CN104709953B - 热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其包括水泵、热源、阀门、加湿除湿箱、海水主喷淋头、副喷淋头、热质交换介质、托盘、水位限流管、冷凝器、风机、浓海水收集槽、淡水收集槽。海水经热源或上一级冷凝器加热后进入加湿单元中，直接喷淋到热质交换介质表面，与从下往上流动的空气发生热质交换，所形成的饱和湿空气在风机作用下经顶部通风孔输送到除湿单元内，在冷凝器表面冷凝生成淡水，并释放汽化潜热加热冷凝器中的海水，加热后的海水进入下一级进行再次喷淋加湿。本发明通过多级回热实现热能的多次梯级利用，降低每级的冷却水入口温度与喷淋温度的温差，提高了热能利用率。

Description

热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种海水淡化装置，尤其是涉及一种热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，属于海水淡化和水处理技术领域。

背景技术

目前，在许多地方，淡水已经成为一种稀缺资源并且在未来会加剧缺乏。世界上有大约80个国家面临严重的淡水缺乏问题，解决淡水资源不足的一个重要途径就是进行海水淡化。

海水淡化是利用海水脱盐原理获得淡水的技术，传统的海水淡化方法有反渗透膜法、蒸馏法等。反渗透膜法一次性投资大，消耗常规电能大，不利于能源节约和环境保护；蒸馏法也需消耗大量能源，设备大，占地广。

基于加湿除湿原理的海水淡化系统被认为是最可行的方案。和其他海水淡化系统相比，这是一项创新性的技术，其设计简单灵活，具有低维护性、低资金投入等特点，寿命可以长达二十多年，故这项技术的传播和应用极具前途。

当由单效发展到多效时，加湿除湿式海水淡化系统可以回收气化潜热，提高能源的利用率。当系统由单级发展到多级时，由于降低了每级的冷却水入口温度与喷淋温度的温差，提高了换热效率，加湿除湿式海水淡化系统的海水淡化能力更加优异。

申请号201010509740.X公开了一种喷雾蒸发空气加湿除湿式太阳能海水淡化装置，利用空气进行冷凝，但冷却效果差；海水没有预热，与热空气温差大，换热效率低；需另外布置冷凝换热器，装置结构复杂。

申请号201310411226.6公开了一种串列式多级等温加热多效回热加湿除湿太阳能海水淡化机，系统通过回收气化潜热和浓盐水余热提高了热能利用率，但每级喷淋温度都处于相同的高温，冷却水入口温度与喷淋温度的温差仍较高，换热效率低，且管路复杂，安装调试困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，通过多级回热降低了每级的冷却水入口温度与喷淋温度的温差，提高了换热效率，且多级回热结构可实现热能的多次梯级利用，并能充分回收气化潜热和浓盐水残余热量，提高热能利用率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：水泵、热源、阀门、多级加湿除湿箱，其中加湿除湿箱由隔热挡板分隔为加湿单元和除湿单元，加湿单元内部包括海水主喷淋头、副喷淋头、热质交换介质、托盘、浓海水收集槽和水位限流管，除湿单元内部包括冷凝器和淡水收集槽，隔热挡板顶部和底部设有通风孔，底部通风孔设有风机；该热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置由N(N＝1，2，3…)个加湿除湿箱组成；

第1级加湿单元中浓海水收集槽内的海水经热源加热后，由第1级主喷淋头再次喷淋到第1级加湿单元中；第i(i＝2，3～N)级加湿单元中浓海水收集槽内的海水经第i-1级除湿单元加热后，由第i级主喷淋头再次喷淋到第i级加湿单元中；

浓海水进入第i-1级加湿单元中，直接喷淋到热质交换介质表面，与从下往上流动的空气发生热质交换，所形成的饱和湿空气在风机作用下经顶部通风孔输送到第i-1级除湿单元内，在冷凝器表面冷凝生成淡水，并释放汽化潜热加热冷凝器中的海水，加热后的海水进入第i级加湿单元进行再次喷淋加湿；

进料海水进入第N级除湿单元的冷凝器，与除湿单元内的热湿空气换热后一部分输送至每一级加湿单元，补充每级加湿单元的循环水量，另一部分直接排出；

所述加湿单元底部设置有浓海水收集槽，所述除湿单元底部设置有淡水收集槽。

所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其热质交换介质可以为多孔塑料小球，且小球的表面有亲水膜并分布有小孔。

所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其热质交换介质可以为多孔陶瓷小球，且小球的表面有亲水膜并分布有小孔。

所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其热质交换介质可以为木条。

所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其托盘采用筛型不锈钢盘或多孔塑料盘。

所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其所利用的热源是钢厂余热、电厂余热、太阳能或电加热棒。

所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，还进一步包括在隔热挡板的上通风孔设置有捕水膜，避免湿空气中携带的水珠飞溅到除湿单元。

本发明的有益效果：

本发明将传统加湿除湿型海水淡化系统进行了改进，将各级加湿单元中浓海水收集槽内的海水经热源或上一级冷凝器加热后再次喷淋到该加湿单元中，实现了多级回热，充分利用了各级湿空气的凝结潜热和浓盐水余热；

本发明通过多级回热实现了热能的多次梯级利用，并降低每级的冷却水入口温度与喷淋温度之间的温差，提高了热能利用率；

本发明通过调节各级海水流量，可以调节各级所产淡水量；

本发明的装置级数可以按照所需淡水产量进行调整，只需调整中间几级就可以，第一级和最后一级不需要改动；

本发明的系统在常压下就可以运行，即使运行温度较低(<50℃)也能产水，而且产水稳定可靠。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明三级太阳能加热海水淡化装置的原理图。

图3为本发明二级钢厂余热加热海水淡化装置的原理图。

其中，1-热源；2-水泵；3a、3b、3c、3d、3e-主喷淋头；4a、4b、4c、4d、4e-加湿单元；5-热质交换介质；6a、6b、6c、6d、6e-副喷淋头；7-托盘；8-风机；9-浓海水收集槽；10-淡水收集槽；11-湿空气；12a、12b、12c、12d、12e-除湿单元；13a、13b、13c、13d、13e-冷凝器；14-阀门；15-隔热挡板；16-水位限流管；17-通风孔；18-捕水膜。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。以下仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

图2为一种三级太阳能加热海水淡化装置的实施例图。

如图2所示，本实施例包括：太阳能集热器1、水泵2、第一级主喷淋头3a、第二级主喷淋头3b、第三级主喷淋头3c、第一级加湿单元4a、第二级加湿单元4b、第三级加湿单元4c、多孔塑料小球5、第一级副喷淋头6a、第二级副喷淋头6b、第三级副喷淋头6c、筛型不锈钢盘7、风机8、浓海水收集槽9、淡水收集槽10、湿空气11、第一级除湿单元12a、第二级除湿单元12b、第三级除湿单元12c、第一级冷凝器13a、第二级冷凝器13b、第三级冷凝器13c、阀门14、隔热挡板15、水位限流管16、通风孔17。

所述的热源在本实施例中是太阳能。

所述的热质交换介质在本实施例中是多孔塑料小球。

所述的托盘在本实施例中是筛型不锈钢盘。

三个加湿除湿箱均为矩形腔体，且连为整体。

第一级加湿单元4a内腔顶部安装第一级主喷淋头3a和第一级副喷淋头6a，第一级副喷淋头6a位于第一级主喷淋头3a下方，内腔中下部焊接有筛型不锈钢盘7，不锈钢盘7上盛置有多孔塑料小球5，第一级除湿单元12a内腔设置有冷凝器13a，第一级加湿单元4a底部设置浓海水收集槽9，第一级除湿单元12a底部设置淡水收集槽10。

第二级加湿单元4b内腔顶部安装第二级主喷淋头3b和第二级副喷淋头6b，第二级副喷淋头6b位于第二级主喷淋头3b下方，内腔中下部焊接有筛型不锈钢盘7，筛型不锈钢盘7上也盛置有多孔塑料小球5，第二级除湿单元12b内腔设置有冷凝器13b，第二级加湿单元4b底部设置浓海水收集槽9，第二级除湿单元15b底部设置淡水收集槽10。

第三级加湿单元4c内腔顶部安装第三级主喷淋头3c和第三级副喷淋头6c，第三级副喷淋头6c位于第三级主喷淋头3c下方，内腔中下部焊接有筛型不锈钢盘7，不锈钢盘上也盛置有多孔塑料小球5，第三级除湿单元12c内腔设置有冷凝器13c，第三级加湿单元4c底部设置浓海水收集槽9，第三级除湿单元12c底部设置淡水收集槽10。

每级加湿除湿箱中隔热挡板15的底部与顶部均有通风孔17，且在底部通风孔上设置有风机8。每级浓海水收集槽内均设有水位限流管16，保证浓海水收集槽内存留一定体积的浓海水。

外部进料海水管路串联水泵2后与第三级除湿单元12c内冷凝器13c的进水口相连接，冷凝器13c的出水口分成两路，一路串联阀门14连接排出装置，另一路依次串联阀门14后与每一级加湿单元4内的副喷淋头6相连接；第一级浓海水收集槽的海水管路与太阳能集热器1的进水口相连接，太阳能集热器1的出水口串联水泵2与第一级主喷淋头3a相连接，第二级浓海水收集槽的海水管路与第一级除湿单元12a内冷凝器13a的进水口相连接，冷凝器13a的出水口串联水泵2与第二级主喷淋头3b相连接，第二级浓海水收集槽的海水管路与第二级除湿单元12b内冷凝器13b的进水口相连接，冷凝器13b的出水口串联水泵2与第三级主喷淋头3c相连接。

本实施例通过以下方式进行工作：

海水通过进料海水管路由水泵2抽入第三级除湿单元12c内的冷凝器13c中，经冷凝器13c预热后多余海水经阀门排出，剩余海水依次进入各级副喷淋头6喷淋，补充循环水量；

在第一级加湿单元4a内，海水经过第一级主喷淋头3a、第一级副喷淋头6a喷淋到多层塑料小球5上，小球特殊的结构可以形成面积很大的海水膜，空气在风机8驱动下从下往上流动并与海水膜热湿交换形成热湿空气11，未被蒸发的浓海水经筛型不锈钢盘7上的小孔流到第一级加湿单元4a底部浓海水收集槽9，然后进入太阳能集热器1受热升温后经第一级主喷淋头3a再次喷入第一级加湿单元4a内与海水膜进行热湿交换，生成湿空气11。第二级加湿单元4b底部的浓海水进入第一级除湿单元12a内冷凝器13a中进行换热，然后经第二级主喷淋头3b再次喷入第二级加湿单元4b内与海水膜进行热湿交换，生成湿空气11。第三级加湿单元4c底部的浓海水进入第二级除湿单元12b内冷凝器13b中进行换热，然后再次喷入第三级加湿单元4c内与海水膜进行热湿交换，生成湿空气11。

第一、第二和第三级加湿单元4内的热湿空气11经风机驱动进入到对应的除湿单元12内进行冷凝，湿空气11在冷凝器13上凝结成淡水并释放出汽化潜热预热海水，淡水流入除湿单元12下部淡水收集槽10并排出。

实施例2

图3为一种二级钢厂余热加热海水淡化装置的实施例图。

如图3所示，本实施例包括：热源1、水泵2、第一级主喷淋头3a、第二级主喷淋头3b、第一级加湿单元4a、第二级加湿单元4b、多孔塑料小球5、第一级副喷淋头6a、第二级副喷淋头6b、多孔塑料盘7、风机8、浓海水收集槽9、淡水收集槽10、湿空气11、第一级除湿单元12a、第二级除湿单元12b、第一级冷凝器13a、第二级冷凝器13b、阀门14、隔热挡板15、水位限流管16、通风孔17、蒲水膜18。

所述的热源在本实施例中是钢厂余热。

所述的热质交换介质在本实施例中是多孔塑料小球。

所述的托盘在本实施例中是多孔塑料盘。

两个加湿除湿箱均为矩形腔体。

二级海水淡化装置的每级加湿除湿箱顶部通风孔都设置有蒲水膜18，避免湿空气中携带的水珠飞溅到除湿单元。

本实施例通过以下方式进行工作：

进料海水从第二级除湿单元12b内的冷凝器13b出来后，分为两路，一路从阀门14排出部分海水，另一路分别进入第一级副喷淋头6a和第二级副喷淋头6b中；

在第一级加湿单元4a内，海水经过第一级主喷淋头3a、第一级副喷淋头6a喷淋到多层塑料小球5上，小球特殊的结构可以形成面积很大的海水膜，空气在风机8驱动下从下往上流动并与海水膜热湿交换形成热湿空气11，未被蒸发的浓海水经多孔塑料盘7上的小孔流到第一级加湿单元4a底部浓海水收集槽9，然后进入热源1受热升温后经第一级主喷淋头3a再次喷入第一级加湿单元4a内与海水膜进行热湿交换，生成湿空气11。第二级加湿单元4b底部的浓海水进入第一级除湿单元12a内冷凝器13a中进行换热，然后经第二级主喷淋头3b再次喷入第二级加湿单元4b内与海水膜进行热湿交换，生成湿空气11。

第一和第二级加湿单元4内的热湿空气11经风机驱动进入到对应的除湿单元12内进行冷凝，湿空气11在冷凝器13上凝结成淡水并释放出汽化潜热预热海水，淡水流入除湿单元12下部淡水收集槽10并排出。

二级海水淡化装置运行简单，占地面积小，便于各部件集成，热利用效率相对于三级较低，适用于热源充足的地方使用。

Claims (7)

1.一种热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，该海水淡化装置包括水泵、热源、阀门、多级加湿除湿箱，其中加湿除湿箱由隔热挡板分隔为加湿单元和除湿单元，加湿单元内部包括海水主喷淋头、副喷淋头、热质交换介质、托盘、浓海水收集槽和水位限流管，除湿单元内部包括冷凝器和淡水收集槽，隔热挡板顶部和底部设有通风孔，底部通风孔设有风机；该热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置由N(N＝1，2，3…)个加湿除湿箱组成；

其特征在于：第1级加湿单元中浓海水收集槽内的海水经热源加热后，由第1级主喷淋头再次喷淋到第1级加湿单元中；第i(i＝2，3～N)级加湿单元中浓海水收集槽内的海水经第i-1级除湿单元加热后，由第i级主喷淋头再次喷淋到第i级加湿单元中；

浓海水进入第i-1级加湿单元中，直接喷淋到热质交换介质表面，与从下往上流动的空气发生热质交换，所形成的饱和湿空气在风机作用下经顶部通风孔输送到第i-1级除湿单元内，在冷凝器表面冷凝生成淡水，并释放汽化潜热加热冷凝器中的海水，加热后的海水进入第i级加湿单元进行再次喷淋加湿；

进料海水进入第N级除湿单元的冷凝器，与除湿单元内的热湿空气换热后一部分输送至每一级加湿单元，补充每级加湿单元的循环水量，另一部分直接排出；

所述加湿单元底部设置有浓海水收集槽，所述除湿单元底部设置有淡水收集槽。

2.如权利要求1所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其特征在于，所述热质交换介质为多孔塑料小球，且小球的表面有亲水膜并分布有小孔。

3.如权利要求1所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其特征在于，所述热质交换介质为多孔陶瓷小球，且小球的表面有亲水膜并分布有小孔。

4.如权利要求1所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其特征在于，所述热质交换介质为木条。

5.如权利要求1所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其特征在于，所述的托盘采用筛型不锈钢盘或多孔塑料盘。

6.如权利要求1所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，其特征在于,所述热源是钢厂余热、电厂余热、太阳能或电加热棒。

7.如权利要求1所述的热能梯级利用的多级回热加湿除湿海水淡化装置，还进一步包括在隔热挡板的上通风孔设置有捕水膜，避免湿空气中携带的水珠飞溅到除湿单元。

Images