CN106115824A - 一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，包括蒸汽发生器、多效蒸发器和凝汽器；所述蒸汽发生器、所述多效蒸发器和所述凝汽器三者依次集成设置，形成一体化装置；所述蒸汽发生器的进水口连接高温热水管道，所述蒸汽发生器产生启动蒸汽；所述的启动蒸汽通过管道进入所述多效蒸发器，进行蒸发和冷凝，产生蒸汽和成品水；所述多效蒸发器的末端蒸汽进入所述凝汽器冷凝为成品水。本发明蒸汽发生器、多效蒸发器和凝汽器合三为一，最大限度集成，设备紧凑、外形美观、占地面积小；管路节省、阻损降低、热量利用率高；维护和检修方便。

Description

一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置

技术领域

本发明涉及低温多效海水淡化技术领域，尤其是涉及一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置。

背景技术

海水淡化属于一种淡水的增量技术，较常用的海水淡化工艺为低温多效蒸馏技术，该技术在70℃以下进行的海水淡化，解决了主体设备在高温情况下结垢严重的问题。

该技术的特点是将一系列水平管降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到蒸馏水。

现有技术中的蒸汽获取的方式主要有以下几种：

(1)直接将高压高质量的蒸汽通入低温多效蒸馏装置中作为加热热源，进行海水淡化。此方法系统耗气量大、热利用率低。

(2)利用热压缩装置将中高压蒸汽和回流的低温多效蒸馏装置中的低压蒸汽混合减压后进行海水淡化。但由于受压缩机的限制，单台装置的容量小，故不适用于大型工业化应用。

(3)利用热水在闪蒸罐中闪蒸产生蒸汽后通过管道进入多效蒸发器中，进行低温多效海水淡化。闪蒸获得蒸汽的方法需将热源降压，回水则需要增压，压力提升较大；且闪蒸罐与蒸发器分离需管道相连，成本高、占地大，以热水为载体的余热流量巨大，电能消耗也较多。

现有的低温多效蒸馏技术多采用工矿企业现成的蒸汽，多个设备之间管路连接复杂，维护和检修麻烦，设备整体占地面积大，能耗消耗大。

发明内容

本发明的目的在于设计一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，包括蒸汽发生器、多效蒸发器和凝汽器；所述蒸汽发生器、所述多效蒸发器和所述凝汽器三者依次集成设置，形成一体化装置；

所述蒸汽发生器的进水口连接高温热水管道，所述蒸汽发生器产生启动蒸汽；所述的启动蒸汽通过管道进入所述多效蒸发器，进行蒸发和冷凝，产生蒸汽和成品水；所述多效蒸发器的末端蒸汽进入所述凝汽器冷凝为成品水。

进一步的，所述蒸汽发生器包括换热管和喷淋装置，所述换热管的进水口连接所述高温热水管道；

所述多效蒸发器包括第1效蒸发器、第2效蒸发器、…和第n效蒸发器，其中n≥2，所述多效蒸发器分为前m效蒸发器和后(n-m)效蒸发器，其中m≥1；所述多效蒸发器中的每一效蒸发器均包括换热管和喷淋装置，所述后(n-m)效蒸发器的喷淋装置的进水为物料海水，所述前m效蒸发器的喷淋装置的进水为所述后(n-m)效蒸发器中产生的浓盐水；

所述启动蒸汽通过管道进入所述第1效蒸发器中的所述换热管，与所述第1效蒸发器中的所述喷淋装置喷淋的海水进行换热后，冷凝成成品水，所述成品水进入所述蒸汽发生器中的喷淋装置；所述第1效蒸发器中的喷淋装置喷淋的水经过吸热后形成效间蒸汽和浓盐水；所述效间蒸汽进入下一效蒸发器的换热管；并依此类推，直至第n效蒸发器；第n效蒸发器中产生的蒸汽经过所述凝汽器冷凝后形成成品水。

进一步的，所述前m效蒸发器产生的浓盐水连通到浓盐水闪蒸罐生成成品水和超浓盐水，所述超浓盐水经浓盐水泵排出，所述成品水进入后(n-m)效蒸发器。

进一步的，从第(m+1)效蒸发器起，形成的浓盐水通过所述效间浓盐水管逐级排入下一效蒸发器，直至第n效蒸发器；第n效蒸发器汇合的浓盐水经中间水泵提升至预热器后进入前m效蒸发器的喷淋装置内。

进一步的，原料海水进水管的来水经过所述凝汽器加热后，一部分海水由海水冷却水出水管排出；另一部分作为物料水，经预热器预热后，以平流喷淋方式进入所述后(n-m)效蒸发器的喷淋装置。

进一步的，所述高温热水管道中的热水经过所述蒸汽发生器转化为中低温热水再经过所述预热器后排出。

进一步的，所述高温热水来自工矿企业未被利用的余热，所述中低温热水预热所述物料水后转换为低温热水返回工矿企业。

进一步的，还包括射汽抽气器，所述射汽抽气器分别与所述多效蒸发器和所述凝汽器连接抽真空。

进一步的，所述多效蒸发器喷淋装置根据不同换热强度非均相布置喷头数量和间距，使换热强度与表面喷淋密度高度一致。

进一步的，还包括除垢系统，所述除垢系统向所述蒸汽发生器的所述换热管内通入压力蒸汽，并向管外喷淋物料海水，通过管内外压力差、温度差和喷淋作用，将水垢除去。

本发明提出一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，最大限度实现蒸汽发生器、多效蒸发器和凝汽器一体化，节省设备占地面积，维护简单方便。该装置直接通入热水即可驱动海水淡化，热利用率高，产水率和浓缩比高，适用于大部分低、高温热水资源丰富的工矿企业。该技术不仅能降低工矿企业生产过程中的成本又是企业实现节能减排的一项重要举措。

本发明的有益效蒸发器果可以总结如下：

1、本发明将低温多效海水淡化主体设备蒸汽发生器、多效蒸发器和凝汽器合三为一，最大限度系统集成。设备紧凑、外形美观、占地面积小；管路节省、阻损降低、热量利用率高；维护和检修方便。

2、设备不需酸洗除垢，采用创新方法除垢，无需消耗酸液，不会产生废液造成二次污染。

3、本发明采用平逆流进料方式，用部分盐水回流以替代部分物料海水，经过合理的设计优化，提高整个系统的产水率和能源利用率。

4、本发明产水率高，浓缩比高(>2)，系统耗电少，热量利用率高，成本大幅降低，解决了现有低温多效海水淡化工艺制水成本高的问题。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图。

图2为本发明的外部结构示意图。

标号说明：

蒸汽发生器1、多效蒸发器2、凝汽器3、高温热水进水管4、首效蒸发器成品水出水管5、低温热水回水管6、蒸汽发生器成品水进水管7、效间浓盐水管8、效间成品水管9、原料海水进水管10、海水冷却水出水管11、蒸发器海水进水管12、中低压蒸汽管13、射汽抽气器14、喷淋装置15、蒸汽发生器循环泵16、成品水泵17、中间水泵18、浓盐水闪蒸罐19、浓盐水泵20、预热器21。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示的一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，包括蒸汽发生器1、多效蒸发器2、凝汽器3三大主体设备，还包括预热器21、射汽抽气器14和除垢系统等辅助设备。蒸汽发生器1、多效蒸发器2和凝汽器3三者高效集成，形成一体化装置。节省设备占地面积，维护简单方便，可直接利用热水驱动海水淡化，热利用率高，产水率和浓缩比高。

高温热水进水管4与所述蒸汽发生器1的进水口连接，所述蒸汽发生器1产生启动蒸汽；所述的启动蒸汽通过管道进入多效蒸发器2，进行蒸发和冷凝，产生蒸汽和成品水；末效蒸发器产生的蒸汽通过管路进入所述凝汽器3，凝结为成品水；所述射汽抽气器14分别与所述多效蒸发器2和所述凝汽器3连接抽真空；

所述多效蒸发器2包括第1效蒸发器、第2效蒸发器、…和第n效蒸发器，其中n≥2，所述多效蒸发器2分为前m效蒸发器和后(n-m)效蒸发器，其中m≥1。

所述蒸汽发生器1包括换热管和喷淋装置15，成品水经蒸汽发生器循环泵16提升至蒸汽发生器喷淋装置15，高温热水与成品水经过换热后，产生启动蒸汽。

其中高温热水进水管4通过法兰与蒸汽发生器1热水进水口连接，所述的蒸汽发生器1热水出口法兰与低温热水回水管6连接，所述的首效蒸发器的成品水经蒸汽发生器循环泵16提升至蒸汽发生器进料口而进入喷淋装置15。热水与成品水经过换热后，产生启动蒸汽。

所述每一效蒸发器均包括换热管、喷淋装置15、效间浓盐水管8和效间成品水管9；所述第1效蒸发器产生的成品水由所述首效蒸发器成品水出水管5排出，经蒸汽发生器循环泵16提升进入所述蒸汽发生器1，从第2效蒸发器产生的成品水逐级排向下一效蒸发器，直至末效蒸发器；第n效蒸发器汇合的成品水经成品水泵17提升排出；通过喷淋装置15分别向蒸发器喷淋经预热的物料海水(后(n-m)效蒸发器)和盐水(前m效蒸发器)。其中中间水泵18将末效蒸发器汇合的盐水提升至前m效蒸发器喷淋装置15。蒸发器利用一系列水平降膜换热管内的蒸汽加热管外物料水，并使其蒸发形成蒸汽。各效蒸发器间连有蒸汽连接管、效间浓盐水管8和效间成品水管9。蒸汽进入下一效蒸发器的换热管，冷凝为成品水进行收集，前m效蒸发器盐水经过多次闪蒸，进一步回收成品水，提高产水率和浓缩比，最终形成的浓盐水经浓盐水泵20排至盐场晒盐。通过重复的蒸发和冷凝，每一效蒸发器的温度、压力均比上一效蒸发器略低，从而依靠低温度和压力的加热蒸汽产生大量的蒸馏水。不仅提高了系统产水率，还充分利用盐水自带的热量，提高整个系统的能源利用率。

从第(m+1)效蒸发器起，形成的浓盐水通过所述效间浓盐水管8逐级排入下一效蒸发器，直至第n效蒸发器；第n效蒸发器汇合的浓盐水经中间水泵18提升至预热器21后进入前m效蒸发器的喷淋装置15内；第1效蒸发器形成的浓盐水通过效间浓盐水管8逐级排入下一效蒸发器，直至第m效蒸发器，第m效蒸发器汇合的浓盐水进入浓盐水闪蒸罐19生成成品水和浓盐水，所述浓盐水经浓盐水泵20排出，所述成品水进入后(n-m)效蒸发器。将前m效的浓盐水闪蒸后排出，进一步提高产水率。

冷却海水由原料海水进水管10进入所述凝汽器3，海水冷凝末效蒸发器蒸汽被加热后，一部分海水由海水冷却水出水管11排出，另一部分作为物料水经蒸发器海水进水管12进入预热器21预热后，以平流喷淋方式进入所述后(n-m)效蒸发器的喷淋装置15。末效蒸发器产生的蒸汽在凝汽器3中全部冷凝为成品水，凝汽器3布置高度略高于蒸发器，凝结水也自流至末效蒸发器，成品水由成品水泵17输送至厂区供生产使用。凝汽器3同时与经过预处理的海水管路连接，通过海水的冷凝将末效蒸发器蒸汽凝结成成品水的同时，海水得以加热，小部分作为物料海水进入后(n-m)效蒸发器，大部分排入大海。

所述高温热水经过所述蒸汽发生器1转化为中低温热水，所述中低温热水通过低温热水回水管6与所述预热器21连接，作为所述预热器21的热源后排出；所述高温热水来自工矿企业未被利用的余热，所述中低温热水预热所述物料水后转换为低温热水返回工矿企业。所述的预热器21分别将部分物料海水和盐水加热后进入部分蒸发器的喷淋装置15。预热器21采用中低温热水的余热加热物料水，降低物料水的过冷度，提高蒸汽产生量。

所述射汽抽气器分别与所述多效蒸发器和所述凝汽器连接抽真空。所述射汽抽气器14分别与所述第1效蒸发器和所述凝汽器3连接，中低压蒸汽通过中低压蒸汽管13进入射汽抽气器14进行抽真空。

利用工矿企业的中低压蒸汽作为辅助汽源，通过射汽抽气器14，在海水淡化主体装置中的最热端和最冷端，将泄露进入蒸发器的空气和不凝结气抽出海水淡化蒸发器，避免蒸发器压力提高，温度偏离设计工况、换热效率下降、制水达不到设计值等不利现象出现。射汽抽气器14汽源为工矿企业提供的中低压蒸汽，不消耗电能，无运动部件，工作可靠，设备投资低。

所述多效蒸发器2喷淋装置15根据不同换热强度非均相布置喷头数量和间距，使换热强度与表面喷淋密度高度一致。所述的除垢系统是向前面所述换热管内通压力蒸汽，管外喷淋物料海水，通过管内外压力差、温度差和喷淋作用，将水垢除去，降低高倍浓缩系统易出现结垢与局部过浓析盐的风险。特殊的除垢方式，采用独有的“管内蒸汽+管外喷淋”组合技术取代酸洗，既节省了酸液成本，又避免废液造成的二次污染。

本发明合理设计和优化，使整个低温多效蒸馏海水淡化装置的造水比和浓缩比大，其中，浓缩比＞2，从而保证在成品水量一定的情况下，减少海水的提取量。与此同时，在高浓缩比的条件下，仍能有效降低结垢风险，延长除垢间隔。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：包括蒸汽发生器、多效蒸发器和凝汽器；所述蒸汽发生器、所述多效蒸发器和所述凝汽器三者依次集成设置，形成一体化装置；

所述蒸汽发生器的进水口连接高温热水管道，所述蒸汽发生器产生启动蒸汽；所述的启动蒸汽通过管道进入所述多效蒸发器，进行蒸发和冷凝，产生蒸汽和成品水；所述多效蒸发器的末端蒸汽进入所述凝汽器冷凝为成品水。

2.根据权利要求1所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述蒸汽发生器包括换热管和喷淋装置，所述换热管的进水口连接所述高温热水管道；

所述多效蒸发器包括第1效蒸发器、第2效蒸发器、…和第n效蒸发器，其中n≥2，所述多效蒸发器分为前m效蒸发器和后(n-m)效蒸发器，其中m≥1；所述多效蒸发器中的每一效蒸发器均包括换热管和喷淋装置，所述后(n-m)效蒸发器的喷淋装置的进水为物料海水，所述前m效蒸发器的喷淋装置的进水为所述后(n-m)效蒸发器中产生的浓盐水；

所述启动蒸汽通过管道进入所述第1效蒸发器中的所述换热管，与所述第1效蒸发器中的所述喷淋装置喷淋的海水进行换热后，冷凝成成品水，所述成品水进入所述蒸汽发生器中的喷淋装置；所述第1效蒸发器中的喷淋装置喷淋的水经过吸热后形成效间蒸汽和浓盐水；所述效间蒸汽进入下一效蒸发器的换热管；并依此类推，直至第n效蒸发器；第n效蒸发器中产生的蒸汽经过所述凝汽器冷凝后形成成品水。

3.根据权利要求2所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述前m效蒸发器产生的浓盐水连通到浓盐水闪蒸罐生成成品水和超浓盐水，所述超浓盐水经浓盐水泵排出，所述成品水进入后(n-m)效蒸发器。

4.根据权利要求3所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：从第(m+1)效蒸发器起，形成的浓盐水通过所述效间浓盐水管逐级排入下一效蒸发器，直至第n效蒸发器；第n效蒸发器汇合的浓盐水经中间水泵提升至预热器后进入前m效蒸发器的喷淋装置内。

5.根据权利要求2所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：原料海水进水管的来水经过所述凝汽器加热后，一部分海水由海水冷却水出水管排出；另一部分作为物料水，经预热器预热后，以平流喷淋方式进入所述后(n-m)效蒸发器的喷淋装置。

6.根据权利要求2所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述高温热水管道中的热水经过所述蒸汽发生器转化为中低温热水再经过所述预热器后排出。

7.根据权利要求6所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述高温热水来自工矿企业未被利用的余热，所述中低温热水预热所述物料水后转换为低温热水返回工矿企业。

8.根据权利要求1所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：还包括射汽抽气器，所述射汽抽气器分别与所述多效蒸发器和所述凝汽器连接抽真空。

9.根据权利要求2所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述多效蒸发器喷淋装置根据不同换热强度非均相布置喷头数量和间距，使换热强度与表面喷淋密度高度一致。

10.根据权利要求2所述的高效集成化低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：还包括除垢系统，所述除垢系统向所述蒸汽发生器的所述换热管内通入压力蒸汽，并向管外喷淋物料海水，通过管内外压力差、温度差和喷淋作用，将水垢除去。