CN107445233A - 一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统 - Google Patents

一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统，包括一效蒸发器及二效蒸发器，一级热泵系统与工业循环水源连通，二级热泵系统为一效蒸发器提供饱和蒸汽及高温原料海水，一效蒸发器及二效蒸发器产生的浓海水一路用于加热原料海水后排出，另一路反补到未蒸发原料海水中，在淡水冷凝器末端安装抽不凝气泵，一效蒸发器及二效蒸发器串联连接，抽不凝气泵使蒸发器壳体蒸汽通路产生负压，蒸发器产生的蒸汽冷凝成淡水后再用于加热原料海水后排出。本发明有效吸收工业循环水热能，减少工业热源污染，蒸发器利用喷淋闪蒸和降膜蒸发技术，通过浓盐水回补、外排热能加热原料水等多种手段大大提升了海水淡化的热能效率，降低了海水淡化成本。

Description

一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统
技术领域
本发明属于海水淡化及水处理技术领域，特别是一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统。
背景技术
多效蒸馏技术可利用各种低品位热能蒸馏海水生产高品质淡水，具有对海水水质要求低、热能利用率高、传热效率高、操作弹性大(40％-110％)、产水水质高(溶解性固态物总量TDS<10PPM)、装置使用寿命长等特点，已成为一项重要的海水淡化技术。在该项技术中，多效横管降膜式蒸发器更是得到了广泛的应用，然而在多效横管降膜式蒸发器中，由于蒸发工艺会有一定的热损失，因此需要使用电加热锅炉补充系统中的蒸汽，热能消耗较大，造成该项技术整体上热能消耗比较大，海水淡化成本较高，使该技术的推广受到能源成本的制约，严重阻碍了在我国规模化、产业化发展。
与此同时，在我国经济迅猛发展的带动下，沿海地区广泛设立电厂，电厂利用海水冷凝汽轮机做功后产生大量温度在30-40℃的温海水。由于该温海水热能品位极低，通常直接排放到海洋中，造成对周边环境的热污染。
发明内容
本发明的目的是针对目前多效蒸馏技术存在的热能消耗比较大，海水淡化成本较高的不足以及工业低品位热源造成的环境热污染，而提供一种将水源热泵系统与机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统进行有机结合，通过两级热泵分别实现海水加热升温与蒸馏淡化。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统，包括串联使用的一效蒸发器及二效蒸发器，作为加热原料海水的一级热泵系统由一级压缩机、蒸发器、一级膨胀阀及冷凝器串接构成，蒸发器中换热管路与工业循环水源连通，原料海水通过原料泵泵入管道后分两路经淡水换热器和浓海水换热器加热升温后管道汇集输入到一级热泵系统的冷凝器中进一步升温至63℃排出，管道排出的63℃原料海水输送到由二级压缩机、蒸汽发生器、二级膨胀阀和淡水冷凝器串接构成的二级热泵系统中，63℃原料海水通过管道进入蒸汽发生器后进行蒸发，蒸发产生的63℃饱和蒸汽通过管路输入到一效蒸发器的传热管中进行冷凝，蒸汽发生器产生的未蒸发原料海水由底部管道输出后经进口泵同时送入一效蒸发器及二效蒸发器的原料海水入口，在一效蒸发器及二效蒸发器传热管外表面进行降膜蒸发，一效蒸发器及二效蒸发器产生的浓海水分别通过各自底部的管道排出，各自排出的浓海水管道汇集后经由浓海水泵管道输出，管道输出的一路高温浓海水进入浓海水换热器后降温排出，管道输出的另一路高温浓海水通过管路与蒸汽发生器底部的输出管道连接，将高温浓海水反补到未蒸发原料海水中将原料海水降温至60℃，在所述淡水冷凝器的末端安装有抽不凝气泵，抽不凝气泵使一效蒸发器、二效蒸发器及淡水冷凝器的壳体间蒸汽通路产生负压，一效蒸发器产生的蒸汽进入二效蒸发器传热管中并被冷凝成为淡水，进入二效蒸发器的部分原料海水首先直接闪蒸成蒸汽，另一部分未闪蒸的原料海水经二效蒸发器传热管表面降膜蒸发后继续产生蒸汽。二效蒸发器产生的蒸汽通过二效蒸发器末端的蒸汽出口由管道送入淡水冷凝器，淡水冷凝器产生的淡水经由底部管道与一效蒸发器及二效蒸发器传热管中产生并由底部管道排出的淡水管道汇集后送入产品水泵，产品水泵的输出管道经淡水换热器后降温输出。
而且，所述由一级压缩机、蒸发器、一级膨胀阀及冷凝器串接构成的一级热泵系统，和由二级压缩机、蒸汽发生器、二级膨胀阀和淡水冷凝器串接构成的二级热泵系统均采用氟利昂作为导热介质。
而且，所述淡水换热器和浓海水换热器均采用板式换热器。
而且，所述输入到一级热泵系统冷凝器中升温至63℃的原料海水由一级压缩机做功控制实现。
本发明的优点和积极效果是：
(1)本发明以水源热泵作为一级热泵系统，有效吸收电厂排放的温海水热能，通过压缩机驱动氟利昂热力学循环，加热提升海水的温度，由此替代传统蒸馏海水淡化系统中的电加热锅炉，无需再消耗大量电能用于产生加热海水的辅助蒸汽。
(2)本发明中一级热泵系统加热后的海水进入蒸汽发生器，原料海水被二级热泵系统中的高温气态氟利昂加热蒸发，生成温度为63℃的饱和水蒸气和浓盐水，其中该水蒸气将作为后续多效蒸馏淡化系统的加热蒸汽，发生器产出的浓盐水将与多效蒸馏淡化系统排放的浓盐水进行混合后作为多效蒸馏淡化系统的原料海水，整个蒸发器系统热能利用率高，同时巧妙利用高温浓海水的热能，为蒸发器提供热量补充。
(3)本发明中通过水环真空泵抽取海水蒸发所产生的不凝气，使该多效蒸馏海水淡化装置在负压环境下运行，有效保持首效蒸发器蒸发温度保持在60℃，效间温差控制在3℃左右。
(4)本发明中，在二效蒸发器中，过热原料海水喷淋后由于环境压力相对较低，部分海水通过消耗自身显热立即闪蒸成蒸汽。未被闪蒸的海水将重复上1效蒸发器水平管降膜蒸发过程，通过降膜蒸发结合喷淋闪蒸大大提高了淡水回收率。
(5)本发明中多效蒸馏海水淡化系统所产出的淡水和浓盐水分别经两个板式换热器与原海水进行换热，将蒸馏淡化过程中的热能回收，实现了蒸馏淡化工艺的高效节能。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统，如图1所示，包括串联使用的一效蒸发器14及二效蒸发器13，本发明的创新点是，作为加热原料海水的一级热泵系统由一级压缩机2、蒸发器1、一级膨胀阀3及冷凝器4串接构成，蒸发器中利用外部工业循环水源18作为补充热源，以减少一级压缩机的耗能，原料海水通过原料泵8泵入管道后分两路经淡水换热器7和浓海水换热器9加热升温后输入到一级热泵系统的冷凝器中进一步升温至63℃排出，排出的63℃原料海水输送到由二级压缩机17、蒸汽发生器16、二级膨胀阀12和淡水冷凝器6串接构成的二级热泵系统中，63℃原料海水进入蒸汽发生器后进行蒸发，蒸发产生的63℃饱和蒸汽通过管路输入到一效蒸发器的传热管中进行冷凝，蒸汽发生器产生的未蒸发海水由底部管道输出后经进口泵15同时送入一效蒸发器及二效蒸发器的原料海水入口，在一效蒸发器及二效蒸发器传热管外表面进行降膜蒸发，一效蒸发器及二效蒸发器产生的浓海水分别通过各自底部的管道排出，各自排出的浓海水汇集后经由浓海水泵11管道输出，输出的一路浓海水进入浓海水换热器，浓海水由58℃降至23℃后由浓海水换热器管道排出，输出的另一路高温浓海水通过管路与蒸汽发生器底部的输出管道连接，将高温浓海水反补到原料海水中，同时将蒸汽发生器底部输出的高温原料海水降温至60℃，在所述淡水冷凝器的末端安装有抽不凝气泵5，抽不凝气泵使一效蒸发器、二效蒸发器及淡水冷凝器的壳体间蒸汽通路产生负压，使一效蒸发器蒸发温度保持在60℃，效间温差控制在3℃，一效蒸发器产生的蒸汽进入二效蒸发器传热管并冷凝成为淡水，进入二效蒸发器的部分原料海水通过消耗自身显热立即闪蒸成蒸汽，未被闪蒸的原料海水经二效蒸发器传热管降膜蒸发后继续产生蒸汽。二效蒸发器产生的蒸汽通过二效蒸发器末端的蒸汽出口由蒸汽管道送入淡水冷凝器，淡水冷凝器产生的淡水经由底部的淡水管道与一效及二效蒸发器传热管中产生并由底部管道排出的管道淡水汇集后送入产品水泵10，产品水泵的输出管道与淡水换热器连接，将高温产品水降温后输出。
在本发明的具体实施中，所述由一级压缩机、蒸发器、一级膨胀阀及冷凝器串接构成的一级热泵系统，和由二级压缩机、蒸汽发生器、二级膨胀阀和淡水冷凝器串接构成的二级热泵系统均是采用氟利昂作为导热介质。
在本发明的具体实施中，所述淡水换热器和浓海水换热器均采用板式换热器。
在本发明的具体实施中，所述输入到一级热泵系统的冷凝器中升温至63℃的原料海水由一级压缩机做功实现。

Claims (4)

1.一种耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统，包括串联使用的一效蒸发器及二效蒸发器，其特征在于：作为加热原料海水的一级热泵系统由一级压缩机、蒸发器、一级膨胀阀及冷凝器串接构成，蒸发器中换热管路与工业循环水源连通，原料海水通过原料泵泵入管道后分两路经淡水换热器和浓海水换热器加热升温后管道汇集输入到一级热泵系统的冷凝器中进一步升温排出，管道排出的原料海水输送到由二级压缩机、蒸汽发生器、二级膨胀阀和淡水冷凝器串接构成的二级热泵系统中，原料海水通过管道进入蒸汽发生器后进行蒸发，蒸发产生的饱和蒸汽通过管路输入到一效蒸发器传热管中进行冷凝，蒸汽发生器产生的未蒸发原料海水由底部管道输出后经进口泵同时送入一效蒸发器及二效蒸发器的原料海水入口，在一效蒸发器及二效蒸发器传热管外表面进行横管降膜蒸发，一效蒸发器及二效蒸发器产生的浓海水分别通过各自底部的管道排出，各自排出的浓海水管道汇集后经由浓海水泵管道输出，管道输出的一路高温浓海水进入浓海水换热器后降温排出，管道输出的另一路高温浓海水通过管路与蒸汽发生器底部的输出管道连接，将高温浓海水反补到未蒸发原料海水中，在所述二级热泵系统中淡水冷凝器末端安装有抽不凝气泵，抽不凝气泵使一效蒸发器、二效蒸发器及淡水冷凝器的壳体间蒸汽通路产生负压，一效蒸发器产生的蒸汽在效间压差作用下进入二效蒸发器，并在二效蒸发器传热管中冷凝成为淡水，在二效蒸发器中，部分原料海水直接喷淋闪蒸成蒸汽，另一部分原料海水在二效蒸发器传热管外表面降膜蒸发，二效蒸发器产生的蒸汽通过二效蒸发器末端的蒸汽出口由管道送入淡水冷凝器，淡水冷凝器产生的淡水经由底部管道与一效蒸发器及二效蒸发器传热管中产生并由底部管道排出的淡水管道汇集后送入产品水泵，产品水泵的输出管道经淡水换热器后降温输出。
2.根据权利要求1所述的耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述由一级压缩机、蒸发器、一级膨胀阀及冷凝器串接构成的一级热泵系统，和由二级压缩机、蒸汽发生器、二级膨胀阀和淡水冷凝器串接构成的二级热泵系统均采用氟利昂作为导热介质。
3.根据权利要求1所述的耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述淡水换热器和浓海水换热器均采用板式换热器。
4.根据权利要求1所述的耦合水源热泵的机械压缩式多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述输入到一级热泵系统冷凝器中升温的原料海水由一级压缩机做功控制实现。
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