CN103739026A - 一种热水为热源方式的小型海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热水为热源方式的小型海水淡化装置，其特征在于：包括壳体、设置在壳体内的换热器、热水供应系统、物料水供应系统、冷却水系统、浓盐水排放系统、淡水系统、抽真空系统、加药系统以及设备酸洗和清洗系统。本装置与余热生成设备结合可以达到余热利用、节约能源、降低成本的目的；装置体积较小、结构简单、操作方便，使用灵活。

Description

一种热水为热源方式的小型海水淡化装置

技术领域

本发明创造涉及海水淡化装置，尤其是一种热水为热源方式的小型海水淡化装置。

背景技术

某地区小型自备电厂循环冷却水全年水温不一，在45-65℃范围内变化。为保证海水淡化装置有稳定的热源供给，设置烟气余热换热器将循环冷却水加热到70℃。烟气余热换热器充分利用烟气余热，达到业主的余热利用要求。

发明创造内容

本发明创造要解决的问题是提供一种热水为热源方式的小型海水淡化装置，通过换热板片使海水蒸发产生蒸汽，然后通过气液分离器将蒸汽与水滴分离，进而使这部分蒸汽冷凝成水即得到产品水——淡化水。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种热水为热源方式的小型海水淡化装置，其特征在于：包括壳体、设置在壳体内的换热器、热水供应系统、物料水供应系统、冷却水系统、浓盐水排放系统、淡水系统、抽真空系统、加药系统以及设备酸洗和清洗系统。

换热器包括相互连接的蒸发室和冷凝室。

热水供应系统包括余热换热器、连接在余热换热器上的热水管、以及设置在热水管上的热水泵。

物料水供应系统包括相互连接的物料水管、取水泵、压力弹簧阀和孔板。

冷却水系统包括冷却水管路、取水泵、冷凝室和蒸发室，海水由冷却水管路上的取水泵送入冷凝室，冷凝系统内的蒸汽，成为冷却水进入蒸发器。

浓盐水排放系统包括蒸发器、与蒸发器连接的浓盐水管、以及与浓盐水管连接的水力喷射器。

淡水系统包括蒸发室、冷凝室、连接蒸发室和冷凝室的淡水管、设置在淡水管上的淡水泵、以及设置在末端的水箱。

进一步，换热器包括设置在壳体内上部的冷凝室和下部的蒸发室，冷凝室和蒸发室由汽水分离器和隔板分隔。

蒸发室包括蒸发器板片组，以及分别与蒸发器板片组连接的物料水管进水连接通道，热水管进、出水连接通道，浓盐水管连接通道，以及支座。

冷凝室包括冷凝器板片组，以及分别与冷凝器板片组连接的冷却水管进、出水连接通道，淡水管出水连接通道，以及不凝汽管连接通道。

进一步，换热器为悬臂型可拆卸式换热器。

进一步，换热器内设置除雾器，所述除雾器位于蒸发室和冷凝室中间。

更进一步，除雾器为高穿透型不锈钢丝网。

进一步，加药系统为设置在弹簧阀和孔板之后、蒸发器之前的物料水管上的计量箱和加药泵。

进一步，抽真空系统由水力喷射器、冷凝室、以及与水力喷射器和冷凝室连接的不凝气管组成。

进一步，蒸发器板片组和冷凝器板片组均由板片固定螺杆和板片压紧端板固定。

进一步，换热器采用材料为钛的板片式换热器。

进一步，所述壳体为圆形。

本发明创造具有的优点和积极效果是：本装置与余热生成设备结合可以达到余热利用、节约能源、降低成本的目的；装置体积较小、结构简单、操作方便，使用灵活。

附图说明

图1是本发明创造的结构示意图

图2是本发明创造的结构原理示意图

图中：

1、冷凝段     2、气液分离器   3、蒸发段

4、壳体       5、海水泵       6、淡水泵

a、热水出口   b、热水进口

Ⅰ、淡水管    Ⅱ、热水管      Ⅲ、物料水管

Ⅳ、冷却水管  Ⅴ、不凝气管    Ⅵ、浓盐水管

具体实施方式

本发明创造提供一种热水为热源方式的小型海水淡化装置，该装置包括壳体4、换热器、气液分离器2、海水泵5、淡水泵6、水力喷射器和控制系统等。通过水力喷射器抽取真空，厂循环冷却水余热将海水加热，加热后的海水在真空状态下蒸发，通过气液分离器进入换热器被海水冷却后得到淡水。换热器包括设置在壳体内上部的冷凝段1和下部的蒸发段3。控制系统主要由电导率仪、电磁阀，继电器、接触器、空气开关等组成；它通过电导率仪监测淡水的电导率，一旦电导率超标则启动电磁阀将超标的淡水通过旁路排出。

海水应经前期预处理系统，以及杀菌装置去除藻类和微生物，其水质达到GB3097-97中IV类海水的要求。

通过海水泵将配置的盐水送到海淡装置中，抽取真空到90%；然后，将热水送入到海水淡化装置中，通过板片换热产生蒸汽，再冷凝成水；最终，通过凝水泵将产品淡水抽出。海水先被送入冷凝器中预热，并冷凝闪蒸的蒸汽。后被送入蒸发室与热水换热后闪蒸出部分蒸汽，大部分未闪蒸的海水被引入水力喷射器入口作为喷射器的动力水源，对装置抽取真空。闪蒸的蒸汽通过汽水分离后在冷凝室冷凝成淡水被水泵抽出。

该地情况：

热水条件：业主可提供的热水来源为自备电厂循环冷却水，可利用水量为300t/h。冬季温度为45℃，夏季温度为65℃。因为厂循环冷却水全年水温不一，在45-65℃范围内变化。为保证海水淡化装置有稳定的热源供给，设置烟气余热换热器回收烟气余热，并将循环冷却水加热到70℃。

厂循环冷却水利用烟气余热加热，从冬季45℃，夏季60℃加热到70℃，烟气排出温度控制在露点以上（135℃以上），耗用160℃的烟气大约2.5x104Nm³/h。

技术方案说明：

因为厂循环冷却水全年水温不一，在45-65℃范围内变化。为保证海水淡化装置有稳定的热源供给，设置烟气余热换热器将循环冷却水加热到70℃。烟气余热换热器由业主提供，并保证热水出水温度不低于70℃。

低温多效装置的主要工艺系统包括：热水供应系统、物料水供应系统、冷却水系统、浓盐水排放系统、淡水系统、抽真空系统、加药系统、设备酸洗和清洗系统。

一、热水供应系统

(1)系统描述

海水淡化装置热水供应系统热水来源为厂循环冷却水，通过热水泵将循环冷却水池内的热水送入热水管道中，热水经过烟气余热换热器后送入装置蒸发室内。由于厂循环冷却水全年水温不定，温度在45-65℃范围内变化，系统设置烟气换热器将进入装置的热水温度维持在恒定70℃。

进入蒸发室的热水被均布送入每一板式换热片的热水侧，通过和另一侧的海水换热后汇集到出水口管路中，换热后的热水通过管道被送回厂循环冷却水池中。

(2)主要设备

a.热水泵

b.烟气余热换热器

二、物料水供应系统

(1)系统描述

海水供应系统是向海水淡化装置的蒸发室输送物料水。

本项目海水淡化设备物料水由冷却水的部分排放水提供，系统冷却水通过一个压力弹簧（开启压力为2bar）和孔板后加入阻垢剂进行简单的预处理，通过物料水进水管被送入蒸发室内，均布的进入每一板式换热器的海水侧。

(2)主要设备

a.海水取水泵

b.弹簧阀、孔板

三、冷却水系统

(1)系统描述

冷却水来自海水。

系统海水通过海水取水泵送入海水淡化装置的冷凝室，海水一方面冷凝系统内的蒸汽，另一方面被预热和脱气。冷却水排水作为装置的物料水进入蒸发器，多余的海水通过水力喷射器和蒸发后的浓海水混合一同送至浓海水排放管路中。

(2)主要设备

a.冷凝室

被加热工质为海水，加热工质为饱和蒸汽。

四、浓盐水排放系统

(1)系统描述

物料水经过板式换热器后部分蒸发，余下的浓海水进入水力喷射器和冷却水混合后一同排入浓盐水管路中。

由于蒸发室内的浓海水是负压状态，为了将浓海水顺利从蒸发室内排出，设置了水力喷射器。水力喷射器是将一定压力的冷却海水流通对喷嘴喷出，喷出后的水流速度很高，于是周围形成负压，从而将浓海水从蒸发室内抽出。利用水力喷射器不仅要抽吸浓海水，还要抽吸不凝气。因此，设计了两个喷嘴和两个混合式（汽水混合室、液液混合室）。该喷射器具有抽真空性能强、体积小、重量轻、结构紧凑、节约能源等特点。

(2)主要设备

a.水力喷射器

五、淡水系统

(1)系统描述

淡水为海水蒸发的蒸汽经过凝结的淡水。系统物料水经过与热水的换热在蒸发室中蒸发，蒸汽通过汽水分离器后进入冷凝室，通过海水冷凝为淡水。淡水通过淡水泵后经测定合格后送入产品水水箱中，不合格则排放掉。

(2)主要设备

a.淡水泵

淡水泵用于将最终淡水升压送出。输送工质为海水淡化水。

六、抽真空系统

海水淡化装置为降低海水蒸发温度，设备在负压真空状态下工作，维持正常的设备真空状态，是保证设备正常工作的必要条件。

装置中不凝结气体主要有两种渠道进入，海水中溶解有氧气、氮气、二氧化碳等不凝气体在低压状态下溢出；在操作过程中，由于设备处于真空状态，设备连接法兰等处空气向蒸发器中泄漏。这些气体的存在，严重影响系统真空的建立以及换热效果。

为建立和维持系统内部的真空度，必须除去补给海水中的非凝结气体、容器中泄露进入的空气和二氧化碳等，确保系统的正常运行。

该设备内不凝结气体依靠水力喷射器抽出。水力喷射器将一定压力的水流通对喷嘴喷出，喷出后的水流速度很高，于是周围形成负压，使器室内产生真空；

从冷凝室抽出的汽气混合物和冷却海水浓盐水混合排出。

(2)主要设备

a.水力喷射器

七、加药系统

为防止板式换热器换热板表面结垢，设置一套阻垢剂加药系统。系统设置计量箱和加药泵。

设置一台加药泵，加药点设置在弹簧阀和孔板之后，进料海水进入蒸发室之前。

八、设备酸洗和清洗系统

该海水淡化装置为快装式的小型装置，装置主要部件通过螺栓和法兰连接，便于拆卸定期清洗换热板片表面的垢质。

酸洗使用指定浓度的盐酸溶液清洗蒸发室的板片组件，冷凝室的板片用淡水冲洗即可，酸洗完成后用淡水将所有部件冲洗后再重新组装。

主要性能参数见表1：

表1

海水淡化主要设备材料清单见表2：

表2

部件	选材
		壳体	316L
换热板片	钛
		隔板	316L
汽水分离器	316L
		支架	碳钢
管道	316L/PE
		加药箱	PE/FRP

海水淡化主要设备说明：

一、蒸发段

蒸发室的主要组成部分为：蒸发室壳体（壳体与冷凝室为同一壳体）、换热器板片组、汽水分离器、隔板、板片固定螺杆、板片压紧端板、物料水进水连接通道、热水进出水连接通道、浓盐水连接通道支座等。

装置的主要换热部分设计为圆形结构，蒸发室在下，冷凝室在上，内部通过中间隔板和汽水分离器隔开，封头采用圆形封头。壳体为圆形，采用焊接结构，具有良好的密封性能。为了保证蒸发室和冷凝室在负压下安全运行，壳体采用316L不锈钢材料。为了方便装置检修和清洗，蒸发室和冷凝室的外部壳体设置为两部分，两者通过螺栓连接，使用垫圈密封。

二、换热器板片组

换热器采用悬臂型可拆卸式设计，旋紧螺栓推动压紧板压紧板片；板片材料为钛，大β角人字形波纹。板片的波纹形式和组合型式使压紧后的板片组能够承受0.6MPa的水压而不泄露，具有较高刚性、换热系数大等特点。蒸发换热器和冷凝换热器板片，都有四种类型板片，通过四种板片的不同排列顺序组合而成。

三、蒸发室除雾器

除雾器位于蒸发室和冷凝室中间，其作用是去除海水蒸馏产生的蒸汽所携带的盐水液滴，保证淡化水的水质。除雾器选用厚度为50mm的高穿透型不锈钢丝网，大大降低蒸汽压力损失。

四、壳体支座

壳体通过鞍座与底部钢支架相连接，

五、冷凝段

冷凝室的作用是接收来自蒸发室的蒸汽，并将其凝结成水后，排出设备。同时，加热作为冷却水的海水，海水流出冷凝室后，部分作为物料水，进入蒸发室。

冷凝室的主要组成部分为：冷凝室壳体（壳体与蒸发室为同一壳体）、换热器板片组、板片固定螺杆、板片压紧端板、冷却水进出水连接通道、淡水出水连接通道、不凝汽连接通道等。

冷却水由进水口进入凝汽器，和蒸汽进行热交换后，由出水口流出。

冷凝器壳体与蒸发室为同一壳体。

冷凝室换热器板片组与蒸发室换热器板片组相似，都是采用悬臂型可拆卸式设计，旋紧螺栓推动压紧板压紧板片。

以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种热水为热源方式的小型海水淡化装置，其特征在于：包括壳体、设置在壳体内的换热器、热水供应系统、物料水供应系统、冷却水系统、浓盐水排放系统、淡水系统、抽真空系统、加药系统以及设备酸洗和清洗系统；

所述换热器包括相互连接的蒸发室和冷凝室；

所述热水供应系统包括余热换热器、连接在余热换热器上的热水管、以及设置在热水管上的热水泵；

所述物料水供应系统包括相互连接的物料水管、取水泵、压力弹簧阀和孔板；

所述冷却水系统包括冷却水管路、取水泵、冷凝室和蒸发室，海水由冷却水管路上的取水泵送入冷凝室，冷凝系统内的蒸汽，成为冷却水进入蒸发器；

所述浓盐水排放系统包括蒸发器、与蒸发器连接的浓盐水管、以及与浓盐水管连接的水力喷射器；

所述淡水系统包括蒸发室、冷凝室、连接蒸发室和冷凝室的淡水管、设置在淡水管上的淡水泵、以及设置在末端的水箱。

2.根据权利要求1所述的小型海水淡化装置，其特征在于：所述换热器包括设置在壳体内上部的冷凝室和下部的蒸发室，冷凝室和蒸发室由汽水分离器和隔板分隔；

蒸发室包括蒸发器板片组，以及分别与蒸发器板片组连接的物料水管进水连接通道，热水管进、出水连接通道，浓盐水管连接通道，以及支座；

冷凝室包括冷凝器板片组，以及分别与冷凝器板片组连接的冷却水管进、出水连接通道，淡水管出水连接通道，以及不凝汽管连接通道。

3.根据权利要求1所述的小型海水淡化装置，其特征在于：所述换热器为悬臂型可拆卸式换热器。

4.根据权利要求1所述的小型海水淡化装置，其特征在于：所述换热器内设置除雾器，所述除雾器位于蒸发室和冷凝室中间。

5.根据权利要求4所述的小型海水淡化装置，其特征在于：所述除雾器为高穿透型不锈钢丝网。

6.根据权利要求1所述的小型海水淡化装置，其特征在于：所述加药系统为设置在弹簧阀和孔板之后、蒸发器之前的物料水管上的计量箱和加药泵。

7.根据权利要求1所述的小型海水淡化装置，其特征在于：所述抽真空系统由水力喷射器、冷凝室、以及与水力喷射器和冷凝室连接的不凝气管组成。

8.根据权利要求2所述的小型海水淡化装置，其特征在于：蒸发器板片组和冷凝器板片组均由板片固定螺杆和板片压紧端板固定。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的小型海水淡化装置，其特征在于：换热器采用材料为钛的板片式换热器。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的小型海水淡化装置，其特征在于：所述壳体为圆形。

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