CN104944664B - 逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置及方法，多效蒸发装置各效装置与浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置按照相同数量进行相间布置，均布置在对应的浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的前面；浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置内腔的上部布置汽水分离器，内腔的底部布置浸没加热管道，浸管闪蒸复合蒸馏装置除末级外其余各级装置顶部的水蒸汽出口均与对应布置在其后的多效蒸发装置各效装置的加热蒸汽进口连接；多效蒸发装置各效装置的二次蒸汽出口均与对应布置在其后的浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置内的浸没加热管道的进口连接。本发明的有益效果是实现热量最优化利用和废水零排放技术，能耗低且淡化效果好。

Description

逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置及方法

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，涉及一种在同一容器内浸管式蒸馏和闪急式蒸馏同时发生(简称“浸管闪蒸复合蒸馏)的逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏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。蒸馏法具有可利用低品位热源、装置生产能力大的特点，是目前应用广泛的海水淡化技术。目前蒸馏法主要以低温多效蒸发法、多级闪蒸法为主。低温多效蒸发法具有热效率较高、能耗较低、浓缩比较高、腐蚀和结垢轻等优点，近年来受到较大的关注，展现出良好的发展前景。多级闪蒸法具有设备构造比较简单、原料水水质要求低、单机容量大等优点，目前在国际海水淡化市场上所占份额较大，但与低温多效蒸发法相比仍具有能耗较高、淡水品质偏低的缺点，能耗较高主要是由于多级闪蒸法的闪蒸蒸汽仅用于预热海水，没有实现水蒸汽汽化潜热的重复利用；淡水品质偏低主要是由于原料水水质要求低的缘故。尽管上述两种蒸馏法都得到较好的应用，但是能耗偏高仍是制约蒸馏法的淡化成本和市场竞争力的瓶颈，如何进一步提高热效率依然是蒸馏法海水淡化的重要课题。另外，因为蒸馏法适合用于大规模生产，排放的浓海水数量很大，较长时间之后将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超低排放或零排放的技术开发。基于上述分析，研究并且开发多种蒸馏法海水淡化技术耦合及集成的组合型海水淡化系统，可以有利于发挥各方法的技术优势，同时相互完善各方法之间的技术特点，最终达到降低蒸馏法的淡化成本并获取综合效益的目的。再者，海水淡化技术的集成和优化也有利于实现废水超低排放或零排放的途径，从而促进海水淡化工程的清洁生产，最终获取环境效益和实现自身的可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置及方法，解决了现有的装置能耗较高、淡化的海水淡水品质偏低的问题。

本发明装置所采用的技术方案是包括闪蒸罐、多效蒸发装置、浸管闪蒸复合蒸馏装置、真空结晶罐、冷凝器、输送泵、加热器、压缩机、原海水管道、淡水管道；多效蒸发装置各效装置与浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置按照相同数量进行相间布置，多效蒸发装置各效装置均布置在对应的浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的前面；浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置内腔的上部布置汽水分离器，内腔的底部布置浸没加热管道，浸管闪蒸复合蒸馏装置除末级外其余各级装置顶部的水蒸汽出口均与对应布置在其后的多效蒸发装置各效装置的加热蒸汽进口连接；多效蒸发装置各效装置的二次蒸汽出口均与对应布置在其后的浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置内的浸没加热管道的进口连接。

进一步，所述闪蒸罐的盐水进口与多效蒸发装置首效装置的盐水出口连接，并在连接管道上设置输送泵和加热器；闪蒸罐的水蒸汽出口与多效蒸发装置首效装置的加热蒸汽进口连接；闪蒸罐的盐水出口与浸管闪蒸复合蒸馏装置首级装置的盐水进口连接。

进一步，所述多效蒸发装置各效装置顶部的盐水进口均与下一效装置底部的盐水出口连接，并在连接管道上设置输送泵；末效装置顶部的盐水进口与原海水管道连接，并在原海水管道上设置冷凝器。

进一步，所述浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的盐水进口均与上一级装置的盐水出口连接；末级装置顶部的水蒸汽出口分为两路：一路管道与冷凝器的壳程连接，另一路管道与压缩机的进口连接、并在该路管道上设置调节阀。

进一步，所述真空结晶罐由换热面划分为盐水蒸发侧和蒸汽冷凝侧，盐水蒸发侧设有料液进口、闪蒸蒸汽出口、饱和盐浆出口，蒸汽冷凝侧设有加热蒸汽进口、冷凝水出口，真空结晶罐的料液进口与浸管闪蒸复合蒸馏装置末级装置的盐水出口连接，真空结晶罐的闪蒸蒸汽出口通过管道与真空结晶罐的加热蒸汽进口连接，并在连接管路上设置压缩机。

进一步，所述多效蒸发装置各效装置的加热蒸汽冷凝水出口、浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的浸没加热管道的出口、真空结晶罐的冷凝水出口均与淡水管道连接。

逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置淡化海水的方法：

1)原海水经冷凝器预热后首先进入多效蒸发装置末效装置，然后按海水逆流的工艺流程依次在多效蒸发装置各效装置内进行喷淋蒸发过程，最后剩余浓盐水从多效蒸发装置首效装置的盐水出口引出；

2)从多效蒸发装置首效装置引出的浓盐水经加热器加热后进入闪蒸罐进行闪蒸过程；闪蒸罐的剩余浓盐水按海水顺流的工艺流程依次进入浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置内并漫过布置在各级装置内腔底部的浸没加热管道，盐水同时发生浸管式蒸馏和闪蒸过程，最后剩余浓盐水从浸管闪蒸复合蒸馏装置末级装置的盐水出口引出；

3)从浸管闪蒸复合蒸馏装置末级装置引出的浓盐水进入真空结晶罐进行闪急结晶过程，剩余浓盐水变成饱和盐浆作为副产品排出；真空结晶罐产生的闪蒸蒸汽经压缩机升温升压后作为自身的加热蒸汽；

4)闪蒸罐产生的闪蒸蒸汽进入多效蒸发装置首效装置内作为多效蒸发装置的热源；多效蒸发装置各效装置的二次蒸汽均进入紧随其后的浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的浸没加热管道内作为加热蒸汽；浸管闪蒸复合蒸馏装置除末级外其余各级装置的新蒸汽均进入紧随其后的多效蒸发装置各效装置内作为加热蒸汽；以上所述蒸汽冷却后得到的冷凝水均通过淡水管道作为淡水产品输出；

5)浸没闪蒸复合蒸馏装置末级装置的新蒸汽一部分经冷凝器冷却后作为淡水产品输出，另一部分蒸汽由调节阀控制流量，并经压缩机压缩后作为真空结晶罐的加热蒸汽，该加热蒸汽冷却后也通过淡水管道作为淡水产品输出。

进一步，所述多效蒸发装置首效装置的蒸发温度控制在60～90℃之间；所述闪蒸罐的盐水操作温度控制在110～160℃之间；所述加热器所使用的低温热源选自温度在120～200℃之间的工业废热、太阳能、地热能。

进一步，所述原海水管道的进水为纳滤处理或全膜法处理的预处理海水。

本发明的有益效果是提供一种热效率高、造水比高、实现热量最优化利用和废水零排放技术，能耗低且淡化效果好。

附图说明

图1是本发明逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明装置如图1所示，包括闪蒸罐1、多效蒸发装置2、浸管闪蒸复合蒸馏装置3、真空结晶罐4、冷凝器5、输送泵6、加热器7、压缩机8、原海水管道9、淡水管道10。多效蒸发装置2各效装置与浸管闪蒸复合蒸馏装置3各级装置按照相同数量进行相间布置，多效蒸发装置2各效装置均布置在对应的浸管闪蒸复合蒸馏装置3各级装置的前面；

在本实施例中，所述的多效蒸发装置2由首效装置201、末效装置202组成，所述的浸管闪蒸复合蒸馏装置3由首效装置301、末效装置302组成；

所述的闪蒸罐1的盐水进口11与多效蒸发装置2首效装置201的盐水出口23连接，并在连接管道上设置输送泵6和加热器7；闪蒸罐1的水蒸汽出口12与多效蒸发装置2首效装置201的加热蒸汽进口24连接；闪蒸罐1的盐水出口13与浸管闪蒸复合蒸馏装置3首级装置301的盐水进口31连接；

所述的多效蒸发装置2各效装置顶部的盐水进口21均与下一效装置底部的盐水出口23连接，并在连接管道上设置输送泵6；末效装置202顶部的盐水进口21与原海水管道9连接，并在原海水管道9上设置冷凝器5；多效蒸发装置2各效装置的二次蒸汽出口22均与对应布置在其后的浸管闪蒸复合蒸馏装置3各级装置内的浸没加热管道35的进口351连接；

所述的浸管闪蒸复合蒸馏装置3各级装置内腔的上部布置汽水分离器34，内腔的底部布置浸没加热管道35；浸管闪蒸复合蒸馏装置3各级装置的盐水进口31均与上一级装置的盐水出口33连接；浸管闪蒸复合蒸馏装置3除末级外其余各级装置顶部的水蒸汽出口32均与对应布置在其后的多效蒸发装置2各效装置的加热蒸汽进口24连接；末级装置302顶部的水蒸汽出口32分为两路：一路管道321与冷凝器5的壳程连接，另一路管道322与压缩机8的进口连接，并在该路管道322上设置调节阀81；

所述的真空结晶罐4由换热面划分为盐水蒸发侧和蒸汽冷凝侧，盐水蒸发侧设有料液进口41、闪蒸蒸汽出口42、饱和盐浆出口43，蒸汽冷凝侧设有加热蒸汽进口44、冷凝水出口45。真空结晶罐4的料液进口42与浸管闪蒸复合蒸馏装置3末级装置302的盐水出口33连接；真空结晶罐4的闪蒸蒸汽出口43通过管道与真空结晶罐4的加热蒸汽进口44连接，并在连接管路上设置压缩机8；

所述的多效蒸发装置2各效装置的加热蒸汽冷凝水出口25和浸管闪蒸复合蒸馏装置3各级装置的浸没加热管道35的出口352以及真空结晶罐4的冷凝水出口45均与淡水管道10连接；

所述的多效蒸发装置2首效装置201的蒸发温度控制在60～90℃之间；闪蒸罐1的盐水操作温度控制在110～160℃之间；加热器7所使用的低温热源选自温度在120～200℃之间的工业废热、太阳能、地热能；

所述的原海水管道9的进水为纳滤处理或全膜法处理的预处理海水。

本发明装置进行海水淡化的方法包括以下步骤：

1)原海水A经冷凝器5预热后首先进入多效蒸发装置2末效装置202，然后按海水逆流的工艺流程依次在多效蒸发装置2各效装置内进行喷淋蒸发过程，最后剩余浓盐水从低温多效蒸发装置2首效装置201的盐水出口23引出；

2)从多效蒸发装置2首效装置201引出的浓盐水经加热器7加热后进入闪蒸罐1进行闪蒸过程；闪蒸罐1的剩余浓盐水按海水顺流的工艺流程依次进入浸管闪蒸复合蒸馏装置3各级装置内并漫过布置在各级装置内空腔底部的浸没加热管道35，盐水同时发生浸管式蒸馏和闪蒸过程，最后剩余浓盐水从浸管闪蒸复合蒸馏装置3末级装置302的盐水出口33引出；

3)从浸管闪蒸复合蒸馏装置3末级装置302引出的浓盐水进入真空结晶罐4进行闪急结晶过程，剩余浓盐水变成饱和盐浆作为副产品C排出；真空结晶罐4产生的闪蒸蒸汽经压缩机8升温升压后作为自身的加热蒸汽；

4)闪蒸罐1产生的闪蒸蒸汽进入多效蒸发装置2首效装置201内作为多效蒸发装置的热源；多效蒸发装置2各效装置的二次蒸汽均进入紧随其后的浸管闪蒸复合蒸馏装置3各级装置的浸没加热管道35内作为加热蒸汽；浸管闪蒸复合蒸馏装置3除末级外其余各级装置的新蒸汽均进入紧随其后的多效蒸发装置2各效装置内作为加热蒸汽；以上所述蒸汽冷却后得到的冷凝水均通过淡水管道10作为淡水产品B输出；

5)浸没闪蒸复合蒸馏装置3末级装置302的新蒸汽一部分经冷凝器5冷却后作为淡水产品B输出，另一部分蒸汽由调节阀81控制流量，并经压缩机8压缩后作为真空结晶罐4的加热蒸汽，该加热蒸汽冷却后也通过淡水管道10作为淡水产品B输出。

本发明具有以下几大优点：

一、废水零排放。本发明设计了新的盐水工艺流程，采用逆流布置的多效蒸发装置串联连接顺流布置的浸管闪蒸复合蒸馏装置的流动方式，由此得到高浓缩比的盐水，再通过真空蒸发结晶的方法，最后得到饱和盐浆液体作为副产品。整个工艺过程真正实现了废水零排放的目标。

二、热效率高。本发明设计了新的浸管闪蒸复合蒸馏装置，并采用与多效蒸发装置相间布置的模式，由此实现所有装置生成的水蒸汽的汽化潜热均能在后面的装置中得到了多次重复利用，重热利用程度达到最大化，同时由于废水零排放技术几乎不存在排放废水的热损失，因此整个系统的热效率很高。

三、造水比高。本发明中各个装置的蒸汽在下一个装置中冷凝为淡水的同时均重新生成新蒸汽，使得本发明从低温热源吸收的热量能够连续地在各个装置中进行重复利用，因此单位供给热量产生的水蒸汽总产量很高，整个系统的造水比很高。

四、集成化程度高。本发明多效蒸发装置的二次蒸汽作为浸管闪蒸复合蒸馏装置的加热蒸汽，而浸管闪蒸复合蒸馏装置的新蒸汽又作为多效蒸发装置的加热蒸汽，使各个装置之间紧密联系在一起，实现高度简约化和集成化。

五、单机容量大。本发明由于废水零排放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。

本发明设计了浸管闪蒸复合蒸馏装置，并采用了逆流布置的多效蒸发装置串联连接顺流布置的浸管闪蒸复合蒸馏装置的盐水工艺流程，真正实现了废水零排放的技术，同时具备热效率高、造水比高、集成化程度高、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。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置，其特征在于：包括闪蒸罐、多效蒸发装置、浸管闪蒸复合蒸馏装置、真空结晶罐、冷凝器、输送泵、加热器、压缩机、原海水管道、淡水管道；多效蒸发装置各效装置与浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置按照相同数量进行相间布置，多效蒸发装置各效装置均布置在对应的浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的前面；浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置内腔的上部布置汽水分离器，内腔的底部布置浸没加热管道，浸管闪蒸复合蒸馏装置除末级外其余各级装置顶部的水蒸汽出口均与对应布置在其后的多效蒸发装置各效装置的加热蒸汽进口连接；多效蒸发装置各效装置的二次蒸汽出口均与对应布置在其后的浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置内的浸没加热管道的进口连接。

2.根据权利要求1所述逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述闪蒸罐的盐水进口与多效蒸发装置首效装置的盐水出口连接，并在连接管道上设置输送泵和加热器；闪蒸罐的水蒸汽出口与多效蒸发装置首效装置的加热蒸汽进口连接；闪蒸罐的盐水出口与浸管闪蒸复合蒸馏装置首级装置的盐水进口连接。

3.根据权利要求1所述逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述多效蒸发装置各效装置顶部的盐水进口均与下一效装置底部的盐水出口连接，并在连接管道上设置输送泵；末效装置顶部的盐水进口与原海水管道连接，并在原海水管道上设置冷凝器。

4.根据权利要求1所述逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置，其特征在于；所述浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的盐水进口均与上一级装置的盐水出口连接；末级装置顶部的水蒸汽出口分为两路：一路管道与冷凝器的壳程连接，另一路管道与压缩机的进口连接、并在该路管道上设置调节阀。

5.根据权利要求1所述逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述真空结晶罐由换热面划分为盐水蒸发侧和蒸汽冷凝侧，盐水蒸发侧设有料液进口、闪蒸蒸汽出口、饱和盐浆出口，蒸汽冷凝侧设有加热蒸汽进口、冷凝水出口，真空结晶罐的料液进口与浸管闪蒸复合蒸馏装置末级装置的盐水出口连接，真空结晶罐的闪蒸蒸汽出口通过管道与真空结晶罐的加热蒸汽进口连接，并在连接管路上设置压缩机。

6.根据权利要求1所述逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述多效蒸发装置各效装置的加热蒸汽冷凝水出口、浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的浸没加热管道的出口、真空结晶罐的冷凝水出口均与淡水管道连接。

7.采用权利要求1所述逆流多效蒸发耦合浸管闪蒸复合蒸馏海水淡化装置淡化海水的方法，其特征在于：

1)原海水经冷凝器预热后首先进入多效蒸发装置末效装置，然后按海水逆流的工艺流程依次在多效蒸发装置各效装置内进行喷淋蒸发过程，最后剩余浓盐水从多效蒸发装置首效装置的盐水出口引出；

2)从多效蒸发装置首效装置引出的浓盐水经加热器加热后进入闪蒸罐进行闪蒸过程；闪蒸罐的剩余浓盐水按海水顺流的工艺流程依次进入浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置内并漫过布置在各级装置内腔底部的浸没加热管道，盐水同时发生浸管式蒸馏和闪蒸过程，最后剩余浓盐水从浸管闪蒸复合蒸馏装置末级装置的盐水出口引出；

3)从浸管闪蒸复合蒸馏装置末级装置引出的浓盐水进入真空结晶罐进行闪急结晶过程，剩余浓盐水变成饱和盐浆作为副产品排出；真空结晶罐产生的闪蒸蒸汽经压缩机升温升压后作为自身的加热蒸汽；

4)闪蒸罐产生的闪蒸蒸汽进入多效蒸发装置首效装置内作为多效蒸发装置的热源；多效蒸发装置各效装置的二次蒸汽均进入紧随其后的浸管闪蒸复合蒸馏装置各级装置的浸没加热管道内作为加热蒸汽；浸管闪蒸复合蒸馏装置除末级外其余各级装置的新蒸汽均进入紧随其后的多效蒸发装置各效装置内作为加热蒸汽；以上所述蒸汽冷却后得到的冷凝水均通过淡水管道作为淡水产品输出；

5)浸没闪蒸复合蒸馏装置末级装置的新蒸汽一部分经冷凝器冷却后作为淡水产品输出，另一部分蒸汽由调节阀控制流量，并经压缩机压缩后作为真空结晶罐的加热蒸汽，该加热蒸汽冷却后也通过淡水管道作为淡水产品输出。

8.根据权利要求7所述的淡化海水的方法，其特征在于：所述多效蒸发装置首效装置的蒸发温度控制在60～90℃之间；所述闪蒸罐的盐水操作温度控制在110～160℃之间；所述加热器所使用的低温热源选自温度在120～200℃之间的工业废热或太阳能或地热能。

9.根据权利要求7所述的淡化海水的方法，其特征在于：所述原海水管道的进水为纳滤处理或全膜法处理的预处理海水。