CN105753081A - 分体式板式海水淡化系统及方法 - Google Patents

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范菊兰
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Abstract

一种分体式板式海水淡化系统及方法，属于海水淡化领域。其特征在于：蒸发器（18）和冷凝器（11）独立布置，之间为空腔。海水（1）与预热器（2）冷侧入口相连，预热器（2）冷侧出口与蒸发器（18）上的海水入口（4）相连；加热介质（16）与蒸发器（18）上的加热介质入口（14）相连，加热介质出口（15）与大气环境相连；热海水出口（5）与预热器（2）的热侧入口相连，预热器（2）的热侧出口与大气环境相连；蒸发器板片（18）间的冷侧通道与上侧空间连通，上侧空间与冷凝器板片（10）间的热侧通道连通。冷凝器（11）上的淡水出口（8）与大气环境相连；冷却介质（19）从冷凝器（11）上的冷却介质入口（13）进入，冷却介质出口（12）与大气环境相连。本系统的体积较小，成本低。

Description

分体式板式海水淡化系统及方法
技术领域
本发明涉及一种分体式板式海水淡化系统及方法，属于海水淡化领域。
背景技术
船舶在海中运行，每天需要消耗大量淡水，运水和储水的经济性差、安全性低。海水淡化技术正成为船只淡水资源的重要补充手段之一，在过去几十年各类船用海水淡化技术得到迅速的发展。而开发研究低成本、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。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（1-5年），其后期维护成本较高。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。此外，由于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，一般反渗透法仅用于远洋船舶海水淡化。
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，随着级数或者效数不断增加，闪蒸器中的压力迅速下降，同时为了使得蒸汽尽可能充分地从海水中闪蒸出来，需要提供足够大的闪蒸空间。此外，为了防止海水腐蚀，还需要采用成本高昂的钛材或者铜材换热结构装置。导致系统整体的结构尺寸庞大、成本较高，并主要适用于大型和超大型海水淡化装置。
目前常用的为单效海水淡化系统，为了避免海水腐蚀，采用的体积庞大的气液分离器全部为钛材，成本高昂，对如何降低单效海水淡化系统的结构尺寸及成本开展研究具有重要价值。
发明内容
本发明的目的在于提出一种体积较小，成本低的分体式板式海水淡化系统及方法。
一种分体式板式海水淡化系统，其特征在于：主要包括预热器、蒸发器、冷凝器；蒸发器和冷凝器独立布置，之间为空腔，其中预热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；蒸发器包括海水入口、热海水出口、加热介质入口、加热介质出口和蒸发器板片；冷凝器包括：淡水出口、冷却介质入口、冷却介质出口和冷凝器板片；海水与预热器冷侧入口相连，预热器冷侧出口与蒸发器上的海水入口相连；加热介质与蒸发器上的加热介质入口相连，加热介质出口与大气环境相连；热海水出口与预热器的热侧入口相连，预热器的热侧出口与大气环境相连；蒸发器板片间的冷侧通道与上侧空间连通，上侧空间与冷凝器板片间的热侧通道连通。冷凝器上的淡水出口与大气环境相连；冷却介质从冷凝器上的冷却介质入口进入，冷却介质出口与大气环境相连。
利用所述的分体式板式海水淡化系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：海水进入预热器冷侧，被预热器热侧的浓海水预热后温度升高，然后通过海水入口进入蒸发器板片间的冷侧通道，海水经过加热后部分蒸发变为水蒸气和浓海水的混合物，浓海水在重力的作用下，直接从热海水出口排出，然后进入预热器热侧释放一定显热，最后从预热器热侧出口排出；水蒸气从蒸发器板片间的冷侧通道上侧，直接进入蒸发器与冷凝器间的空腔，然后进入冷凝器板片间的热侧通道，被冷凝后变为淡水从冷凝器淡水出口排出；冷却介质从冷却介质入口进入冷凝器板片间的冷侧通道，吸收热侧水蒸气潜热后从冷却介质出口排入环境；加热介质从加热介质入口进入蒸发器板片间的热测通道，向蒸发器板片间的冷侧释放热能，然后从加热介质出口排入环境。
本发明所述的分体式板式海水淡化系统，所述冷却介质可以为海水或空气。当冷却介质为海水时，冷凝器尺寸较小且需要采用耐腐蚀钛材材料。由于本发明所述的分体式板式海水淡化系统将海水蒸发、分离、冷凝过程布置在不同设备内完成，当采用空气作为冷却介质时，可以对冷凝器采用非抗腐蚀材料，而仅对蒸发器和气液分离器采用316L、304等材料，由于仅对部分设备采用了抗腐蚀的钛材，因此成本也更为低廉。
本发明所述的分体式板式海水淡化系统，蒸发器（和冷凝器间的空腔采用突扩突缩空腔结构，或布置有旋风分离器，或丝网分离器。主要用于当蒸发器和冷凝器间的空腔非常狭窄时，可以防止水蒸气蒸发过程对海水的夹带，获得的淡水品质较高。
所述冷凝器和蒸发器之间的空腔内安装有用于调节空腔大小的垫片。与常规采用板式蒸发器和板式冷凝器的单效海水淡化系统相比，该海水淡化系统，可以通过改变空腔中的垫片的高度来调整蒸发器和冷凝器间的空腔大小，从而改进水蒸气的分离效率。蒸发器板片间蒸发的水蒸气不是从端孔流出，而是考虑重力影响，直接从蒸发器板片间冷侧通道上侧流出，且从冷凝器板片间通道下侧进入，水蒸气流速相对较低，对海水的携带量不大，因此不需要采用独立的气液分离器。
由于上述分体式板式海水淡化系统，采用了多个分体式设备，因此可以根据需要充分利用边际空间布置多个设备，具有灵活的空间布置优势。对于空间和重量要求严格的工况，还可以去掉预热器。
与常规一体化单效海水淡化系统相比，本发明所述的分体式结构不仅可以根据实际情况充分利用边际空间布置各设备，而且便于维修。
本发明所述分体式板式海水淡化系统由于未采用体积庞大的气液分离器，整个海水淡化系统的体积较小。
附图说明
图1是常规一体化单效海水淡化系统示意图；
图2是分体式板式海水淡化系统示意图。
图中标号名称：1、海水，2、预热器，3、浓海水，4、海水入口，5、热海水出口，6、汽水分离器，7、水蒸气，8、淡水出口，9、淡水，10、冷凝器板片，11、冷凝器，12、冷却介质出口，13、冷却介质人口，14、加热介质入口，15，加热介质出口，16，加热介质,17、蒸发器板片，18、蒸发器，19、冷却介质，20、垫片。
具体实施方式
图1所示为常规一体化海水淡化系统，即将蒸发器18和冷凝器11均布置在气液分离器内6，该海水淡化系统对外仅预留热源、冷源、海水、浓海水以及淡水出口。尽管该系统从外观上仅为一个设备，但是体积庞大，为了防止海水腐蚀，对其内部的所有设备均需要采用成本高昂的耐腐蚀材料。
与附图1不同，本发明所述的图2所示的分体式板式海水淡化系统，对蒸发器18、和冷凝器11以及气液分离器6采用了分体式结构。
下面参照附图2，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至一定程度。
然后海水1经过预热器2冷侧，被其热侧浓海水预热后进入蒸发器18冷侧的海水入口4，海水1在蒸发器18内部分蒸发后变为水蒸气7和浓海水3的混合物，水蒸气7从蒸发器板片17间冷通道上侧进入冷凝器板片10间的热侧通道，被冷凝后变为淡水9从淡水出口8排出。浓海水3通过预热器3热侧对其冷侧的海水1预热后排出系统。
与图1所示的常规一体化单效海水淡化系统相比，分体式结构不仅可以根据实际情况充分利用边际空间布置各设备，而且便于维修。此外，由于未采用气液分离器6，整个海水淡化系统的体积较小，且由于仅对部分设备采用了抗腐蚀的钛材，因此成本也更为低廉。

Claims (6)

1.一种分体式板式海水淡化系统，其特征在于：
主要包括预热器（2）、蒸发器（18）、冷凝器（11）；蒸发器（18）和冷凝器（11）独立布置，之间为空腔，其中预热器（2）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；蒸发器（18）包括海水入口（4）、热海水出口（5）、加热介质入口（14）、加热介质出口（15）和蒸发器板片（17）；冷凝器（11）包括：淡水出口（8）、冷却介质入口（13）、冷却介质出口（12）和冷凝器板片（10）；
海水（1）与预热器（2）冷侧入口相连，预热器（2）冷侧出口与蒸发器（18）上的海水入口（4）相连；
加热介质（16）与蒸发器（18）上的加热介质入口（14）相连，加热介质出口（15）与大气环境相连；
热海水出口（5）与预热器（2）的热侧入口相连，预热器（2）的热侧出口与大气环境相连；蒸发器板片（18）间的冷侧通道与上侧空间连通，上侧空间与冷凝器板片（10）间的热侧通道连通；
冷凝器（11）上的淡水出口（8）与大气环境相连；冷却介质（19）从冷凝器（11）上的冷却介质入口（13）进入，冷却介质出口（12）与大气环境相连。
2.根据权利要求1所述的分体式板式海水淡化系统，其特征在于：所述冷凝器（11）和蒸发器（18）之间的空腔内安装有用于调节空腔大小的垫片（20）。
3.根据权利要求1所述的分体式板式海水淡化系统，其特征在于：所述冷却介质（19）为海水或空气。
4.根据权利要求1所述的分体式板式海水淡化系统，其特征在于：蒸发器（18）和冷凝器（11）间的空腔采用突扩突缩空腔结构，或布置有旋风分离器，或丝网分离器。
5.根据权利要求1所述的分体式板式海水淡化系统，其特征在于：蒸发器（18）和冷凝器（17）的位置，为上下对齐或者上下错位的布置方式。
6.利用权利要求1所述的分体式板式海水淡化系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：
海水（1）进入预热器（2）冷侧，被预热器（2）热侧的浓海水（3）预热后温度升高，然后通过海水入口（4）进入蒸发器板片（17）间的冷侧通道，海水经过加热后部分蒸发变为水蒸气（7）和浓海水（3）的混合物，浓海水（3）在重力的作用下，直接从热海水出口（5）排出，然后进入预热器（2）热侧释放一定显热，最后从预热器（2）热侧出口排出；水蒸气（7）从蒸发器板片（17）间的冷侧通道上侧，直接进入蒸发器（18）与冷凝器（11）间的空腔，然后进入冷凝器板片（10）间的热侧通道，被冷凝后变为淡水（9）从冷凝器淡水出口（8）排出；
冷却介质（19）从冷却介质入口（13）进入冷凝器板片（10）间的冷侧通道，吸收热侧水蒸气（7）潜热后从冷却介质出口（12）排入环境；
加热介质（16）从加热介质入口（14）进入蒸发器板片（17）间的热测通道，向蒸发器板片（17）间的冷侧释放热能，然后从加热介质出口（15）排入环境。
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