CN104761012A - 一种减压蒸馏的海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种减压蒸馏的海水淡化装置，是在第一级海水蒸发罐上安抽风机，使其成为负压海水蒸发罐。第二级海水蒸发罐到最后一级海水蒸发罐都是常压海水蒸发罐。抽风机出风口经第二级海水蒸发罐顶接通第二级海水蒸发罐冷凝管进气端管道。常压海水蒸发罐的冷凝管依次连通形成空气排除通道；常压海水蒸发罐的淡水收集管依次连通形成淡水流出通道；所有海水蒸发罐依次连通形成海水补充通道；加热管设置在第一级海水蒸发罐内或设置在所有海水蒸发罐内形成传热介质流动通道。从而构成一种减压蒸馏和常压蒸馏相结合的海水淡化装置。

Description

一种减压蒸馏的海水淡化装置

所属技术领域

本发明涉及一种海水淡化装置，具体为一种减压蒸馏的海水淡化装置。

背景技术

随着太阳能集热技术和核反应堆技术的日益成熟，为海水淡化提供廉价热能已成为现实。利用太阳能和核能淡化海水的关键在于开发与现有槽式太阳能集热系统和核反应堆供热配套的海水淡化装置。《一种热空气多级加热的海水淡化装置》、《一种利用废气余热加热海水的海水淡化装置》、《一种加湿除湿的海水蒸发罐》等三项中国发明专利运用空气加湿除湿原理，利用太阳能、核能及工业余热等将海水分离成淡水和固态盐。相对于需要排放大量浓盐水的多效蒸馏法和多级闪蒸法是重大技术突破。这种加湿除湿海水淡化法有两个显著特点：一是海水蒸发在正压下进行；二是必须有空气参与蒸发过程。所以，海水蒸发罐之间需要设置空气流动通道、加热介质流动通道、海水流进通道、淡水流出通道等四种通道。从某种意义上讲，上述两个显著特点也就是两大缺点。能否逆向思考，开发一种没有空气参与、海水在负压下蒸发、性能更优的海水淡化技术呢？

综合分析现有各种热法海水淡化技术的工艺过程发现：上述加湿除湿法是将多效蒸馏法和多级闪蒸法所排浓盐水带走的热量分散到淡水中，消耗相同热量，上述加湿除湿法淡水产量是多效蒸馏法和多级闪蒸法淡水产量的三倍以上，并消除了浓盐水排放造成的热污染和浓盐污染。不足之处在于驱动空气加湿除湿增加能耗和海水正压蒸发效果较差。扬长避短，吸取上述加湿除湿法能利用太阳能、核能、工业余热等将海水分离成淡水和固态盐的技术精华，克服需要空气加湿除湿和海水正压蒸发两大缺点，选择减压蒸馏和常压蒸馏相结合的技术路线，完全能够寻找到一种全新的减压蒸馏的海水淡化技术方案。

发明内容

本发明的目的是将第一级海水蒸发罐设置为负压海水蒸发罐，第二级海水蒸发罐到最后一级海水蒸发罐设置为常压海水蒸发罐，在负压海水蒸发罐上安抽风机，常压海水蒸发罐的冷凝管依次连通形成空气排除通道，常压海水蒸发罐的淡水收集管依次连通形成淡水流出通道，所有海水蒸发罐依次连通形成海水补充通道，构成一种减压蒸馏和常压蒸馏相结合的海水淡化装置。

为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括负压海水蒸发罐、多个常压海水蒸发罐、抽风机、加热管、冷凝管、冷凝管连通管、淡水收集管、淡水收集管连通管、海水蒸发罐连通管、海水流入管、负压海水蒸发罐填料、海盐排出阀、控制系统的温度传感器、水位控制器、抽风机控制器、海盐排出阀控制器、总控制处理器。其特征在于：所述第一级海水蒸发罐罐底安装海盐排出阀，罐内下部设置加热管，罐内上部填充负压海水蒸发罐填料，罐顶接通抽风机进风口。第一级海水蒸发罐是负压海水蒸发罐，第二级海水蒸发罐到最后一级海水蒸发罐都是常压海水蒸发罐。所有海水蒸发罐在同一水平线上。抽风机出风口经第二级海水蒸发罐顶接通第二级海水蒸发罐冷凝管进气端管道。冷凝管中部是一内部为空的柱体，冷凝管中部连通海水蒸发罐内底部的淡水收集管。冷凝管出气端管道出口位置在高于蒸发罐顶的冷凝管连通管内。冷凝管连通管连通海水蒸发罐内上部空间和下一级海水蒸发罐冷凝管进气端管道。所有海水蒸发罐冷凝管按此方式连通，最后一级海水蒸发罐冷凝管出气端管道出口连通大气。淡水收集管连通管连通第二级海水蒸发罐到最后一级海水蒸发罐的所有淡水收集管，并从最后一级海水蒸发罐引出装置。海水蒸发罐连通管连通所有海水蒸发罐，海水流入管接通最后一级海水蒸发罐。水位控制器安装在最后一级海水蒸发罐内。温度传感器安装在第一级海水蒸发罐内。温度传感器、水位控制器、抽风机控制器、海盐排出阀控制器都连接到总控制处理器。

所述控制系统的总控制处理器根据设定的温度、水位、供热量、抽风机工作状态等工艺参数组合，对比实时采集的温度、水位、抽风机工作状态、淡水产量等参数，调整抽风机工作状态、停水、供水、排盐等使各参数回归设定的工艺参数组合，保证装置正常运行。

所述加热管设置在第一级海水蒸发罐内或设置在所有海水蒸发罐内。加热管设置在第一级海水蒸发罐内适用于传热介质循环使用的供热源供热，如槽式太阳能集热系统和核反应堆供热；加热管设置在所有海水蒸发罐内适用于传热介质一次性使用的供热源供热，如使用燃烧机和利用工业余热供热。

所述海水淡化装置外表都外包绝热层。

本发明的优点在于：一是减压蒸馏和常压蒸馏相结合，海水蒸发快，设备运行平稳。二是减压蒸馏在一个海水蒸发罐内连续进行，比现有多级闪蒸法多级间歇减压蒸馏工艺简单、设备少、能耗低。三是将现有多效蒸馏法和多级闪蒸法所排浓盐水散失的热量回收到淡水中，大幅度增加淡水产量，同时消除了浓盐水热污染和盐污染。保守测算，相同供热量，其淡水产量是现有热法淡水产量的3倍多，生产成本可达2元/吨以下。四是可高效利用太阳能、核能等清洁能源和工业余热作热源。五是设备结构简单，制造成本低。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明冷凝管结构示意图；

图3是本发明负压海水蒸发罐填料结构示意图。

图中，1、第一级海水蒸发罐，2、加热管进口，3、加热管出口，4、海盐排出阀，5、海水蒸发罐连通管，6、淡水收集管连通管，7、淡水收集管连通管出口，8、海水流入管，9、第六级海水蒸发罐冷凝管出气端管道出口，10、第六级海水蒸发罐，11、第五级海水蒸发罐，12、第四级海水蒸发罐，13、第三级海水蒸发罐，14、第二级海水蒸发罐，15、抽风机，16、罐顶盖，17、冷凝管进气端管道，18、冷凝管与淡水收集管连通管，19、冷凝管中部柱体，20、冷凝管出气端管道，21、负压海水蒸发罐填料侧面，22、负压海水蒸发罐填料端面。

具体实施方式

本实施例是具有六个海水蒸发罐的减压蒸馏海水淡化装置与槽式太阳能集热系统配套，形成一套太阳能海水淡化设备的案例。

图1是减压蒸馏的海水淡化装置结构示意图。第一级海水蒸发罐1罐底安装海盐排出阀4，罐内加热管的加热管进口2和加热管出口3开在罐体下部，罐内上部填充负压海水蒸发罐填料，罐顶接通抽风机15进风口。第一级海水蒸发罐1是负压海水蒸发罐，第二级海水蒸发罐14到第六级海水蒸发罐10都是常压海水蒸发罐。所有海水蒸发罐在同一水平线上。抽风机15出风口经第二级海水蒸发罐顶接通第二级海水蒸发罐冷凝管进气端管道17，冷凝管中部是一内部为空的柱体，冷凝管中部柱体19经冷凝管与淡水收集管连通管18连通海水蒸发罐内底部的淡水收集管。图2是冷凝管结构示意图。第二级海水蒸发罐14到第六级海水蒸发罐10的冷凝管结构完全一样，连接方式也相同。冷凝管出气端管道20出口位置在高于蒸发罐罐顶盖16的冷凝管连通管内。冷凝管连通管连通海水蒸发罐内上部空间和下一级海水蒸发罐冷凝管进气端管道17。按此连通方式，第二级海水蒸发罐14连通第三级海水蒸发罐13；第三级海水蒸发罐13连通第四级海水蒸发罐12；第四级海水蒸发罐12连通第五级海水蒸发罐11；第五级海水蒸发罐11连通第六级海水蒸发罐10。第六级海水蒸发罐冷凝管出气端管道出口9连通大气。淡水收集管连通管6连通第二级海水蒸发罐14到第六海水蒸发罐10的所有淡水收集管，并从第六级海水蒸发罐10的淡水收集管连通管出口7通到装置外。海水蒸发罐连通管5连通所有海水蒸发罐，海水流入管8接通第六级海水蒸发罐10。水位控制器安装在第六级海水蒸发罐内。温度传感器安装在第一级海水蒸发罐1内。温度传感器、水位控制器、抽风机控制器、海盐排出阀控制器都连接到总控制处理器。图3是负压海水蒸发罐填料结构示意图，负压海水蒸发罐填料侧面21是平面；负压海水蒸发罐填料端面22上有很多开口在两端面的孔道。填入第一级海水蒸发罐1上部，减少水位上升时的进水量。这有两个好处，一是加热升温快，二是抽风机15停机时回流到其他海水蒸发罐的水量减少，避免海水回流进入冷凝管污染淡水。同理，冷凝管中部柱体19体积和表面积也要尽可能做大，在增加换热面积的同时提高换热效率。

第一级海水蒸发罐1的加热管进口2和加热管出口3连通槽式太阳能集热系统传热介质循环回路，就是一套太阳能海水淡化设备。

本发明的工作过程是：打开控制系统，整套装置按设定程序启动。海水经海水流入管8流入各海水蒸发罐，达到设定水位自动停止进水。设定水位定在冷凝管中部柱体19上端面略高一点。连通槽式太阳能集热系统传热介质回路，传热介质循环加热第一级海水蒸发罐14内海水。在第一级海水蒸发罐内海水温度没达到设定温度(如70℃)前，抽风机15不运行。第一级海水蒸发罐1蒸发出的蒸汽自动流入第二级海水蒸发罐14冷凝管内冷凝成水，所放热量加热第二级海水蒸发罐14内海水并使海水蒸发成蒸汽进入第三级海水蒸发罐13冷凝管内冷凝成水。如此循环下去，直到第六级海水蒸发罐冷凝管出气端管道出口9向大气排放空气或蒸汽。冷凝水流入淡水收集管并从淡水收集管连通管出口7流出装置。海水经海水流入管8和海水蒸发罐连通管5逐级向前补充海水，保持常压海水蒸发罐内海水在设定水位。设定水位到罐顶的空间要足够容纳抽风机停止导致从第一级海水蒸发罐14回流的海水量。第一级海水蒸发罐14内海水温度达到设定温度(如70℃)后，抽风机15开始运行，第一级海水蒸发罐14内形成负压，水位高于其他海水蒸发罐内水位。其水位差就是第一级海水蒸发罐14内负压水柱值。海水蒸发因负压而加快，直到供热量和海水蒸发散热量达到平衡，整套装置处于稳定运行状态。第一级海水蒸发罐14内海水浓缩，海盐结晶沉到罐底，根据淡水产量适时开启海盐排出阀4排出固态海盐。整个运行过程都在控制系统的控制下自动进行，可做到无人值守。

Claims (3)

1.一种减压蒸馏的海水淡化装置，包括负压海水蒸发罐、多个常压海水蒸发罐、抽风机、加热管、冷凝管、冷凝管连通管、淡水收集管、淡水收集管连通管、海水蒸发罐连通管、海水流入管、负压海水蒸发罐填料、海盐排出阀、控制系统的温度传感器、水位控制器、抽风机控制器、海盐排出阀控制器、总控制处理器，其特征在于：所述第一级海水蒸发罐罐底安装海盐排出阀，罐内下部设置加热管，罐内上部填充负压海水蒸发罐填料，罐顶接通抽风机进风口，第一级海水蒸发罐是负压海水蒸发罐，第二级海水蒸发罐到最后一级海水蒸发罐都是常压海水蒸发罐，所有海水蒸发罐在同一水平线上，抽风机出风口经第二级海水蒸发罐顶接通第二级海水蒸发罐冷凝管进气端管道，冷凝管中部是一内部为空的柱体，冷凝管中部连通海水蒸发罐内底部的淡水收集管，冷凝管出气端管道出口位置在高于蒸发罐顶的冷凝管连通管内，冷凝管连通管连通海水蒸发罐内上部空间和下一级海水蒸发罐冷凝管进气端管道，所有海水蒸发罐冷凝管按此方式连通，最后一级海水蒸发罐冷凝管出气端管道出口连通大气，淡水收集管连通管连通第二级海水蒸发罐到最后一级海水蒸发罐的所有淡水收集管，并从最后一级海水蒸发罐引出装置，海水蒸发罐连通管连通所有海水蒸发罐，海水流入管接通最后一级海水蒸发罐，水位控制器安装在最后一级海水蒸发罐内，温度传感器安装在第一级海水蒸发罐内，温度传感器、水位控制器、抽风机控制器、海盐排出阀控制器都连接到总控制处理器。

2.根据权利要求1所述的一种减压蒸馏的海水淡化装置，其特征在于：所述控制系统的总控制处理器根据设定的温度、水位、供热量、抽风机工作状态等工艺参数组合，对比实时采集的温度、水位、抽风机工作状态、淡水产量等参数，调整抽风机工作状态、停水、供水、排盐等使各参数回归设定的工艺参数组合。

3.根据权利要求1所述的一种减压蒸馏的海水淡化装置，其特征在于：所述加热管设置在第一级海水蒸发罐内或设置在所有海水蒸发罐内。