CN106044910A - 具有垂直低阻力热管的海水淡化装置 - Google Patents

具有垂直低阻力热管的海水淡化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，包括烟气源、第一换热器、第一热管海水池、第二海水池和海水淡化器，第一热管的蒸发端置于第一换热器内，第一热管的冷凝端置于海水池内，第一烟气入口连接于烟气源，第一烟气出口连接于第一吸风机，第一海水入口连接于海水源，第一海水出口连接于海水淡化器；第一热管的外表面配置高密度多层多列的线状折弯换热件。由此，本发明中能够利用烟气的余热来给海水进行预加热，不需要利用其它能源加热海水，从而节省了能源，第一热管蒸发端和冷凝端的外表面均设置高密度的线状折弯换热件，高密度的线状折弯换热件使得第一热管的实际传热面积将大大提高，进一步提高本发明的工业余热利用效率。

Description

具有垂直低阻力热管的海水淡化装置
技术领域
本发明涉及海水淡化装置，特别涉及具有垂直低阻力热管的海水淡化装置。
背景技术
目前，淡水需求量急剧增加，然而淡水资源有限，因此如何将海水淡化为可供人类饮用的淡水已成为21世纪人类的重大课题。
海水淡化中多采用蒸馏法，低温多效海水淡化技术就是其中一种，但是目前传统的低温多效蒸发器相对传热端差较大，传热系数较低，单个低温多效蒸发器效率不高。另外，现有的海水淡化装置大都是利用火电厂汽轮机将预处理后的海水加热到68度左右，这种方法会造成能源的巨大消耗，如果可以就工业废热充分利用到海水淡化装置中来，将会大大降低海水淡化的成本。
发明内容
为了解决上述问题的一个或者多个，本发明提供一种具有垂直低阻力热管的海水淡化装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，包括烟气源、第一换热器、第一热管、第一吸风机、海水源、海水池、第二海水池和海水淡化器，第一热管的蒸发端置于第一换热器内，第一热管的冷凝端置于海水池内，第一换热器包括第一烟气入口和第一烟气出口，第一烟气入口通过第一烟气管道连接于烟气源，第一烟气出口通过第二烟气管道连接于所述第一吸风机，海水池包括第一海水入口和第一海水出口，第一海水入口通过第一海水管道连接于海水源，第一海水出口通过第二海水管道连接于海水淡化器；
第一热管的蒸发端和冷凝端的外表面均配置高密度多层多列的线状折弯换热件，线状折弯换热件由一根金属丝经过四次折弯形成第一折弯部、第二折弯部、第三折弯部、第四折弯部和第五折弯部，线状折弯换热件通过第一折弯部和第五折弯部与第一热管蒸发端和冷凝端的外表面焊接；
海水淡化器包括第二换热器、第二吸风机、海水淡化蒸发器、冷凝器和第二热管，第二热管的蒸发端置于第二换热器内，第二热管的冷凝端置于海水淡化蒸发器内，第二换热器包括第二烟气入口和第二烟气出口，第二烟气入口通过第三烟气管道连接于烟气源，第二烟气出口通过第四烟气管道连接于第二吸风机，海水淡化蒸发器包括第二海水入口、第二海水出口和淡水蒸汽出口，第二海水入口通过第二海水管道与第一海水出口连通，淡水蒸汽出口与冷凝器连通。
其有益效果是，本发明中能够利用烟气(例如，锅炉排放的烟气、钢铁厂排放的烟气或者其他烟气)的高温余热来给海水进行预加热，不需要利用其它能源或者汽轮机的抽汽来加热海水，从而节省了能源，本发明巧妙地利用了工业烟气余热的废热来加热海水，降低了排烟的热量损失，减少了排烟温度高对环境的热污染，提高了热利用效率，符合国家节能、环保的要求，并且显著地节省了海水淡化的成本。同时本发明采用第一热管能够高效地完成烟气和海水之间的热交换，且海水与烟气不直接接触，避免了第一换热器泄漏导致的问题，运行安全可靠，具体的，第一热管还包括第一热管蒸发端和第一热管冷凝端之间的绝热段，绝热段的管壁上设置有绝热材料；考虑到烟气源排出的高温烟气以及海水池内的海水和第一热管内的工质对管壁换热系数不一样，第一热管内的工质的换热系数一般都很高，而第一热管蒸发端外侧流动的烟气以及海水的换热系数一般较低，相差几十倍甚至上百倍，这样烟气侧和海水侧换热系数低，换热能力低，限制了传热量的提高，本发明中，第一热管蒸发端和冷凝端的外表面均设置高密度的线状折弯换热件，线状折弯换热件制作简单，线状折弯换热件通过第一折弯部和第五折弯部与第一热管焊接，使得在线状折弯换热件与第一热管之间的连接更加稳固，线状折弯换热件不易从第一热管上松脱，高密度的线状折弯换热件使得第一热管的实际传热面积将大大提高，解决了烟气侧和海水侧的换热“瓶颈”，第一热管的传热效果将大大增加，能够大大提高第一热管的传热量，进一步提高本发明的工业余热利用效率，节约能源，绿色环保；经过第一热管冷凝端加热的海水进入海水淡化蒸发器内，第二换热器进一步利用工业烟气余热加热第二热管蒸发端的工质，吸热蒸发的工质从第二热管的蒸发端输送到第二热管的冷凝端后，将热量传递给海水淡化蒸发器内的海水，海水进一步吸热到蒸馏温度以上，从而气化成淡水蒸汽，淡化蒸汽从淡水蒸汽出口进入冷凝器，在冷凝器内冷凝成淡水，完成海水淡化，而没有蒸发的海水变成浓度更高的海水从第二海水出口排出，排至指定的区域位置；本海水淡化器利用热管传热效率高的特性，进一步提高了装置的工作效率，而且，第二热管采用分离式热管保证海水与废热不直接接触，在装置运行当中，如果第二换热器和/或第二热管出现故障，海水淡化蒸发器可以借助其他动力源继续工作而不受影响，这样还可以防止通常具有腐蚀性的废热烟气不会直接腐蚀海水淡化蒸发器。
在一些实施方式中，第一折弯部和第五折弯部沿着第一热管纵向焊接，每层线状折弯换热件的第三折弯部上焊有不锈钢圈，不锈钢圈将同一层的线状折弯换热件抱箍住。
其有益效果是，每层线状折弯换热件的第三折弯部上焊有不锈钢圈，不锈钢圈将同一层的线状折弯换热件抱箍住，每层不锈钢圈再一次增加了每层的传热面积，换热效果进一步增强，换热效率更高，换热更理想，同时不锈钢圈还对同一层的线状折弯换热件起到一个稳固连接的作用。
在一些实施方式中，海水淡化蒸发器上设有至少一个抽真空口。
其有益效果是，通过抽真空口保证海水淡化蒸发器保持较高真空度，使得海水能在吸收较少热量的情况就能快速蒸发。
在一些实施方式中，海水淡化蒸发器位于第二换热器的上方。
其有益效果是，海水淡化蒸发器位于第二换热器的上方，第二热管蒸发端的工质受热后发生相变从液态转化为气态，向上输送到第二热管的冷凝端中，在第二热管冷凝端中，工质将热量传递给海水发生相变从气态转化为液态，在重力作用下自动回流到第二热管蒸发端，第二热管的工质不断完成上述循环，从而实现工业余热与海水的间接热交换。
在一些实施方式中，海水淡化蒸发器内设置有喷淋装置，喷淋装置与所述第二海水入口相连通，喷淋装置包括5～20组涡旋型喷嘴，涡旋型喷嘴的喷雾角度为60度～120度。
其有益效果是，经过海水池余热的海水通过第二海水管道进入喷淋装置，在涡旋型喷嘴的作用下，将海水雾化均匀的喷撒到第二热管较高温度的冷凝端上，雾化后海水小液滴能够更充分均匀地接触冷凝端，在第二热管冷凝端的加热下，雾化后的海水小液滴能够更加快速的吸热到蒸馏温度以上，从而气化成淡水蒸汽，完成海水淡化，提高本发明海水淡水效率。
在一些实施方式中，淡水蒸汽出口处设有气液分离器，气液分离器为波形板式。
其有益效果是，在淡水蒸汽出口处设置气液分离器，能够保证淡出蒸汽出口出去的淡水蒸汽的高纯度，避免海水小液滴混入淡水蒸汽进入冷凝器，提高从冷凝器获得的淡水的纯度。
附图说明
图1为本发明一实施方式的具有垂直低阻力热管的海水淡化装置的结构示意图；
图2为图1中所示的第一热管表面示意图；
图3为线状折弯换热件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1～图3示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的具有垂直低阻力热管的海水淡化装置。如图所示，具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，包括烟气源1、第一换热器2、第一热管3、第一吸风机5、海水源7、海水池8、第二海水池8和海水淡化器，第一热管3的蒸发端置于第一换热器2内，第一热管3的冷凝端置于海水池8内，第一换热器2包括第一烟气入口201和第一烟气出口202，第一烟气入口201通过第一烟气管道11连接于烟气源1，第一烟气出口202通过第二烟气管道12连接于所述第一吸风机5，海水池8包括第一海水入口801和第一海水出口802，第一海水入口801通过第一海水管道15连接于海水源7，第一海水出口802通过第二海水管道16连接于海水淡化器；
第一热管3的蒸发端和冷凝端的外表面均配置高密度多层多列的线状折弯换热件4，线状折弯换热件4由一根金属丝经过四次折弯形成第一折弯部401、第二折弯部402、第三折弯部403、第四折弯部404和第五折弯部405，线状折弯换热件4通过第一折弯部401和第五折弯部405与第一热管3蒸发端和冷凝端的外表面焊接；
海水淡化器包括第二换热器901、第二吸风机6、海水淡化蒸发器902、冷凝器903和第二热管10，第二热管10的蒸发端置于第二换热器901内，第二热管10的冷凝端置于海水淡化蒸发器902内，第二换热器901包括第二烟气入口9011和第二烟气出口9012，第二烟气入口9011通过第三烟气管道13连接于烟气源1，第二烟气出口9012通过第四烟气管道14连接于第二吸风机6，海水淡化蒸发器902包括第二海水入口9021、第二海水出口9022和淡水蒸汽出口9023，第二海水入口9021通过第二海水管道16与第一海水出口802连通，淡水蒸汽出口9023与冷凝器903连通。
其有益效果是，本发明中能够利用烟气(例如，锅炉排放的烟气、钢铁厂排放的烟气或者其他烟气)的高温余热来给海水进行预加热，不需要利用其它能源或者汽轮机的抽汽来加热海水，从而节省了能源，本发明巧妙地利用了工业烟气余热的废热来加热海水，降低了排烟的热量损失，减少了排烟温度高对环境的热污染，提高了热利用效率，符合国家节能、环保的要求，并且显著地节省了海水淡化的成本。同时本发明采用第一热管3能够高效地完成烟气和海水之间的热交换，且海水与烟气不直接接触，避免了第一换热器2泄漏导致的问题，运行安全可靠，具体的，第一热管3还包括第一热管3蒸发端和第一热管3冷凝端之间的绝热段，绝热段的管壁上设置有绝热材料；考虑到烟气源1排出的高温烟气以及海水池8内的海水和第一热管3内的工质对管壁换热系数不一样，第一热管3内的工质的换热系数一般都很高，而第一热管3蒸发端外侧流动的烟气以及海水的换热系数一般较低，相差几十倍甚至上百倍，这样烟气侧和海水侧换热系数低，换热能力低，限制了传热量的提高，本发明中，第一热管3蒸发端和冷凝端的外表面均设置高密度的线状折弯换热件4，线状折弯换热件4制作简单，线状折弯换热件4通过第一折弯部401和第五折弯部405与第一热管3焊接，使得在线状折弯换热件4与第一热管3之间的连接更加稳固，线状折弯换热件4不易从第一热管3上松脱，高密度的线状折弯换热件4使得第一热管3的实际传热面积将大大提高，解决了烟气侧和海水侧的换热“瓶颈”，第一热管3的传热效果将大大增加，能够大大提高第一热管3的传热量，进一步提高本发明的工业余热利用效率，节约能源，绿色环保；经过第一热管3冷凝端加热的海水进入海水淡化蒸发器902内，第二换热器901进一步利用工业烟气余热加热第二热管10蒸发端的工质，吸热蒸发的工质从第二热管10的蒸发端输送到第二热管10的冷凝端后，将热量传递给海水淡化蒸发器902内的海水，海水进一步吸热到蒸馏温度以上，从而气化成淡水蒸汽，淡化蒸汽从淡水蒸汽出口9023进入冷凝器903，在冷凝器903内冷凝成淡水，完成海水淡化，而没有蒸发的海水变成浓度更高的海水从第二海水出口9022排出，排至指定的区域位置；本海水淡化器利用热管传热效率高的特性，进一步提高了装置的工作效率，而且，第二热管10采用分离式热管保证海水与废热不直接接触，在装置运行当中，如果第二换热器901和/或第二热管10出现故障，海水淡化蒸发器902可以借助其他动力源继续工作而不受影响，这样还可以防止通常具有腐蚀性的废热烟气不会直接腐蚀海水淡化蒸发器902。
优选地，第一折弯部401和第五折弯部405沿着第一热管3纵向焊接，每层线状折弯换热件4的第三折弯部403上焊有不锈钢圈406，不锈钢圈406将同一层的线状折弯换热件4抱箍住。
其有益效果是，每层线状折弯换热件4的第三折弯部上焊有不锈钢圈406，不锈钢圈406将同一层的线状折弯换热件4抱箍住，每层不锈钢圈406再一次增加了每层的传热面积，换热效果进一步增强，换热效率更高，换热更理想，同时不锈钢圈406还对同一层的线状折弯换热件4起到一个稳固连接的作用。
优选地，第一换热器2的外围和/或第一烟气管道11的外围和/或第二海水管道16的外围设置有绝热层。
其有益效果是，通过设置绝热层进一步避免工业余热在传输利用过程中的浪费，充分利用工业余热，提高本发明工业余热利用率。
优选地，还包括控制器(图中未示出)，第一海水管道15和第二海水管道16上设置有流量调节阀(图中未示出)，第一烟气管道11、第二烟气管道12和第二海水管道16上设置有测温计(图中未示出)，流量调节阀和测温计均与控制器相连。
其有益效果是，控制器能够实时的显示第一烟气进口、第一烟气出口202、第一海水出口802处的温度，并能通过第一烟气进口处和第一海水出口802处的温度值自动调节烟气的进气量和海水的流量，使得第一烟气出口202处和第一海水出口802处的温度达到预定值；流量调节阀、测温计和控制器使得本发明自动化程度提高，操作简单。
优选地，海水淡化蒸发器902上设有至少一个抽真空口9024。
其有益效果是，通过抽真空口9024保证海水淡化蒸发器902保持较高真空度，使得海水能在吸收较少热量的情况就能快速蒸发。
优选地，海水淡化蒸发器902位于第二换热器901的上方。
其有益效果是，海水淡化蒸发器902位于第二换热器901的上方，第二热管10蒸发端的工质受热后发生相变从液态转化为气态，向上输送到第二热管10的冷凝端中，在第二热管10冷凝端中，工质将热量传递给海水发生相变从气态转化为液态，在重力作用下自动回流到第二热管10蒸发端，第二热管10的工质不断完成上述循环，从而实现工业余热与海水的间接热交换。
优选地，海水淡化蒸发器902内设置有喷淋装置9025，喷淋装置9025与所述第二海水入口9021相连通，喷淋装置9025包括5～20组涡旋型喷嘴，涡旋型喷嘴的喷雾角度为60度～120度。
其有益效果是，经过海水池8余热的海水通过第二海水管道16进入喷淋装置9025，在涡旋型喷嘴的作用下，将海水雾化均匀的喷撒到第二热管10较高温度的冷凝端上，雾化后海水小液滴能够更充分均匀地接触冷凝端，在第二热管10冷凝端的加热下，雾化后的海水小液滴能够更加快速的吸热到蒸馏温度以上，从而气化成淡水蒸汽，完成海水淡化，提高本发明海水淡水效率。
优选地，淡水蒸汽出口9023处设有气液分离器9026，气液分离器9026为波形板式。
其有益效果是，在淡水蒸汽出口9023处设置气液分离器9026，能够保证淡出蒸汽出口出去的淡水蒸汽的高纯度，避免海水小液滴混入淡水蒸汽进入冷凝器903，提高从冷凝器903获得的淡水的纯度。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，包括烟气源(1)、第一换热器(2)、第一热管(3)、第一吸风机(5)、海水源(7)、海水池(8)和海水淡化器，其特征在于，所述第一热管(3)的蒸发端置于所述第一换热器(2)内，所述第一热管(3)的冷凝端置于所述海水池(8)内，所述第一换热器(2)包括第一烟气入口(201)和第一烟气出口(202)，所述第一烟气入口(201)通过第一烟气管道(11)连接于所述烟气源(1)，所述第一烟气出口(202)通过第二烟气管道(12)连接于所述第一吸风机(5)，所述海水池(8)包括第一海水入口(801)和第一海水出口(802)，所述第一海水入口(801)通过第一海水管道(15)连接于所述海水源(7)，所述第一海水出口(802)通过第二海水管道(16)连接于所述海水淡化器；
所述第一热管(3)的蒸发端和冷凝端的外表面均配置高密度多层多列的线状折弯换热件(4)，所述线状折弯换热件(4)由一根金属丝经过四次折弯形成第一折弯部(401)、第二折弯部(402)、第三折弯部(403)、第四折弯部(404)和第五折弯部(405)，所述线状折弯换热件(4)通过第一折弯部(401)和第五折弯部(405)与所述第一热管(3)蒸发端和冷凝端的外表面焊接；
所述海水淡化器包括第二换热器(901)、第二吸风机(6)、海水淡化蒸发器(902)、冷凝器(903)和第二热管(10)，所述第二热管(10)的蒸发端置于第二换热器(901)内，所述第二热管(10)的冷凝端置于所述海水淡化蒸发器(902)内，所述第二换热器(901)包括第二烟气入口(9011)和第二烟气出口(9012)，所述第二烟气入口(9011)通过第三烟气管道(13)连接于所述烟气源(1)，所述第二烟气出口(9012)通过第四烟气管道(14)连接于所述第二吸风机(6)，所述海水淡化蒸发器(902)包括第二海水入口(9021)、第二海水出口(9022)和淡水蒸汽出口(9023)，所述第二海水入口(9021)通过第二海水管道(16)与第一海水出口(802)连通，所述淡水蒸汽出口(9023)与所述冷凝器(903)连通。
2.根据权利要求1所述的具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，其特征在于，所述第一折弯部(401)和第五折弯部(405)沿着所述第一热管(3)纵向焊接，所述每层线状折弯换热件(4)的第三折弯部(403)上焊有不锈钢圈(406)，所述不锈钢圈(406)将同一层的线状折弯换热件(4)抱箍住。
3.根据权利要求1所述的具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，其特征在于，所述海水淡化蒸发器(902)上设有至少一个抽真空口(9024)。
4.根据权利要求1所述的具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，其特征在于，所述海水淡化蒸发器(902)位于所述第二换热器(901)的上方。
5.根据权利要求1所述的具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，其特征在于，所述海水淡化蒸发器(902)内设置有喷淋装置(9025)，所述喷淋装置(9025)与所述第二海水入口(9021)相连通，喷淋装置(9025)包括5～20组涡旋型喷嘴，涡旋型喷嘴的喷雾角度为60度～120度。
6.根据权利要求1所述的具有垂直低阻力热管的海水淡化装置，其特征在于，所述淡水蒸汽出口(9023)处设有气液分离器(9026)，所述气液分离器(9026)为波形板式。
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