CN105923675B - 一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，包括热泵循环系统以及与多效蒸发系统，热泵循环系统和多效蒸发系统均与海水料液罐相连通；热泵循环系统包括降膜蒸发器、膨胀阀、热泵蒸发器和热泵压缩机，膜蒸发器的制冷剂管程出口与膨胀阀的高压入口相连通，膨胀阀的低压出口与热泵蒸发器的管程入口相连通，热泵蒸发器的管程出口与热泵压缩机的入口相连通，热泵压缩机的出口与降膜蒸发器的管程入口相连通。利用热泵循环的冷凝放热对海水进行蒸发，用制冷剂作为热源，系统仅以电能驱动，适用性较强；蒸发产生的水蒸气可以用热泵蒸发器端进行冷凝，多余热量的蒸汽进行多效蒸发，具有能量回收利用的效果，蒸馏出的水清洁程度高，可直接饮用。

Description

一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置
技术领域
本发明属于海水淡化领域，具体涉及一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置。
背景技术
目前用于海水淡化的蒸发技术主要有多效蒸发(MED)、多级闪蒸(MSF)、机械蒸汽压缩蒸发(MVC)以及机械蒸汽再压缩(MVR)等。但多效蒸发和多级闪蒸需要大量生蒸汽作为热源，一般用于热电厂水电联产，对于蒸汽资源匮乏的地区适用性不强；机械蒸汽压缩蒸发也需要不断通入蒸汽作为热源，但是可使用压缩机做功提高蒸汽的能量头，以电能的消耗减少蒸汽资源的使用；机械蒸汽再压缩系统仅在开机时需要向系统投入生蒸汽加热，之后系统产生的蒸汽经过蒸汽压缩机提高能量头作为热源循环利用，电能是外界向系统提供的主要能量。以上几种蒸发系统都需要接蒸汽发生器作为外界能量来源，具有一定的系统复杂性以及操作难度。
发明内容
本发明目的在于利用热泵技术的原理解决上述现有技术中的问题，提供一种只使用电能作为外界能量来源的热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，该装置适用于一些蒸汽能源较为匮乏，电能比较充足的地区，具有设备操作简单紧凑，料液浓缩以及节约能源三大功效。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，包括热泵循环系统以及与热泵循环系统相连接的多效蒸发系统，热泵循环系统和多效蒸发系统均与海水料液罐相连通；
热泵循环系统包括降膜蒸发器、膨胀阀、热泵蒸发器和热泵压缩机，降膜蒸发器的制冷剂管程出口与膨胀阀的高压入口相连通，膨胀阀的低压出口与热泵蒸发器的管程入口相连通，热泵蒸发器的管程出口与热泵压缩机的入口相连通，热泵压缩机的出口与降膜蒸发器的管程入口相连通。
本发明进一步的改进在于，所述降膜蒸发器的蒸汽出口分为两路，一路与热泵蒸发器壳程入口相连通，另一路与多效蒸发系统的蒸汽热源入口相连通。
本发明进一步的改进在于，所述降膜蒸发器的蒸汽出口经蒸汽流量计、流量控制阀分别与热泵蒸发器壳程入口、多效蒸发系统蒸汽热源入口相连通。
本发明进一步的改进在于，所述海水料液罐中海水经料液泵一部分与降膜蒸发器循环料液出口的浓缩海水混合后进入降膜蒸发器的喷淋器入口中；另一部分海水进入多效蒸发系统料液入口中。
本发明进一步的改进在于，所述降膜蒸发器为圆柱形容器，采用316L不锈钢加工而成，且采用岩棉保温，外包304不锈钢皮。
本发明进一步的改进在于，所述热泵蒸发器的末端连接有第一真空泵，多效蒸发系统的末端连接有第二真空泵。
本发明进一步的改进在于，所述热泵循环系统所有设备出口以及所有蒸汽出口处均设置有温度压力计。
本发明进一步的改进在于，所述降膜蒸发器浓海水出口与多效蒸发系统浓缩海水出口相连通。
本发明进一步的改进在于，所述热泵蒸发器壳程出口与多效蒸发系统淡水出口相连通。
本发明进一步的改进在于，所述降膜蒸发器与热泵蒸发器为单级或多级。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过设置热泵循环系统，在海水淡化的过程中利用热泵循环的冷凝放热对海水进行蒸发，用制冷剂作为热源，系统仅以电能驱动，适用性较强；蒸发产生的水蒸气可以用热泵蒸发器端进行冷凝，多余热量的蒸汽进行多效蒸发，具有能量回收利用的效果，节约能源和水资源，蒸馏出的水清洁程度高，可直接饮用；与现有技术中其他几种蒸发形式相比，热泵蒸发系统不需要外界蒸汽，仅消耗电能作为外界能量来源。蒸发吸收的热量由制冷剂冷凝放出潜热提供，海水蒸发吸收的潜热与产生的蒸汽冷凝放出潜热大致相等，蒸发产生的水蒸气可以用热泵蒸发器端进行冷凝，多余热量(压缩机做的功)的蒸汽进行多效蒸发，具有能量回收利用的效果。本发明设备紧凑性好且操作简单，有更为广阔的应用前景。设备紧凑性好操作也比较方便，有更为广阔的应用前景。
进一步的，海水料液罐中海水经料液泵一部分与降膜蒸发器循环料液出口的浓缩海水混合后进入降膜蒸发器的喷淋器入口中，这样能够重复利用浓缩海水的热量，提高进入降膜蒸发器的喷淋器入口中海水的温度。
附图说明
图1为本发明整体结构的连接关系示意图；
图2为本发明热泵循环过程及能量回收原理示意图。
其中，1为降膜蒸发器；2为热泵压缩机；3为膨胀阀；4为热泵蒸发器；5为海水料液罐；6为泵；7为温度压力计；8为蒸汽流量计；9为流量控制阀；10为多效蒸发系统；11为第一真空泵；12为第二真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
参见图1，本发明包括热泵循环系统以及与热泵循环系统相连接的多效蒸发系统10，热泵循环系统和多效蒸发系统10均与海水料液罐5相连通；
热泵循环系统包括水平放置的横管降膜蒸发器1(热泵冷凝器)，降膜蒸发器1的制冷剂管程出口与膨胀阀3的高压入口相连通，膨胀阀3的低压出口与热泵蒸发器4的管程入口相连通，热泵蒸发器4的管程出口与热泵压缩机2的入口相连通，热泵压缩机2的出口与降膜蒸发器1的管程入口相连通，构成热泵循环系统；其中，降膜蒸发器1采用316L不锈钢加工而成，且采用岩棉保温，外包304不锈钢皮，各管路接头采用OCr18Ni9不锈钢材质。料液泵6与海水料液罐5相连通，一部分海水经过料液泵6进入多效蒸发系统10料液入口中进行蒸发，一部分经另一料液泵6与降膜蒸发器1循环料液出口的浓缩海水混合后进入降膜蒸发器1的喷淋器入口中，在降膜蒸发器1管束上形成液膜进行蒸发；降膜蒸发器1中蒸发的蒸汽经蒸汽出口接三通管道进行分流，一路蒸汽管道与热泵蒸发器4壳程入口相连通，蒸汽进入热泵蒸发器4中冷凝为常温液态水，另一路蒸汽管道与多效蒸发系统10的蒸汽热源入口相连通，进入多效蒸发系统10中的蒸汽作为热源；其中分流后的蒸汽管道上均设置有流量控制阀9，降膜蒸发器1壳程出口(即蒸汽出口)与热泵蒸发器4壳程入口管道上还设置有蒸汽流量计8。
热泵蒸发器4与多效蒸发系统10末端均设置真空泵，使生成蒸汽管路与设备形成真空系统。具体的，热泵蒸发器4与多效蒸发系统10末端分别接有第一真空泵11和第二真空泵12，形成真空系统。热泵循环系统所有设备出口、料液补给管道以及所有设备蒸汽出口处均设置有温度压力计7。
降膜蒸发器1浓海水出口与多效蒸发系统10浓缩海水出口相连通，混合后排出；热泵蒸发器4壳程出口与多效蒸发系统10淡水出口相连通，混合得到所需淡水。
所述的降膜蒸发器1与热泵蒸发器4为单级或多级。
本发明中蒸发吸热对一部分蒸汽进行冷凝，由于热泵放热量为吸热量与压缩机做功之和，海水蒸发吸收的潜热与产生的蒸汽冷凝放出潜热大致相等，故多余热量(热泵压缩机2做功)产生的蒸汽作为多效蒸发的热源。热泵蒸发器4冷凝端蒸发器使用降膜蒸发器1，热泵压缩机2出口与降膜蒸发器1管程入口相连通，制冷剂在管程加热海水冷凝；降膜蒸发器1管程出口与膨胀阀3入口相连通，经膨胀阀3节流减压后出口与热泵蒸发器4管程入口相连通，制冷剂在热泵蒸发器4中吸收蒸汽的热量蒸发气化；热泵蒸发器4管程出口与热泵压缩机2入口相连通，经热泵压缩机2压缩后升高饱和压力和温度进入降膜蒸发器1中，形成热泵循环系统。
本发明的原理：
热泵蒸发海水淡化系统为一种新型的海水淡化系统，与其他几种蒸发形式相比，热泵蒸发系统不需要外界蒸汽，仅消耗电能作为外界能量来源。蒸发吸收的热量由制冷剂冷凝放出潜热提供，海水蒸发吸收的潜热与产生的蒸汽冷凝放出潜热大致相等，蒸发产生的水蒸气可以用热泵蒸发器端进行冷凝，多余热量(压缩机做的功)的蒸汽进行多效蒸发，具有能量回收利用的效果。设备紧凑性好操作也比较方便，有更为广阔的应用前景。
本发明降膜蒸发器为圆柱形容器，采用316L不锈钢加工而成，且采用岩棉保温，外包304不锈钢皮，各管路接头采用OCr18Ni9不锈钢材质。热泵系统使用的工作制冷剂不受限制，压缩机可根据蒸发量大小选用容积或透平压缩机。降膜蒸发器与热泵蒸发器可根据热功率选择单级或多级，多效蒸发系统可根据压缩机功耗及蒸发温度选择效数及蒸发量。
本发明可使用数据采集程序连接计算机进行实时监控，及由电源、按钮、可编程的控制器、连接管道、阀门、流量计等控制动作使系统连续运行。
本发明的工作过程：
参见图1和图2，将海水料液加入到降膜蒸发器1喷淋器中喷洒到列管上形成液膜，降膜蒸发器1壳侧的真空压力在(5kpa～20kpa)的工况下，热泵冷凝温度为(35℃～60℃)下低温蒸发；生成的蒸汽进行分流，一部分进入热泵蒸发器4冷凝，一部分作为多效蒸发系统10的热源，蒸汽的能量得到充分的回收利用。蒸发后制冷剂放热变为高压液态，经过膨胀阀3节流减压后再进入热泵蒸发器4内吸收冷凝蒸汽的潜热蒸发，蒸发为气态的制冷剂进入热泵压缩机2压缩，压缩后的高温高压制冷剂蒸汽进入降膜蒸发器1冷凝放热形成热泵循环。进入多效蒸发系统10中的蒸汽作为热源对多效蒸发系统10中的海水进行淡化。本发明利用热泵系统作为热源加热海水，并冷凝产生的部分蒸汽以及其余蒸汽作为多效蒸发系统热源，达到热量回收利用的效果。

Claims (8)

1.一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，其特征在于，包括热泵循环系统以及与热泵循环系统相连接的多效蒸发系统(10)，热泵循环系统和多效蒸发系统(10)均与海水料液罐(5)相连通；
热泵循环系统包括降膜蒸发器(1)、膨胀阀(3)、热泵蒸发器(4)和热泵压缩机(2)，降膜蒸发器(1)的制冷剂管程出口与膨胀阀(3)的高压入口相连通，膨胀阀(3)的低压出口与热泵蒸发器(4)的管程入口相连通，热泵蒸发器(4)的管程出口与热泵压缩机(2)的入口相连通，热泵压缩机(2)的出口与降膜蒸发器(1)的管程入口相连通；
所述降膜蒸发器(1)的蒸汽出口分为两路，一路与热泵蒸发器(4)壳程入口相连通，另一路与多效蒸发系统(10)的蒸汽热源入口相连通；
所述降膜蒸发器(1)的蒸汽出口经蒸汽流量计、流量控制阀分别与热泵蒸发器(4)壳程入口、多效蒸发系统(10)蒸汽热源入口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，其特征在于，所述海水料液罐(5)中海水经料液泵(6)一部分与降膜蒸发器(1)循环料液出口的浓缩海水混合后进入降膜蒸发器(1)的喷淋器入口中；另一部分海水进入多效蒸发系统(10)料液入口中。
3.根据权利要求1所述的一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，其特征在于，所述降膜蒸发器(1)为圆柱形容器，采用316L不锈钢加工而成，且采用岩棉保温，外包304不锈钢皮。
4.根据权利要求1所述的一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，其特征在于，所述热泵蒸发器(4)的末端连接有第一真空泵(11)，多效蒸发系统(10)的末端连接有第二真空泵(12)。
5.根据权利要求1所述的一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，其特征在于，所述热泵循环系统所有设备出口以及所有蒸汽出口处均设置有温度压力计(7)。
6.根据权利要求1所述的一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，其特征在于，所述降膜蒸发器(1)浓海水出口与多效蒸发系统(10)浓缩海水出口相连通。
7.根据权利要求1所述的一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，其特征在于，所述热泵蒸发器(4)壳程出口与多效蒸发系统(10)淡水出口相连通。
8.根据权利要求1所述的一种热泵蒸发耦合多效蒸发的海水淡化装置，其特征在于，所述降膜蒸发器(1)与热泵蒸发器(4)为单级或多级。
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