CN107089696A - 一种喷雾蒸发海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种喷雾蒸发海水淡化装置，包括热泵系统和海水淡化系统，热泵系统包括相互串联的冷凝器、蒸发器以及压缩机，海水淡化系统包括真空罐，真空罐内分设有蒸发室和冷凝室，蒸发室和冷凝室上部相通；冷凝器与蒸发室的顶端、蒸发器与冷凝器的顶端均通过水管连通。本发明中的喷雾蒸发海水淡化装置，海水蒸发和冷凝在多级真空罐中实现，真空罐内喷雾蒸发和冷凝所需要的热量和冷量由热泵系统提供，第一级真空罐内出来的淡水对海水进行预热，第N级真空罐出来的卤水经过蒸发池和结晶池形成盐和母液，所需热量同样可以利用热泵系统冷凝热，整个装置充分利用了各部件热量，真空罐水分蒸发和冷凝都由喷雾形式完成，传热传质效率高，装置高效节能。

Description

一种喷雾蒸发海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，特别是涉及一种喷雾蒸发海水淡化装置。

背景技术

淡水资源对人们的生产生活有着极其重要的影响，是人类生存和发展的最重要物资基础之一，但目前能达到生产生活条件的淡水资源却非常有限，国内外的淡水资源紧缺的形势日益严重。海洋中含有大量的水资源，但其含有大量的卤素元素等物质，故无法被人们所直接利用。目前开发和利用海水淡化技术已越来越成为解决淡水资源紧缺问题的重要手段。

常用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法等，受成本，工艺和效率等问题的限制，目前应用最广泛的方法是反渗透膜法及蒸馏法。蒸馏法是通过加热海水使之沸腾汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。蒸馏法海水淡化技术是最早投入工业化应用的淡化技术，特点是即使在污染严重、高生物活性的海水环境中也适用，产水纯度高。与膜法海水淡化技术相比，蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、装置的生产能力大，是当前海水淡化的主流技术之一。

蒸馏法主要包括多效蒸发技术和多级闪蒸技术，虽然多效蒸馏法是最早使用的海水淡化技术，但由于结垢和腐蚀等问题，一直未得到广泛的应用。随着低温多效蒸馏技术的出现和发展，其所占的市场份额正不断扩大。与多级闪蒸相比，多效蒸馏法具有传热系数高，所需的传热面积少，热利用效率高的优点，但是设备的结构比较复杂，装置体积庞大。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷雾蒸发海水淡化装置，以解决上述现有技术存在的问题，海水蒸发和冷凝在多级真空罐中实现，真空罐内喷雾蒸发和冷凝所需要的热量和冷量由压缩式热泵提供，第一级真空罐内出来的淡水对海水进行预热，第N级真空罐出来的卤水经过蒸发池和结晶池形成盐和母液，所需热量同样可以利用压缩式热泵系统冷凝热，整个装置充分利用了各部件热量，真空罐水分蒸发和冷凝都由喷雾形式完成，传热传质效率高，装置高效节能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种喷雾蒸发海水淡化装置，包括热泵系统和海水淡化系统，所述热泵系统包括相互串联的冷凝器、蒸发器以及压缩机，所述海水淡化系统包括真空罐，所述真空罐内分设有蒸发室和冷凝室，所述蒸发室和冷凝室上部相通；所述冷凝器与所述蒸发室的顶端、所述蒸发器与所述冷凝器的顶端均通过水管连通。

可选的，所述热泵系统还包括节流阀和制冷剂罐，所述冷凝器与所述蒸发器之间连接设置有所述节流阀和制冷剂罐。

可选的，所述蒸发室的顶端设置有海水喷嘴，所述冷凝室的顶端设置有淡水喷嘴。

可选的，所述蒸发室与所述冷凝室之间通过一薄板隔开，所述薄板上部设置有一过滤网。

可选的，所述真空罐的数量为多个，各个所述真空罐的蒸发室依次串联，各个所述真空罐的冷凝室也依次相串联。

可选的，前一级所述真空罐的蒸发室与后一级所述真空罐蒸发室的顶端相连通，后一级所述真空罐的冷凝室与前一级所述真空罐冷凝室的顶端相连通。

可选的，所述海水淡化系统还包括依次连通的蒸发池、结晶池，最后一级所述真空罐的蒸发室末端与所述蒸发池相连；所述结晶池的末端设置有排泄口。

可选的，所述海水淡化系统还包括换热器，所述第一级真空罐的冷凝室与所述换热器相连；所述换热器设置在所述冷凝器的前端，所述换热器用于预先对海水进行换热。

可选的，所述海水淡化系统还包括淡水池，所述换热器的出水端与所述淡水池相连通，所述换热器的进水端通过一海水泵泵取海水。

可选的，所述蒸发器通过一淡水泵与所述淡水池相连。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)传热传质效率高：该装置采用真空罐喷嘴蒸发海水淡化，真空罐内部左室为蒸发室，右室为冷凝室，海水和冷却水分别在蒸发室和冷凝室内形成微小喷雾的形式，传热传质效率高，蒸发室内水蒸气透过过滤网进入冷凝室，传质阻力小，蒸发室和冷凝室共用一个真空罐，内部除了喷嘴和薄板，没有其他任何部件，结构简单紧凑，成本低。

(2)能量利用率高：该装置利用压缩式热泵冷凝器作为热源直接加热海水，而热泵蒸发器作为冷源直接冷却水。同时，该装置充分利用了第一级真空罐中出来的淡水的热量，对海水进行预热，卤水蒸发池和结晶池所需热量同样由热泵冷凝器提供，因此该装置能量利用率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中喷雾蒸发海水淡化装置的整体结构示意图；

图2为本发明中真空罐的具体结构示意图；

其中，1海水入口；2海水泵；3淡水出口；4换热器；5冷凝器；6第一级真空罐；7海水喷嘴；8过滤网；9薄板；10淡水喷嘴；11第二级真空罐；12第N级真空罐；13节流阀；14制冷剂罐；15蒸发器；16冷却水入口；17压缩机；18淡水泵；19淡水池；20蒸发池；21结晶池；22排泄口；23水滴；24冷凝室；25蒸发室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种喷雾蒸发海水淡化装置，以解决上述现有技术存在的问题，海水蒸发和冷凝在多级真空罐中实现，真空罐内喷雾蒸发和冷凝所需要的热量和冷量由压缩式热泵提供，第一级真空罐内出来的淡水对海水进行预热，第N级真空罐出来的卤水经过蒸发池和结晶池形成盐和母液，所需热量同样可以利用压缩式热泵系统冷凝热，整个装置充分利用了各部件热量，真空罐水分蒸发和冷凝都由喷雾形式完成，传热传质效率高，装置高效节能。

本发明的喷雾蒸发海水淡化装置，包括热泵系统和海水淡化系统，热泵系统包括相互串联的冷凝器、蒸发器以及压缩机，海水淡化系统包括真空罐，真空罐内分设有蒸发室和冷凝室，蒸发室和冷凝室上部相通；冷凝器与蒸发室的顶端、蒸发器与冷凝器的顶端均通过水管连通。

海水淡化过程中，首先海水由冷凝器进入装置中，冷凝器释放的热量对海水进行加热，带有一定热量的海水经由水管到达真空罐的蒸发室内，用于真空罐内的压力小于该温度下海水的饱和蒸气压，海水蒸发形成微小喷雾；与此同时蒸发器内引入部分冷却淡水，蒸发器吸收冷却淡水中的热量，从而降低冷却淡水的温度，降低温度后的冷却淡水通过水管进入真空罐的冷凝室中，由于蒸发室与冷凝室的上部相通，蒸发室中温度较高的微小喷雾外溢，冷凝室中的冷却淡水将由蒸发室扩散过来的冷凝室的水蒸气冷凝形成淡水，再回收到淡水池中。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-2，其中，图1为本发明中喷雾蒸发海水淡化装置的整体结构示意图；图2为本发明中真空罐的具体结构示意图。

如图1-2所示，本发明提供一种喷雾蒸发海水淡化装置，包括热泵系统和海水淡化系统，热泵系统包括相互串联的冷凝器5、蒸发器15以及压缩机17，海水淡化系统包括真空罐，真空罐内分设有蒸发室25和冷凝室24，蒸发室25和冷凝室24上部相通；冷凝器5与蒸发室25的顶端、蒸发器15与冷凝器5的顶端均通过水管连通。

热泵系统还包括节流阀13和制冷剂罐14，冷凝器5与蒸发器15之间连接设置有节流阀13和制冷剂罐14。真空罐的蒸发室25的顶端设置有海水喷嘴7，冷凝室24的顶端设置有淡水喷嘴10，能够更加方便地对海水以及冷却淡水进行喷洒，提高海水淡化的工作效率。蒸发室25与冷凝室24之间通过一薄板9隔开，薄板9上部设置有一过滤网8，该过滤网8能够有效防止蒸发室25内海水液滴被夹带到冷凝室24。

真空罐的数量为多个，各个真空罐的蒸发室25依次串联，各个真空罐的冷凝室24也依次相串联。前一级真空罐的蒸发室25与后一级真空罐蒸发室25的顶端相连通，后一级真空罐的冷凝室24与前一级真空罐冷凝室24的顶端相连通。海水淡化系统还包括依次连通的蒸发池20、结晶池21，最后一级真空罐的蒸发室25末端与蒸发池20相连；结晶池21的末端设置有排泄口22，用于排出盐和母液。

海水淡化系统还包括换热器4，第一级真空罐6的冷凝室24与换热器4相连；换热器4设置在冷凝器5的前端，换热器4用于预先对海水进行换热。海水淡化系统还包括淡水池19，换热器4的出水端与淡水池19相连通，换热器4的进水端通过一海水泵2泵取海水。蒸发器15通过一淡水泵18与淡水池19相连。

在对海水的淡化处理过程中，海水在海水泵2的动力下经由海水入口1泵入换热器4中，本实施例中的换热器4采用间壁式换热器，海水被从第一级真空罐6的冷凝室24出来的淡水预加热，换热器4出来的海水进入压缩式热泵系统中的冷凝器5，被冷凝器5释放的热量加热至一定温度，加热后的海水在水管中流动后由海水喷嘴7喷洒进入第一级真空罐6的蒸发室25，由于蒸发室25内被抽真空，其压力低于该温度下海水的饱和蒸气压，因此，在海水喷嘴7的作用下，海水在蒸发室25中形成微小喷雾23，未形成喷雾的海水由于海水蒸发而导致温度降低，由蒸发室25底部出口出，进入第二级真空罐11内的蒸发室25，在低压力下由海水喷嘴7形成水蒸气喷雾，如此进入第三级真空罐、第四级真空罐，直至第N级真空罐12内的蒸发室25；

通过淡水泵18与淡水池19连接的蒸发器15，其通过冷却水入口16引入少量淡水，蒸发器15对少量淡水进行冷却形成冷却水，冷却水由第N级真空罐12的冷凝室24顶部的淡水喷嘴10进入冷凝室24中，在真空罐负压的作用下形成微小喷雾23，将由蒸发室25扩散进入冷凝室24的水蒸气冷凝(利用淡水与海水的温度差，对海水扩散过来的水蒸气进行冷凝)，冷凝水的温度升高，由底部出口出，进入第N-1级真空罐的冷凝室24，如此陆续进入前面的真空罐，直至第一级真空罐6的冷凝室24，最后由第一级真空罐6的冷凝室24出口出，形成具有一定高温的淡水，进入换热器4，具有高温的淡水再对初进入换热器4的海水进行预加热，淡水由换热器4的淡水出口3排出至淡水池19中；

第N级真空罐12中蒸发室25出来的卤水进入蒸发池20和结晶池21，所需的热量也由热泵系统中的冷凝器5提供，最终形成盐和母液，由排泄口22排出。

如图2a和2b所示，本发明的喷雾蒸发海水淡化装置，在该实施例中其真空罐采用的圆柱形罐，以第一级真空罐6为例，真空罐内部由过滤网8和薄板9分成左室和右室，分别作为蒸发室25和冷凝室24，在蒸发室25和冷凝室24的顶部中间分别设置海水喷嘴7和淡水喷嘴10，底部设置有出口，蒸发室25和冷凝室24共用一个真空罐，真空罐左侧的蒸发室25水蒸气透过过滤网8进入右侧的冷凝室24内，过滤网8能够有效阻止蒸发室25内海水液滴被夹带到冷凝室24。

本发明喷雾蒸发海水淡化装置中的压缩式热泵系统中的冷凝器5直接给从间壁式换热器4中出来的被预加热的海水提供热量，加热海水，蒸发器15直接吸收冷却水中的热量，降低冷却水温度，制冷剂在热泵系统中的制冷剂罐14中，经过节流阀13，冷凝器5，压缩机17以及蒸发器15，形成一个封闭的制冷剂循环，构成一个压缩式热泵系统。

需要说明的是，本发明中的换热器并不局限于使用间壁式换热器，只要其他能满足同样要求的换热器均可，同时真空罐的形状也并不局限于使用圆柱形罐，其他形状的能满足要求的真空罐也均落入本发明的保护范围内。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：包括热泵系统和海水淡化系统，所述热泵系统包括相互串联的冷凝器、蒸发器以及压缩机，所述海水淡化系统包括真空罐，所述真空罐内分设有蒸发室和冷凝室，所述蒸发室和冷凝室上部相通；所述冷凝器与所述蒸发室的顶端、所述蒸发器与所述冷凝器的顶端均通过水管连通。

2.根据权利要求1所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述热泵系统还包括节流阀和制冷剂罐，所述冷凝器与所述蒸发器之间连接设置有所述节流阀和制冷剂罐。

3.根据权利要求1所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述蒸发室的顶端设置有海水喷嘴，所述冷凝室的顶端设置有淡水喷嘴。

4.根据权利要求1所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述蒸发室与所述冷凝室之间通过一薄板隔开，所述薄板上部设置有一过滤网。

5.根据权利要求1所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述真空罐的数量为多个，各个所述真空罐的蒸发室依次串联，各个所述真空罐的冷凝室也依次相串联。

6.根据权利要求5所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：前一级所述真空罐的蒸发室与后一级所述真空罐蒸发室的顶端相连通，后一级所述真空罐的冷凝室与前一级所述真空罐冷凝室的顶端相连通。

7.根据权利要求5所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述海水淡化系统还包括依次连通的蒸发池、结晶池，最后一级所述真空罐的蒸发室末端与所述蒸发池相连；所述结晶池的末端设置排泄口。

8.根据权利要求5所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述海水淡化系统还包括换热器，所述第一级真空罐的冷凝室与所述换热器相连；所述换热器设置在所述冷凝器的前端，所述换热器用于预先对海水进行换热。

9.根据权利要求8所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述海水淡化系统还包括淡水池，所述换热器的出水端与所述淡水池相连通，所述换热器的进水端通过一海水泵泵取海水。

10.根据权利要求9所述的喷雾蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述蒸发器通过一淡水泵与所述淡水池相连。