CN105481159A

CN105481159A - 双效板式海水淡化系统及方法

Info

Publication number: CN105481159A
Application number: CN201610022852.XA
Authority: CN
Inventors: 顾杨怡; 韩东; 岳晨; 范菊兰; 何纬峰; 朱建华; 蒲文灏; 李春霞
Original assignee: NANTONG CSEMC MACHINERY MANUFACTURE CO Ltd
Current assignee: NANTONG CSEMC MACHINERY MANUFACTURE CO Ltd
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: CN105481159B

Abstract

一种双效板式海水淡化系统及方法，属于海水淡化领域。其特征在于包括依次由A板-B板-A板间隔布置而成的AB复合板。A板的加热区域（13）与B板的蒸发区域（27）位置正好重叠，A板的第一冷凝区域（14）与B板的第一蒸发区域（29）位置正好重叠，A板的第二冷凝区域（15）与B板的第二蒸发区域（31）位置正好重叠；而且上述区域的波纹结构起到强化传热的作用，实现了海水的双效蒸发，较常规单效或者单级热法海水淡化系统节能，而且能够起到支撑和承压作用。此外，与常规双级闪蒸或双效蒸发法相比，该系统充分利用了板间间隙隔离出得两个气液分离区实现了汽水分离，不需要单独布置结构庞大的蒸发空间，因此结构更为紧凑，使用的耐腐蚀金属材料较少，成本较低。

Description

双效板式海水淡化系统及方法

技术领域

本发明涉及一种双效板式海水淡化系统及方法，属于海水淡化领域。

背景技术

船舶在海中航行需要消耗大量淡水，而远洋船只，运水和储水的经济性差、安全性低，海水淡化技术已成为船只淡水资源的重要补充手段之一。

各类海水淡化技术在过去几十年得到了迅速的发展，目前常规商业化船用海水淡化主要采用反渗透膜法和热法。反渗透膜法前期投资成本低，一般在民用船只上应用较多，但是其分离膜的使用寿命短，后期维护成本较高。在使用过程中需要经常采取反冲洗工艺，操作工艺较为复杂，引起的污水排量较大。特别对于近年来海水污染等问题不断涌现，近陆海区的水质本身较差，采用反渗透膜法得到的水质也较差。

热法海水淡化水的品质高，其前期投资也较高，但是后期维护成本低，且对海水水质要求较低。由于目前船舶一般存在大量的低温废热，热法海水淡化也是一种主流的船用海水淡化技术。多级闪蒸法（Multi-stageflash，MSF）和多效蒸发法（Multi-effectdesalination，MED）是目前主要采用的热法海水淡化方法。

然而，为了使得蒸汽尽可能充分地从海水中蒸发出来，需要提供足够大的蒸发空间，同时由于海水具有腐蚀性，这需要采用成本高昂的钛材或者铜材换热结构、以及体积庞大的钛材或者铜材气液分离器。因此现有热法海水淡化系统的整体结构尺寸庞大、成本较高，并主要适用于大型和超大型海水淡化装置。

综上可知，尽管已有大量船用海水淡化技术获得广泛商业应用，而开发研究高品质、低成本、体积小、稳定高效的船用海水淡化装置，对于降低船舶海水淡化成本、增强海水淡化竞争力，将具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种体积小、成本低的双效板式海水淡化系统及方法。

本发明所述的双效板式海水淡化系统的特征在于：

该系统包括AB复合板，所述AB复合板依次由A板-B板-A板按前后方式交替布置而成；

其中A板由下而上依次包括加热区域、第一分离区、第一冷凝区域、第二气液分离区和第二冷凝区域；其中B板由下而上依次包括蒸发区域、第一气液分离区、第一蒸发区域、第二分离区和第二蒸发区域；

其中蒸发区域与加热区域位置正好重叠，第一气液分离区与第一分离区位置正好重叠，第一蒸发区域与第一冷凝区域位置正好重叠，第二分离区与第二气液分离区位置正好重叠，第二蒸发区域与第二冷凝区域位置正好重叠；

在A板的加热区域的左上角有贯穿整个AB复合板的热水流入通道，左下角布置有贯穿整个AB复合板的热水流出流道，右上角布置有贯穿整个AB复合板的第一浓海水流出通道，右下角布置有贯穿整个AB复合板的第一热海水流入通道；

在A板的第一冷凝区域的右下角布置有贯穿整个AB复合板的第二热海水流入通道，右上角布置有贯穿整个AB复合板的第二浓海水流出通道，左下角布置有贯穿整个复合板的第一淡水流出通道；

在A板的第二冷凝区域的右上角布置有贯穿整个AB复合板的热海水流出通道，右下角布置有贯穿整个AB复合板的海水流入通道，左下角布置有贯穿整个AB复合板的第二淡水流出通道；

按照AB复合板中将A板、B板的前后叠放顺序，将所有B板在前A板在后，两者之间的空间均称作奇数空间；将所有A板在前B板在后，两者之间的空间均称作偶数空间；

在偶数空间中安装有第一隔离片和第二隔离片，其中第一隔离片的位置恰好对应A板上第二气液分离区和第二冷凝区域之间的分界面，第二隔离片的位置恰好对应A板上第二气液分离区和第一冷凝区域之间的分界面；定义第二隔离片下方为一区，第一隔离片和第二隔离片之间为二区，第一隔离片上方为三区；

在奇数空间中安装有第三隔离片和第四隔离片，其中第三隔离片的位置恰好对应A板上第一分离区和第一冷凝区域之间的分界面，第四隔离片的位置恰好对应A板上第一分离区和加热区域之间的分界面；定义第四隔离片的下方为四区，第三隔离片和第四隔离片之间为五区，第三隔离片的上方为六区；

热源流入通道在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

热水流出流道在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

第一热海水流入通道在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

第一浓海水流出通道在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

第二海水流出通道在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

第二海水流入通道在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

第一淡水流出通道在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

热海水流出通道在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

海水流入通道在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

第二淡水流出通道在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

所述垫圈前后两侧分别与A板和B板紧密接触，若对应通道在相邻两板之间的奇数或偶数空间具有相应垫圈，则相邻两板上的对应通道则通过该垫圈直接连通；

上述A板上加热区域、第一冷凝区域和第二冷凝区域均为波纹结构；B板上的蒸发区域、第一蒸发区域和第二蒸发区域均为波纹结构；

上述AB复合板最前面的一块A板或B板上的热海水流出通道的通道口分成三路，分别与第一热海水流入通道的通道口、第二海水流入通道的通道口、环境相连；

上述AB复合板最后面一块A板或B板的所有通道口均封闭。

根据本发明所述的双效板式海水淡化系统，其特征在于：所述A板和B板为耐腐蚀的钛材或者铜材。由于本发明所述的双效板式海水淡化系统将海水蒸发、分离、冷凝过程布置在同一设备内板片及隔离片隔离的多个区域内完成，为了抗海水腐蚀，需要对A板和B板采用抗腐蚀的钛材或者铜材。

本发明所述的双效板式海水淡化系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：

热源通过热源流入通道流入所有四区空间，通过A板的加热区和B板的蒸发区向所有一区的热海水释放热量；热源温度降低并通过热源流出通道排入环境；

来自环境的海水首先通过海水流入通道流入所有三区，对进入六区中的二次蒸汽冷却后，海水温度升高变为热海水并从热海水流出通道流出后分为三路：第一路进入第一热海水流入通道，第二路进入第二热海水流入通道，第三路排入环境；

第一路热海水进入第一热海水流入通道后，进入一区，受到四区的热源加热后部分蒸发：一部分变为浓海水，另一部分变为一次蒸汽；当一区浓海水高度超过第一浓海水流出通道时，浓海水从第一浓海水流出通道排入环境；一次蒸汽在一区上方受到六区下方热海水冷却作用，并从第一淡水流出通道排出；

第二路热海水进入第二热海水流入通道后，进入六区下方，冷却上述一次蒸汽，自己部分蒸发：一部分变为浓海水，另一部分变为二次蒸汽；浓海水从第二浓海水流出通道排入环境；二次蒸汽在六区上方被三区的海水冷却成为淡水，并从第二淡水流出通道排出。

由于本发明所述的双效板式海水淡化系统，利用了间隔布置的A板、B板、隔离片及垫圈将AB复合板间的奇数空间和偶数空间分割为多个不同的加热和冷却区域，利用板间介质的传热作用实现了海水的双效蒸发，因此较常规单效或者单级热法海水淡化系统节能。此外，与常规双级闪蒸或双效蒸发法相比，由于该系统利用了板间奇数空间和偶数空间分别隔离出的气液分离区，不需要单独布置结构庞大的蒸发分离空间，因此结构更为紧凑，使用的耐腐蚀贵金属的材料也更少，因此成本较低。

本发明所述的双效板式海水淡化系统，其特征在于：该系统的A板上的加热区域、第一冷凝区域和第二冷凝区域均为波纹结构；B板上的蒸发区域、第一蒸发区域和第二蒸发区域均为波纹结构。该板上的波纹结构不仅能起到支撑承压的作用，而且能够强化换热，因此可以采用厚度较薄的板，成本也更为低廉。

与常规一体化单效海水淡化系统相比，本发明所述的双效结构不仅可以根据实际情况增加或减少板片数量来控制淡水产量，而且板片容易拆卸、更换，便于维修。

附图说明

图1是双效板式海水淡化系统示意图;

图2是从II-II方向看到的视图，包含A板及奇数空间的垫圈；

图3是从I-I方向看到的视图，包含B板及偶数数空间的垫圈；图中标号名称：1、海水，2、热海水，3、海水流入通道，4、第二浓海水，5、第4隔离片，6、第一分离区，7、第二热海水流入通道，8、第二浓海水流出通道，9、第一热海水流入通道，10、二次蒸汽，11、第二气液分离区，12、热海水流出通道，13、加热区域，14、第一冷凝区域，15、第二冷凝区域，16、第二淡水流出通道，17、第一淡水流出通道，18、淡水，19、第三隔离片，20、一次蒸汽，21、热水流入流道，22、热源，23、热水流出流道，24、第一浓海水流出通道，25、第一浓海水，26、第一隔离片，27、蒸发区域，28、第一气液分离区，29、第一蒸发区域，30、第二分离区，31、第二蒸发区域，32、第二隔离片。

具体实施方式

图1所示为本发明所述双效板式海水淡化系统。

下面参照附图1，详细说明本发明提供的海水淡化系统的工作过程和淡水生产方法。该装置的工作过程如下：

首先，需要对该系统抽真空，且第二气液分离区与第二分离区间的奇数空间的的真空度高于其偶数空间的真空度；

然后，在系统内外压差的作用下，热源22通过热源流入通道21流入所有四区空间，通过A板的加热区域13和B板的蒸发区域27向所有一区的热海水2释放热量；热源22温度降低并通过热源流出通道23排入环境；

然后，来自环境的海水1通过海水流入通道3流入所有三区空间，对进入六区中的二次蒸汽10冷却后，海水1温度升高变为热海水2，并从热海水流出通道12流出后分为三路：第一路进入第一热海水流入通道9，第二路进入第二热海水流入通道7，第三路排入环境；

第一路热海水2进入第一热海水流入通道9后，进入一区，受到热源22加热后部分蒸发并被分为两路：A板B板一路变为浓海水25，另一部分变为一次蒸汽20；

当一区浓海水25高度超过第一浓海水流出通道24时，浓海水25从第一浓海水流出通道24排入环境；

一次蒸汽20则在一区上方受到六区下方热海水25冷却作用，从第一淡水流出通道17排出；

第二路热海水2进入第二热海水流入通道7，进入六区下方，冷却上述一次蒸汽20，自己部分蒸发：一部分变为浓海水4，另一部分变为二次蒸汽10；

浓海水25从第二浓海水流出通道8排入环境；

二次蒸汽10在六区上方被三区的海水2冷却成为淡水18，并从第二淡水流出通道16排出。

与常规一体化单效海水淡化系统相比，该双效板式结构不仅可以根据实际情况增加或者减少板数量，而且拆卸检修方便。此外，由于未采用独立的气液分离器，该双效海水淡化系统的体积较小，且由于仅对A板和B板采用了抗腐蚀的材料，因此成本也更为低廉。其中A板上的加热区域13、第一冷凝区域14和第二冷凝区域15为波纹板，B板上的蒸发区域27、第一蒸发区域28和第二蒸发区域为波纹结构，上述波纹结构不仅能够强化相应区域的换热作用，而且能够起到支撑和承压作用。

Claims

1.一种双效板式海水淡化系统，其特征在于：

该系统包括AB复合板,所述AB复合板依次由A板-B板-A板按前后方式交替布置而成；

其中A板由下而上依次包括加热区域（13）、第一分离区（6）、第一冷凝区域（14）、第二气液分离区（11）和第二冷凝区域（15）；其中B板由下而上依次包括蒸发区域（27）、第一气液分离区（28）、第一蒸发区域（29）、第二分离区（30）和第二蒸发区域（31）；

其中蒸发区域（27）与加热区域（13）位置正好重叠，第一气液分离区（28）与第一分离区（6）位置正好重叠，第一蒸发区域（29）与第一冷凝区域（14）位置正好重叠，第二分离区（30）与第二气液分离区（11）位置正好重叠，第二蒸发区域（31）与第二冷凝区域（15）位置正好重叠；

在A板的加热区域（13）的左上角有贯穿整个AB复合板的热水流入通道（21），左下角布置有贯穿整个AB复合板的热水流出流道（23），右上角布置有贯穿整个AB复合板的第一浓海水流出通道（24），右下角布置有贯穿整个AB复合板的第一热海水流入通道（9）；

在A板的第一冷凝区域（14）的右下角布置有贯穿整个AB复合板的第二热海水流入通道（7），右上角布置有贯穿整个AB复合板的第二浓海水流出通道（8），左下角布置有贯穿整个AB复合板的第一淡水流出通道（17）；

在A板的第二冷凝区域（15）的右上角布置有贯穿整个AB复合板的热海水流出通道（12），右下角布置有贯穿整个AB复合板的海水流入通道（3），左下角布置有贯穿整个AB复合板的第二淡水流出通道（16）；

在偶数空间中安装有第一隔离片（26）和第二隔离片（32），其中第一隔离片（26）的位置恰好对应A板上第二气液分离区（11）和第二冷凝区域（15）之间的分界面，第二隔离片（32）的位置恰好对应A板上第二气液分离区（11）和第一冷凝区域（14）之间的分界面；定义第二隔离片（32）下方为一区，第一隔离片（26）和第二隔离片（32）之间为二区，第一隔离片（26）上方为三区；

在奇数空间中安装有第三隔离片（19）和第四隔离片（5），其中第三隔离片（19）的位置恰好对应A板上第一分离区（6）和第一冷凝区域（14）之间的分界面，第四隔离片（5）的位置恰好对应A板上第一分离区（6）和加热区域（13）之间的分界面；定义第四隔离片（5）的下方为四区，第三隔离片（19）和第四隔离片（5）之间为五区，第三隔离片（19）的上方为六区；

热源流入通道（21）在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

热水流出流道（23）在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

第一热海水流入通道（9）在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

第一浓海水流出通道（24）在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

第二海水流出通道（8）在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

第二海水流入通道（7）在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

第一淡水流出通道（17）在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

热海水流出通道（12）在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

海水流入通道（3）在奇数空间中有垫圈，在偶数空间无垫圈，

第二淡水流出通道（16）在奇数空间中无垫圈，在偶数空间有垫圈，

上述A板上的加热区域（13）、第一冷凝区域（14）和第二冷凝区域（15）均为波纹结构；B板上的蒸发区域（27）、第一蒸发区域（29）和第二蒸发区域（31）均为波纹结构；

上述AB复合板最前面的一块A板或B板上的热海水流出通道（12）的通道口分成三路，分别与第一热海水流入通道（9）的通道口、第二海水流入通道（7）的通道口、环境相连；

上述AB复合板最后面一块A板或B板的所有通道口均封闭。

2.根据权利要求1所述的双效板式海水淡化系统，其特征在于：所述A板和B板为耐腐蚀的钛材或者铜材。

3.根据权利要求1所述的双效板式海水淡化系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：

热源（22）通过热源流入通道（21）流入所有四区空间，通过A板的加热区（13）和B板的蒸发区（27）向所有一区的热海水（2）释放热量；热源（22）温度降低并通过热源流出通道（23）排入环境；

来自环境的海水（1）首先通过海水流入通道（3）流入所有三区，对进入六区中的二次蒸汽（10）冷却后，海水（1）温度升高变为热海水（2）并从热海水流出通道（12）流出后分为三路：第一路进入第一热海水流入通道（9），第二路进入第二热海水流入通道（7），第三路排入环境；

第一路热海水（2）进入第一热海水流入通道（9）后，进入一区，受到四区的热源（22）加热后部分蒸发：一部分变为浓海水（25），另一部分变为一次蒸汽（20）；当一区浓海水（25）高度超过第一浓海水流出通道（24）时，浓海水（25）从第一浓海水流出通道（24）排入环境；一次蒸汽（20）在一区上方受到六区下方热海水（25）冷却作用变为淡水（18），并从第一淡水流出通道（17）排出；

第二路热海水（2）进入第二热海水流入通道（7）后，进入六区下方，冷却上述一次蒸汽（20），自己部分蒸发：一部分变为浓海水（4），另一部分变为二次蒸汽（10）；浓海水（25）从第二浓海水流出通道（8）排入环境；二次蒸汽（10）在六区上方被三区的海水（2）冷却成为淡水（18），并从第二淡水流出通道（16）排出。