CN103951005B - 零排放多技术耦合海水淡化装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零排放多技术耦合海水淡化装置及其方法，它包括真空喷雾闪蒸室、多效蒸发装置、高压泵、压缩机、输送泵、淡水冷却器、原海水管道、辅助电加热器、冷凝器、淡水输出管道。真空喷雾闪蒸室的喷嘴与多效蒸发装置首效装置的浓海水出口连接，多效蒸发装置末效装置的二次蒸汽出口和真空喷雾闪蒸室的闪蒸蒸汽出口均与压缩机的进口连接，压缩机的出口与多效蒸发装置首效装置的加热蒸汽进口连接。本发明很好地耦合了多效蒸发、喷雾闪蒸和压汽蒸馏三种海水淡化技术，真正实现了废水零排放的技术，有利于制盐和提取其他化学元素，同时具备能量利用率高、热效率高、单机容量大的特点，适合低成本大规模生产，可被广泛应用于海水淡化领域中。

Description

零排放多技术耦合海水淡化装置及其方法

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，特别是涉及一种零排放多技术耦合海水淡化装置及其方法。

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。要使海水淡化经济可行，必须具有一定的生产规模，目前适于产业化的海水淡化方法主要有蒸馏法和反渗透法，而蒸馏法更适合于大型装置。目前得到广泛应用的蒸馏法主要有多效蒸发、多级闪蒸、压汽蒸馏三种海水淡化技术。由于蒸馏法脱盐是一个相变过程，淡水纯度高，能满足各种用途的水质要求，不过能耗相对较高。但随着应用多种海水淡化方法相互耦合及集成技术的发展，特别是具有独特优势的压汽蒸馏法与其他海水淡化方法的耦合技术，使得蒸馏法脱盐的成本正在逐渐降低，在未来的市场中充满竞争力，因此多方法耦合海水淡化技术近年来受到较大的关注，具有很好的发展前景。

因蒸馏法用于大规模生产，排放的浓海水数量很大，较长时间之后就将引起局部海区海水温度和浓度的明显变化，影响海洋生物的生长，严重破坏海洋生态环境。要从根本上彻底解决浓海水排放造成的污染问题，应着眼于如何实现废水零排放的技术开发。蒸馏法中多效蒸发技术具有较高的浓缩比，排放的废水经过二次浓缩后最容易实现零排放技术。但目前多效蒸发海水淡化的工艺流程采用的是热效率较高的顺流方式，该方式中如果低温浓海水黏度较大的话将影响后面几效的传热系数，因此多效蒸发技术浓缩比的进一步提高受到很大的限制。另外，顺流方式中排放的低温浓海水进行二次压缩比较复杂，热法是从外界引入热空气流进行喷雾蒸发从而实现二次浓缩，但蒸发后形成的湿热空气不仅体积太大，而且传热系数较低，冷凝效果较差，另外湿热空气冷凝后必须通过气水分离器才能最终得到淡水，因此整个工艺过程较为繁琐。而在化工生产中常采用的逆流方式，在很大程度上克服顺流方式的缺点，可以得到更高的浓缩比，与此同时排放的高温浓海水更容易实现二次浓缩。但是逆流方式中料液往前面一效送入时，要经过一段预热过程才能达到沸腾，因此蒸发效果较差，由于现阶段海水淡化工程主要是为了获取淡水，所以逆流方式在海水淡化中没有得到相关的应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可实现能量最优化利用和废水零排放的零排放多技术耦合海水淡化装置。

本发明的另一个目的在于提供一种零排放多技术耦合海水淡化方法，它将多效蒸发、喷雾闪蒸和压汽蒸馏技术耦合起来，实现能量最优化利用和废水零排放技术。

本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：

本发明是一种零排放多技术耦合海水淡化装置，它包括真空喷雾闪蒸室、改进型多效蒸发装置、高压泵、压缩机、输送泵、淡水冷却器、原海水管道、辅助电加热器、冷凝器、淡水输出管道。所述的真空喷雾闪蒸室的喷嘴与多效蒸发装置首效装置的浓海水出口连接，所述的多效蒸发装置末效装置的二次蒸汽出口和真空喷雾闪蒸室的闪蒸蒸汽出口均与压缩机的进口连接，所述的压缩机的出口与多效蒸发装置首效装置的加热蒸汽进口连接。

所述的真空喷雾闪蒸室的内腔安装有喷嘴，喷嘴的进口通过高浓热海水管道与多效蒸发装置首效装置的浓海水出口连接，并在高浓热海水管道上设有高压泵；真空喷雾闪蒸室顶部设有闪蒸蒸汽出口并通过管道与压缩机的进口连接，底部设有排盐口，侧壁设有抽真空口；

所述的多效蒸发装置除末效外的其余各效装置的二次蒸汽出口均与下一效装置的加热蒸汽进口连接；多效蒸发装置除末效外的其余各效装置的喷淋口均通过本效进料海水管道与下一效装置的浓海水出口连接，在本效进料海水管道上设有输送泵和淡水冷却器，并且进料海水管道曲折或盘旋地穿过淡水冷却器；多效蒸发装置除末效外的其余各效装置的加热蒸汽冷凝水管道均与本效装置对应的淡水冷却器的壳程连通；多效蒸发装置除末效外的其余各效装置对应的淡水冷却器的淡水出口均与下一效装置对应的淡水冷却器的淡水入口连接；多效蒸发装置末效装置的喷淋口与原海水管道连接，并在原海水管道上设有辅助电加热器和冷凝器；多效蒸发装置末效装置的二次蒸汽出口分成两路：一路管道与压缩机的进口连接，另一路管道与冷凝器的进口连接；多效蒸发装置末效装置的加热蒸汽冷凝水管道与倒数第二个蒸发装置对应的淡水冷却器的淡水出口以及冷凝器的出口均与淡水输出管道连接。

利用上述零排放多技术耦合海水淡化装置的海水淡化方法，其特征在于包括以下过程：

1) 启动辅助电加热器，原海水管道的海水经辅助电加热器被加热后进入多效蒸发装置末效装置内进行喷淋，末效装置内维持较高的真空度，海水发生闪蒸产生一定量的蒸汽，剩余海水由输送泵输送至前面一效装置；

2）启动压缩机，抽取多效蒸发装置末效装置产生的蒸汽并进行压缩，压缩后的高温高压蒸汽进入多效蒸发装置首效装置的加热管道，作为多效蒸发装置的热源；

3）多效蒸发装置各效装置的剩余海水均由输送泵先输送至淡水冷却器，被加热后再进入上一效装置内进行喷淋蒸发，各效装置产生的二次蒸汽均作为下一效装置的加热蒸汽直至末效装置获得加热蒸汽后，解除辅助电加热器；

4）多效蒸发装置各效装置加热蒸汽冷凝后的淡水首先进入本效装置对应的淡水冷却器进行放热，然后各股淡水依靠压差作用逐级自流途经后面的所有淡水冷却器连续放热，最后与末效装置冷凝后的淡水汇合从淡水输出管道排出；

5）多效蒸发装置首效装置排出的高浓热海水由高压泵输送至真空喷雾闪蒸室内，作为真空喷雾闪蒸室的进料海水；

6）高浓热海水在真空喷雾闪蒸室内被雾化成细小液滴群，液滴中的水分子迅速汽化，产生闪蒸蒸汽同时析出含盐及其他化学元素的结晶物。闪蒸蒸汽前往压缩机被压缩成高压高温蒸汽，作为多效蒸发装置的热源，而含盐及其他化学元素的结晶物从排盐口卸出。

采用上述方案后，本发明具有以下几大特点：

一、实现废水零排放技术。多效蒸发装置的工艺流程采用逆流方式，海水一边升温一边蒸发有利于降低粘度对传热系数的影响，使得多效蒸发装置排放的热废水达到很高的浓缩比。该排放热废水进入真空喷雾闪蒸室内被雾化成具有很大过热度的细小液滴群，液滴中的水分子完全汽化形成闪蒸蒸汽，同时析出含盐及其他化学元素的结晶物作为宝贵的副产品输出，从而实现了废水零排放的技术。

二、三种海水淡化技术很好地耦合。本发明利用压汽蒸馏技术回收了多效蒸发装置末效装置高热焓的部分二次蒸汽，并作为多效蒸发装置的热源；利用喷雾闪蒸技术回收了多效蒸发装置首效装置排放的热废水，而热废水本身有利于转化为高热焓的闪蒸蒸汽，该闪蒸蒸汽再利用压汽蒸馏技术进行回收重新作为多效蒸发装置的热源。综上可知，三种海水淡化技术相辅相成，不仅体现了各自的技术优势，而且完善了其他技术的技术特点。

三、改进了逆流工艺流程的缺点。本发明多效蒸发装置各效装置加热蒸汽冷凝后的淡水均采用逐级放热的方式对从本效至后面几效的进料海水进行充分预热，克服了逆流工艺送料加热不足的缺点；另外本发明的废水零排放技术使得相同产水量下原海水用量大为减小，多效蒸发装置各效装置对应的输送泵耗功也大为减小。综上分析可知，本发明在很大程度上改进了逆流方式的缺点，使得多效蒸发技术采用逆流工艺流程在海水淡化工程中得以应用。

四、能量利用率高、热效率高。本发明多效蒸发装置的部分二次蒸汽和真空喷雾闪蒸室的闪蒸蒸汽都通过压汽蒸馏技术得到了循环重复利用，能量利用率很高；本发明实现了废水零排放技术，不存在废水带走的热量损失，同时最终输出产品水的温度接近环境温度，淡水带走的热量损失很小，因此整个系统的热效率很高。

五、单机容量大。本发明因为实现了废水零排放的技术，使得单位淡水产量的原海水用量达到最小，整个系统涉及的所有设备规格和管道尺寸均大为减小，不仅节省了投资费用，而且在现有制造技术水平上提高了海水淡化装置的单机容量。

综上所示，本发明的优点是：整个系统很好地耦合了多效蒸发、喷雾闪蒸和压汽蒸馏三种海水淡化技术，真正实现了废水零排放的技术，有利于制盐和提取其他化学元素，并且具备能量利用率高、热效率高、单机容量大的特点，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是本说明的结构示意图。

具体实施方式

一、装置

如图1所示，本发明是一种零排放多技术耦合海水淡化装置，它包括真空喷雾闪蒸室1、多效蒸发装置2、高压泵3、压缩机4、输送泵5、淡水冷却器6、原海水管道7、辅助电加热器8、冷凝器9、淡水输出管道10。

在本实施例中，所述的多效蒸发装置2由首效装置201、二效装置202、三效装置203、末效装置204组成。

所述的真空喷雾闪蒸室1的喷嘴11与多效蒸发装置2首效装置201的浓海水出口21连接，所述的多效蒸发装置2末效装置204的二次蒸汽出口23、真空喷雾闪蒸室1的闪蒸蒸汽出口13均与压缩机4的进口41连接，所述的压缩机4的出口42与多效蒸发装置2首效装置201的加热蒸汽进口22连接。

所述的真空喷雾闪蒸室1的内腔安装有喷嘴11，喷嘴11的进口通过高浓热海水管道12与多效蒸发装置2首效装置201的浓海水出口21连接，并在高浓热海水管道12上设有高压泵3；真空喷雾闪蒸室1顶部设有闪蒸蒸汽出口13并通过管道与压缩机4的进口41连接，底部设有排盐口14，侧壁设有抽真空口15。

所述的多效蒸发装置2除末效装置204外的其余各效装置的二次蒸汽出口23均与下一效装置的加热蒸汽进口22连接，多效蒸发装置2除末效装置204外的其余各效装置的喷淋口24均通过本效进料海水管道25与下一效装置的浓海水出口21连接，在本效进料海水管道25上设有输送泵5和淡水冷却器6，并且进料海水管道25曲折或盘旋地穿过淡水冷却器6；多效蒸发装置2除末效外的其余各效装置的加热蒸汽冷凝水管道26均与本效装置对应的淡水冷却器6的壳程连通；多效蒸发装置2除末效外的其余各效装置对应的淡水冷却器6的淡水出口61均与下一效装置对应的淡水冷却器6的淡水入口62连接。多效蒸发装置2末效装置204的喷淋口24与原海水管道7连接，并在原海水管道7上设有辅助电加热器8和冷凝器9；多效蒸发装置2末效装置204的二次蒸汽出口23分成两路：一路管道与压缩机4的进口41连接，另一路管道与冷凝器9的进口91连接；多效蒸发装置2末效装置204的加热蒸汽冷凝水管道26与倒数第二个蒸发装置对应的淡水冷却器6的淡水出口61以及冷凝器9的出口92均与淡水输出管道10连接。

二、方法

如图1所示，本发明是一种零排放多技术耦合海水淡化方法，它包括以下步骤：

1) 启动辅助电加热器8，原海水管道7的海水经辅助电加热器8被加热后进入多效蒸发装置2末效装置204内进行喷淋，末效装置204内维持较高的真空度，海水发生闪蒸产生一定量的蒸汽，剩余海水由输送泵5输送至前面一效装置；

2）启动压缩机4，抽取多效蒸发装置2末效装置204产生的蒸汽并进行压缩，压缩后的高温高压蒸汽进入多效蒸发装置2首效装置201的加热管道，作为多效蒸发装置的热源；

3）多效蒸发装置2各效装置的剩余海水均由输送泵5先输送至淡水冷却器6，被加热后再进入上一效装置内进行喷淋蒸发，各效装置产生的二次蒸汽均作为下一效装置的加热蒸汽直至末效装置204获得加热蒸汽后，解除辅助电加热器8；

4）多效蒸发装置2各效装置加热蒸汽冷凝后的淡水首先进入本效装置对应的淡水冷却器6进行放热，然后各股淡水依靠压差作用逐级自流途经后面的所有淡水冷却器6连续放热，最后与末效装置204冷凝后的淡水汇合从淡水输出管道10排出；

5）多效蒸发装置2首效装置201排出的高浓热海水由高压泵3输送至真空喷雾闪蒸室1内，作为真空喷雾闪蒸室1的进料海水；

6）高浓热海水在真空喷雾闪蒸室1内被雾化成细小液滴群，液滴中的水分子迅速汽化，产生闪蒸蒸汽同时析出含盐及其他化学元素的结晶物。闪蒸蒸汽前往压缩机4被压缩成高压高温蒸汽，作为多效蒸发装置2的热源，而含盐及其他化学元素的结晶物从排盐口14卸出。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，各管路的布置可有多种方式，多效蒸发装置所包含的蒸发装置数可据需要而定，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 (4)

1.一种零排放多技术耦合海水淡化装置，其特征在于：它包括真空喷雾闪蒸室、多效蒸发装置、高压泵、压缩机、输送泵、淡水冷却器、原海水管道、辅助电加热器、冷凝器、淡水输出管道；所述的真空喷雾闪蒸室的喷嘴与多效蒸发装置首效装置的浓海水出口连接；所述的多效蒸发装置末效装置的二次蒸汽出口和真空喷雾闪蒸室的闪蒸蒸汽出口均与压缩机的进口连接；多效蒸发装置除末效外的其余各效装置的二次蒸汽出口均与下一效装置的加热蒸汽进口连接；多效蒸发装置除末效外的其余各效装置的喷淋口均通过本效进料海水管道与下一效装置的浓海水出口连接，在本效进料海水管道上设有输送泵和淡水冷却器，并且进料海水管道曲折或盘旋地穿过淡水冷却器；多效蒸发装置除末效外的其余各效装置的加热蒸汽冷凝水管道均与本效装置对应的淡水冷却器的壳程连通；多效蒸发装置除末效外的其余各效装置对应的淡水冷却器的淡水出口均与下一效装置对应的淡水冷却器的淡水入口连接；所述的压缩机的出口与多效蒸发装置首效装置的加热蒸汽进口连接；所述的真空喷雾闪蒸室的内腔安装有喷嘴，喷嘴的进口通过高浓热海水管道与多效蒸发装置首效装置的浓海水出口连接，并在高浓热海水管道上设有高压泵；真空喷雾闪蒸室顶部设有闪蒸蒸汽出口并通过管道与压缩机的进口连接，底部设有排盐口，侧壁设有抽真空口；所述的多效蒸发装置末效装置的喷淋口与原海水管道连接，并在原海水管道上设有辅助电加热器和冷凝器；多效蒸发装置末效装置的二次蒸汽出口分成两路：一路管道与压缩机的进口连接，另一路管道与冷凝器的进口连接；多效蒸发装置末效装置的加热蒸汽冷凝水管道与倒数第二个蒸发装置对应的淡水冷却器的淡水出口以及冷凝器的出口均与淡水输出管道连接。

2.根据权利要求1所述的零排放多技术耦合海水淡化装置，其特征在于：所述的多效蒸发装置的最高盐水温度为100℃。

3.根据权利要求1所述的零排放多技术耦合海水淡化装置，其特征在于所述的多效蒸发装置其盐水温度高于70℃的各效装置的结构材料选用钛金属材料。

4.一种零排放多技术耦合海水淡化方法，其特征在于：它包括以下过程：

1) 启动辅助电加热器，原海水管道的海水经辅助电加热器被加热后进入多效蒸发装置末效装置内进行喷淋，末效装置内维持较高的真空度，海水发生闪蒸产生一定量的蒸汽，剩余海水由输送泵输送至前面一效装置；

2）启动压缩机，抽取多效蒸发装置末效装置产生的蒸汽并进行压缩，压缩后的高温高压蒸汽进入多效蒸发装置首效装置的加热管道，作为多效蒸发装置的热源；

3）多效蒸发装置各效装置的剩余海水均由输送泵先输送至淡水冷却器，被加热后再进入上一效装置内进行喷淋蒸发，各效装置产生的二次蒸汽均作为下一效装置的加热蒸汽直至末效装置获得加热蒸汽后，解除辅助电加热器；

4）多效蒸发装置各效装置加热蒸汽冷凝后的淡水首先进入本效装置对应的淡水冷却器进行放热，然后各股淡水依靠压差作用逐级自流途经后面的所有淡水冷却器连续放热，最后与末效装置冷凝后的淡水汇合从淡水输出管道排出；

5）多效蒸发装置首效装置排出的高浓热海水由高压泵输送至真空喷雾闪蒸室内，作为真空喷雾闪蒸室的进料海水；

6）高浓热海水在真空喷雾闪蒸室内被雾化成细小液滴群，液滴中的水分子迅速汽化，产生闪蒸蒸汽同时析出含盐及其他化学元素的结晶物；闪蒸蒸汽前往压缩机被压缩成高压高温蒸汽，作为多效蒸发装置的热源，而含盐及其他化学元素的结晶物从排盐口卸出。