对热管的直接冲蚀，而且使海水经预分布板上的小孔均匀的淋降到降膜板上，使每根热管外的降膜流量更加均匀、稳定。
本发明利用发动机冷却水等低品性热水的热量，在射流真空泵创造的真空环境下，通过热管将海水在较低的沸点下加热汽化，并以该汽化蒸汽的热量作为热源用于第二效海水的汽化，而第二效汽化产生的蒸汽可用于预热海水。两效海水淡化装置的整个过程使得能源高效利用，能在更紧凑的装置中拥有更大的造水比。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用热管作为换热元件，蒸发冷凝过程中充分利用了重力式热管极高导热性能的优点，强化了传热，使海水淡化装置的制造简单、耗材少、结构紧凑、维修方便。
2、本发明采用的射流真空泵，是一种以加压液体为工作物质的喷射泵，本装置使用了海水，来源方便，加压过程可以靠海水泵实现。射流真空泵的引入可以省去浓液泵、压缩机、储气罐，节省了设备投资，简化了真空蒸发装置的整体结构，降低了电量消耗，提高了装置经济性，保持装置连续稳定运行。
3、本发明采用了竖直管外降膜蒸发法，其液体分布器由预分布板利降膜板构成。其中，预分布板不仅可以防止海水对热管的直接冲蚀，而且使海水经预分布板上的小孔均匀的淋降到降膜板上，使每根热管外的降膜流量更加均匀、稳定。此外，降膜蒸发属于低液位沸腾的范畴，通常来说，液膜沸腾具有比池沸腾高的多的传热系数，因此，本发明强化了装置的内部传热过程。而且，对于管外降膜技术，二次蒸汽与液膜逆流，减小了压降，改善了热管周边的温度分布。
4、本发明采用了两效淡化方式，将第一效产出的蒸汽继续用于蒸馏第一效未完全蒸发的海水，此后产生的蒸汽再用于预热进料的海水，同时蒸汽冷凝成淡水。两效海水淡化装置的整个过程使得能源高效利用，拥有比同等装置装置更大的造水比。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的装置结构示意图；
图3为本发明的管板示意图；
图4为液-液气射流真空泵的结构示意图；
图5为液体分布器的结构示意图；
其中：1、第一效管板；2、第一效热管；3、第一效降膜板；4、第一效预分布板；5、第一效与第二效隔板；6、第一效除雾器；7、第二效热管；8、第二效管板；9、第二效降膜板；10、第二效预分布板；11、第二效与海水预热段隔板；12、第二效除雾器；13、海水预热段热管；14、海水预热段管板；15、封头；16、筒体；17、海水泵；18、压力表；19、单向阀；20、阀；21、上淡水泵；22、下淡水泵；23、液-液气射流真空泵；24、液-气射流真空泵。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：
如图1，本发明提供的低温两效的海水淡化装置的淡化方法是：在第一效模块，利用发动机冷却水或太阳能热水等低品性水流，在射流真空泵创造的真空环境下，通过热管将海水在较低的沸点下加热汽化，并以该汽化蒸汽的热量作为热源用于第二效模块的海水的汽化，而第二效模块汽化产生的蒸汽用于预热海水，同时第一效模块、第二效模块的蒸汽在加热过程中冷凝成淡水，并被上淡水泵21和下淡水泵22泵出储存，供给饮用、洗涤等。
如图2，本发明提供的热管式低温两效海水淡化装置，主要由第一效热管2、第二效热管7和海水预热段热管13、第一效预分布板4和第二效预分布板10、第一效降膜板3和第二效降膜板9、第一效与第二效隔板5和第二效与预热段隔板11、第一效管板1、第二效管板8和海水预热段管板14、封头15、筒体16、液-液气射流真空泵23、液-气射流真空泵24、第一效除雾器6和第二效除雾器12、海水泵17、上淡水泵21和下淡水泵22及各连接管路组成。其中，由第一效管板1、第一效热管2、第一效预分布板4及第一效降膜板3组成了该淡化设备的第一效模块I；由第二效管板8、第二效热管7、第二效预分布板10及第二效降膜板9组成了该淡化设备的第二效模块II；由海水预热段热管13、海水预热段管板14组成了该淡化设备的海水预热段III。
第一效模块I、第二效模块II、海水预热段III、海水泵17、上淡水泵21和下淡水泵22、液-液气射流真空泵23、液-气射流真空泵24及各连接管路组成了本装置。装置被隔板5与第一效除雾器6、隔板11与第二效除雾器12分隔为上、中、下三段，下段为第一效模块I，中段为第二效模块II，上段为海水预热段III。第一效模块I的下部为加热室，上部为蒸发室；第二效模块II的下部为加热室，上部为蒸发室；海水预热段III的下部为冷凝室，上部为预热室。其中，第一效管板1和第二效管板8将第一效模块的蒸发室与第二效模块的加热室分隔成独立封闭的空间，第二效管板8和海水预热段管板14将第二效蒸发室与海水预热段的冷凝室分隔成独立封闭的空间。
海水预热段III的预热室设置有海水入口管F和海水出口管E，冷凝室设置有不凝气体排出管H、淡水出口管G；第二效模块II的蒸发室设置有二效浓盐水出口管I、一效浓盐水入口管D，第二效的加热室设置有不凝气体排出管C、淡水出口管J；第一效模块I的蒸发室设置有海水入口管K、一效浓盐水出口管B，第一效的加热室安装有冷却水进口M、出口A，可接发动机冷却水或太阳能热水等低品性热源；海水泵17、上淡水泵21和下淡水泵22均装有单向阀，有效地防止淡水泵吸入空气，而造成倒吸气现象，确保淡水正常供应，保持各段内的真空度，并提高了淡水泵的使用寿命，保证了淡水出水率。
见图2，筒体16的上下部均有封头，封头可制成椭圆形或蝶形，并焊接在筒体16的上下两侧，管道A-M为圆形管。筒体16、封头、三段管板均采用316L不锈钢的材料制作，三段的热管均采用金属光管。第二效模块II的加热室和海水预热段III的冷凝室外筒壁上应安装有液位计，以指示用于蒸发的海水液位，保证蒸发能连续进行。
见图3，各段的换热元件热管按正三角形排列，可通过焊接、套管或其他方式密封安装在管板上。
见图4，本发明中的液-液气射流真空泵23由吸入室体23-4装连在设有吸入腔23-1-1、混合室23-1-2和扩压室23-1-3的管体23-1以及装连在吸入室体23-4内的锥形喷嘴23-2构成，吸入室体23-4的海水进口23-4-2接海水入口管支路H，锥形喷嘴23-2延伸至管体23-1吸入腔23-1-1内，且锥形喷嘴23-2与吸入室体23-4用螺纹安装，并采用尼龙垫圈23-3密封，吸入室体23-4轴侧的的接口23-4-1与真空管I相连通，先用于抽真空，后用于将空气、呈悬浮状态的水垢及蒸发残余的浓盐水抽出，并保持液面平衡，接口23-4-3与管H相连通，用于不凝气体的排出。海水通过喷嘴23-2形成高速水流并带走吸入室体23-4内空气，使室内形成负压来抽吸筒体内部空气以及海水蒸发后的不凝气体及浓盐水，然后经过混合室23-1-2混合，扩压室23-1-3扩压排出。液-气射流真空泵24原理相同并更简单。
见图5，液体分布器是由预分布板和降膜板组成的筛孔板式分布器，热管顶部贯穿降膜板。待蒸发的料液从海水进料管进入到预分布板的上方，通过预分布板的筛孔流入降膜板上方并形成一定液位。降膜板上钻有直径稍大于热管外径的通孔(中间通过热管)，形成环隙，料液通过环隙在热管外形成均匀的液膜，以实现降膜蒸发。其中，预分布板不仅可以防止海水对热管的直接冲蚀，而且使海水经预分布板上的小孔均匀的淋降到降膜板上，使每根热管外的降膜流量更加均匀、稳定。
Claims (4)
1.一种热管式低温两效海水淡化装置，所述装置包括第一效模块、第二效模块和海水预热段，其特征是：所述第一效模块、第二效模块和海水预热段依次从下往上设置，所述第一效模块包括第一效管板、第一效热管、第一效预分布板和第一效降膜板，所述第二效模块包括第二效管板、第二效热管、第二效预分布板和第二效降膜板，海水预热段包括海水预热段热管和海水预热段管板，海水预热段设有预热室和冷凝室，所述预热室设置有海水入口管和海水出口管，冷凝室设置有不凝气体排出管和淡水出口管；第二效模块设有第二效蒸发室和第二效加热室，第二效蒸发室设置有二效浓盐水出口管和一效浓盐水入口管，第二效加热室设置有不凝气体排出管和淡水出口管；第一效模块设有第一效蒸发室和第一效加热室，第一效蒸发室设置有海水入口管和一效浓盐水出口管，第一效加热室安装有冷却水进口和出口。
2.根据权利要求1所述的热管式低温两效海水淡化装置，其特征在于：第一效模块、第二效模块和海水预热段的内部换热元件分别采用了重力式热管，充分利用了重力式热管的极高导热性能的优点，强化了传热。
3.根据权利要求1所述的热管式低温两效海水淡化装置，其特征在于：设有液-液气射流真空泵和液-气射流真空泵来获取真空，使海水沸点大幅度降低，在较低温度时海水沸腾，产生大量蒸汽，蒸汽经冷凝后收集为蒸馏水。
4.根据权利要求1所述的热管式低温两效海水淡化装置，其特征在于：设有竖直管外降膜蒸发装置，竖直管外降膜蒸发装置设有液体分布器，所述液体分布器包括预分布板和降膜板，其中，预分布板不仅可以防止海水对热管的直接冲蚀，而且使海水经预分布板上的小孔均匀的淋降到降膜板上，使每根热管外的降膜流量更加均匀、稳定。
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