CN103771554A - 气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法及装置 - Google Patents

气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法及装置，冷气流经喷嘴喷入冷冻海水淡化室内，水经另外一组喷嘴雾化后喷入冷冻海水淡化室内，两股气流依靠与水平方向成不同角度且在竖直高度方向分组的喷嘴喷入冷冻海水淡化室内，由于雾化气流密度沿高度方向存在密度差，同时喷嘴沿周向均布，因此在冷冻海水淡化室内形成气流的冲击旋转悬浮，当雾化后的小液滴在从下到上的运动过程中，在冷气流的蒸发冷冻作用下冻结成冰晶颗粒且不断生长壮大，当生长到气流作用不能承托时，落入冷冻海水淡化室下部的筛板上，经回收后可以得到预期大小的冰粒。本发明可以利用自然工质，对水体没有污染；装置结构简单，无需在真空下操作，能耗低，可以连续操作。

Description

气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法及装置
技术领域
本发明涉及一种气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法及装置，属于海水淡化技术。
背景技术
全球日益严重的淡水短缺，已经成为威胁人类生存和制约经济发展的严重问题。海水淡化作为水资源的开源增量技术，成为解决这一危机的重要途径。目前，全球已有海水淡化厂1.5万多座，超过120个国家通过海水淡化来获取淡水。国内外海水淡化方法有几十种，但实际采用的主要是蒸馏法（包括闪蒸和低温蒸馏）、反渗透法、冷冻法。蒸馏法和反渗透法均需要消耗大量的由石油、天然气或煤转化成的热能或电能，淡水生产成本和操作技术要求较高。冷冻法分为间接冷冻法（利用低温冷冻剂与海水进行间接热交换使海水冷冻结冰）和直接冷冻法（冷冻剂或冷媒与海水直接接触使海水结冰）。间接冷冻法传热效率低且需要较大的传热面积，因此，在实际工程中较多采用直接冷冻法。根据冷冻剂的不同，直接冷冻法分为冷媒直接接触法和真空蒸发式直接冷冻法。冷媒直接接触法通常以不溶于水且沸点接近于海水冰点的正丁烷作为冷冻剂，将其与海水混合后冷冻获取冰，冰融化后得到淡水。在循环过程中系统必需严格密封且水体不可避免会受到正丁烷的污染。真空蒸发式直接冷冻淡化方法中典型的有真空冷冻蒸汽压缩法、真空冷冻蒸汽吸收法和真空冷冻气相冷凝法。三者主要的不同在于蒸汽移去的方式不同，但均需采用额外的设备来处理蒸发冷冻过程中产生的水蒸汽，且淡化过程中真空的维持增大了初投资和电能的耗费。开发一种可以连续生产且不污染环境的冷冻淡化方法成为当前海水淡化领域关注的焦点。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法及装置，可以快速连续操作且不污染环境。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法，包括如下步骤：
（1）冷气流经冷源降温后，从设置在不同高度的冷气流喷嘴喷入冷冻海水淡化室内作为冷源气流；海水箱内的海水，从设置在不同高度的雾化喷嘴喷入冷冻海水淡化室内作为雾化气流，所述雾化喷嘴向上倾斜；
（2）所述冷冻海水淡化室内，顶部设置有风机、底部设置有筛板，在筛板的下方设置有出水口，所述冷气流喷嘴和雾化喷嘴设置在风机和筛板之间；由于雾化喷嘴的气流方向向上，并在风机的作用下，进入冷冻海水淡化室内的冷源气流和雾化气流受向上牵引的作用形成旋转气流，旋转气流中的部分液滴上升并受冷冻结、不断生长变大形成冰体颗粒，当冰体颗粒生长至气流向上作用力不能承受时，冰体颗粒下落；
（3）预期颗粒大小的冰体颗粒通过筛板选出，其余冰体颗粒和未冻结的液滴落入筛板下方，并通过出水口排出；
（4）经风机的排气口排出的气流作为冷气流回到冷源；
（5）通过调节冷源气流的温度和流量、雾化气流的流量，连续不断地得到预期颗粒大小的冰体颗粒。
优选的，所述冷源气流的温度低于0℃，所述海水箱内的海水温度不超过10℃。
气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化装置，包括冷源、海水箱和冷冻海水淡化室，所述冷冻海水淡化室内，顶部设置有风机、底部设置有筛板，在筛板的下方设置有出水口，在风机和筛板之间设置有冷气流喷嘴和雾化喷嘴；所述冷气流喷嘴的数目在一组以上，每组冷气流喷嘴均匀排布在冷冻海水淡化室同一高度的周侧，不同组冷气流喷嘴的高度不同；所述雾化喷嘴的数目在一组以上，每组雾化喷嘴均匀排布在冷冻海水淡化室同一高度的周侧，不同组雾化喷嘴的高度不同，且雾化喷嘴向上倾斜；所述风机的排气口接入冷源，为冷源提供冷气流，经冷源降温后的冷气流接入冷气流喷嘴，向冷冻海水淡化室内喷入冷源气流；所述海水箱内的海水接入雾化喷嘴，向冷冻海水淡化室内喷入雾化气流。
优选的，所述冷气流喷嘴的数目为三组，分别记为组一冷气流喷嘴、组二冷气流喷嘴和组三冷气流喷嘴；所述雾化喷嘴的数目为两组，分别记为组一雾化喷嘴和组二雾化喷嘴。
优选的，按高度由下至上，冷气流喷嘴和雾化喷嘴的排布顺序为：组一雾化喷嘴、组一冷气流喷嘴、组二雾化喷嘴、组二冷气流喷嘴和组三冷气流喷嘴。
优选的，每组冷气流喷嘴和每组雾化喷嘴的数目均为四个。
优选的，所述筛板的位置高于出水口15cm以上。
优选的，所述冷源和海水箱的输出管路上均设置有流量调节阀。
本发明以两股气流冲击旋转悬浮方法进行冷冻获得冰体，从而实现海水的冷冻淡化，整个过程为：海水通过向上的喷嘴雾化喷入冷冻海水淡化室，冷气流经过冷源降温并分配成不同的流量后从另外一组喷嘴喷入冷冻海水淡化室，冷源气流与雾化气流在冷冻海水淡化室内形成旋转上升状态，在此过程中雾化的水滴受冷冻结并不断长大，当冰体颗粒生长至气流向上作用力不能承托时，冰体颗粒沿竖直方向落到冷冻海水淡化室底部的筛板上，从而得到预期的冰体，冰体融化后得到淡水。系统在运行过程中，冷源气流与雾化气流混合后的剩余气流从顶部排出，经管路输送至冷源降温，再次得到初始状态的冷气流。
有益效果：本发明提供的气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法及装置，利用旋转悬浮作用，使海水得到冷冻淡化，弥补了冷媒直接接触冷冻海水淡化方法存在的不足；冷冻过程不需要在真空环境下进行，无需解决抽真空带来的问题，减少了设备的初投资，降低了操作的技术要求；可以利用自然工质，对水体没有污染；装置结构简单，无需在真空下操作，能耗低，可以连续操作，可成为淡水短缺地区一种理想的淡水获取途径。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A-A向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化装置，包括冷源11、海水箱12和冷冻海水淡化室7，所述冷冻海水淡化室7内，顶部设置有风机6、底部设置有筛板8，在筛板8的下方设置有出水口10，所述筛板8的位置高于出水口10至少15cm，在风机6和筛板8之间设置有冷气流喷嘴和雾化喷嘴；所述冷气流喷嘴的数目在一组以上，每组冷气流喷嘴均匀排布在冷冻海水淡化室7同一高度的周侧，不同组冷气流喷嘴的高度不同；所述雾化喷嘴的数目在一组以上，每组雾化喷嘴均匀排布在冷冻海水淡化室7同一高度的周侧，不同组雾化喷嘴的高度不同，且雾化喷嘴向上倾斜；所述风机6的排气口9接入冷源11，为冷源11提供冷气流，经冷源11降温后的冷气流接入冷气流喷嘴，向冷冻海水淡化室7内喷入冷源气流；所述海水箱12内的海水接入雾化喷嘴，向冷冻海水淡化室7内喷入雾化气流；所述冷源11和海水箱12的输出管路上均设置有流量调节阀。
所述冷气流喷嘴的数目为三组，分别记为组一冷气流喷嘴1、组二冷气流喷嘴2和组三冷气流喷嘴3；所述雾化喷嘴的数目为两组，分别记为组一雾化喷嘴4和组二雾化喷嘴5；按高度由下至上，冷气流喷嘴和雾化喷嘴的排布顺序为：组一雾化喷嘴4、组一冷气流喷嘴1、组二雾化喷嘴5、组二冷气流喷嘴2和组三冷气流喷嘴3；如图2所示，每组冷气流喷嘴和每组雾化喷嘴的数目均为四个。
上述装置的工作过程包括如下步骤：
（1）冷气流经冷源11降温后，从设置在不同高度的冷气流喷嘴喷入冷冻海水淡化室7内作为冷源气流；海水箱12内的海水，从设置在不同高度的雾化喷嘴喷入冷冻海水淡化室7内作为雾化气流，所述雾化喷嘴向上倾斜；所述海水箱12内的海水温度不超过10℃，所述冷源气流的温度低于0℃；
（2）由于雾化喷嘴的气流方向向上，并在风机6的作用下，进入冷冻海水淡化室7内的冷源气流和雾化气流受向上牵引的作用形成旋转气流，旋转气流中的部分液滴沿竖直方向上升并受冷冻结、不断生长变大形成冰体颗粒，当冰体颗粒生长至气流向上作用力不能承受时，冰体颗粒沿竖直方向下落；
（3）预期颗粒大小的冰体颗粒通过筛板8选出，其余冰体颗粒和未冻结的液滴落入筛板8下方，并通过出水口10排出；
（4）经风机6的排气口9排出的气流作为冷气流回到冷源11；
（5）通过调节冷源气流的温度和流量、雾化气流的流量，连续不断地得到预期颗粒大小的冰体颗粒。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）冷气流经冷源（11）降温后，从设置在不同高度的冷气流喷嘴喷入冷冻海水淡化室（7）内作为冷源气流；海水箱（12）内的海水，从设置在不同高度的雾化喷嘴喷入冷冻海水淡化室（7）内作为雾化气流，所述雾化喷嘴向上倾斜；
（2）所述冷冻海水淡化室（7）内，顶部设置有风机（6）、底部设置有筛板（8），在筛板（8）的下方设置有出水口（10），所述冷气流喷嘴和雾化喷嘴设置在风机（6）和筛板（8）之间；由于雾化喷嘴的气流方向向上，并在风机（6）的作用下，进入冷冻海水淡化室（7）内的冷源气流和雾化气流受向上牵引的作用形成旋转气流，旋转气流中的部分液滴上升并受冷冻结、不断生长变大形成冰体颗粒，当冰体颗粒生长至气流向上作用力不能承受时，冰体颗粒下落；
（3）预期颗粒大小的冰体颗粒通过筛板（8）选出，其余冰体颗粒和未冻结的液滴落入筛板（8）下方，并通过出水口（10）排出；
（4）经风机（6）的排气口（9）排出的气流作为冷气流回到冷源（11）；
（5）通过调节冷源气流的温度和流量、雾化气流的流量，连续不断地得到预期颗粒大小的冰体颗粒。
2.根据权利要求1所述的气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化方法，其特征在于：所述冷源气流的温度低于0℃，所述海水箱（12）内的海水温度不超过10℃。
3.气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化装置，其特征在于：包括冷源（11）、海水箱（12）和冷冻海水淡化室（7），所述冷冻海水淡化室（7）内，顶部设置有风机（6）、底部设置有筛板（8），在筛板（8）的下方设置有出水口（10），在风机（6）和筛板（8）之间设置有冷气流喷嘴和雾化喷嘴；所述冷气流喷嘴的数目在一组以上，每组冷气流喷嘴均匀排布在冷冻海水淡化室（7）同一高度的周侧，不同组冷气流喷嘴的高度不同；所述雾化喷嘴的数目在一组以上，每组雾化喷嘴均匀排布在冷冻海水淡化室（7）同一高度的周侧，不同组雾化喷嘴的高度不同，且雾化喷嘴向上倾斜；所述风机（6）的排气口（9）接入冷源（11），为冷源（11）提供冷气流，经冷源（11）降温后的冷气流接入冷气流喷嘴，向冷冻海水淡化室（7）内喷入冷源气流；所述海水箱（12）内的海水接入雾化喷嘴，向冷冻海水淡化室（7）内喷入雾化气流。
4.根据权利要求3所述的气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化装置，其特征在于：所述冷气流喷嘴的数目为三组，分别记为组一冷气流喷嘴（1）、组二冷气流喷嘴（2）和组三冷气流喷嘴（3）；所述雾化喷嘴的数目为两组，分别记为组一雾化喷嘴（4）和组二雾化喷嘴（5）。
5.根据权利要求4所述的气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化装置，其特征在于：按高度由下至上，冷气流喷嘴和雾化喷嘴的排布顺序为：组一雾化喷嘴（4）、组一冷气流喷嘴（1）、组二雾化喷嘴（5）、组二冷气流喷嘴（2）和组三冷气流喷嘴（3）。
6.根据权利要求4所述的气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化装置，其特征在于：每组冷气流喷嘴和每组雾化喷嘴的数目均为四个。
7.根据权利要求3所述的气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化装置，其特征在于：所述筛板（8）的位置高于出水口（10）15cm以上。
8.根据权利要求3所述的气流冲击旋转悬浮冷冻海水淡化装置，其特征在于：所述冷源（11）和海水箱（12）的输出管路上均设置有流量调节阀。
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