CN107720861A - 小型化正压蒸馏海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供小型化正压蒸馏海水淡化系统，包括给水预热器、给水泵、蒸发器、汽水分离器、冷凝器、凝水泵，蒸发器的疏水管连通给水预热器里的换热管，给水预热器的出水口通过给水泵连接蒸发器里的换热组件，汽水分离器的进口安装在蒸发器的蒸汽出口处，汽水分离器的出口连通冷凝器的壳程进口，冷凝器的管程通过循环水泵循环低温海水，冷凝器的壳程出口连接凝水泵，凝水泵的出口连接排放管路，排放管路分别连通淡水箱和旁通管道。本发明不仅结构紧凑、控制简单、安装维修空间小，而且提高能量利用率，产水的回收率，减少了设备的投资，降低了能源的消耗，大大提高了装置的可靠性和经济性。

Description

小型化正压蒸馏海水淡化系统

技术领域

本发明涉及的是一种海水处理装置，具体地说是海水淡化装置。

背景技术

船舶动力装置需要消耗大量淡水，主要用作柴油机冷却水、锅炉给水、船员的生活用水等。海水淡化是保证船舶所需淡水持续稳定供应与补充的有效途径。

船用海水淡化技术的产业化发展始于20世纪50年代，至今，国际上海水淡化技术已经十分成熟，多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)以及反渗透(RO)是普遍采用的三大主流技术。多级闪蒸因热量的循环利用而提高了海水淡化装置的经济性；因不存在加热面沸腾，避免了加热面结垢和腐蚀而提高装置的可行性和安全性，是应用最广、规模最大、成熟度最高的海水淡化技术。

中国专利(CN101139119A、CN1724394A和CN101973596A)均介绍了一种回热型多级闪蒸海水淡化装置或者压气闪蒸法海水淡化装置和方法。这些装置均充分利用了循环热量提高热功效率和经济性，但是其组件形式比较复杂，结构较为繁琐。低温多效蒸馏传热过程为沸腾和冷凝换热，传热系数很高，动力消耗少，装置简单，结构紧凑。中国专利(CN202284171U)介绍了一种具有合理流程布置的低温多效蒸发海水淡化装置。该装置采用一种“分段平行-顺流进料”的新的流程布置方式，不单独设置闪蒸罐，能够利用电厂低品位的余热从而极大地降低制水成本和有效降低结垢和腐蚀的发生。但是在该专利的实例中，尚未给出明确的实验数据。反渗透海水淡化的模块式设计降低了维修要求，提高了可靠性，又因其全电力操作性能稳定，并且尺寸小不需要使用防结垢化学剂，因此也投入到船舶中使用。中国专利(CN1583605A)介绍了一种利用反渗透与纳滤相结合的海水淡化处理方法及设备，有效提高海水淡化的产水回收率，简化投资设备，节约能源消耗。但是反渗透膜价格较高，不易维护保养、衰减快，总体上反渗透产水质量较蒸馏法低。

船用淡化装置由于船上空间有限及运行环境不稳定等原因，除了考虑经济性之外，对其体积、可靠性、抗干扰能力和产水质量也有更严格的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供解决现有技术中的海水淡化能源消耗大，装置复杂、占用空间大、淡水品质不佳以及抗干扰能力差等问题的小型化正压蒸馏海水淡化系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：包括给水预热器、给水泵、蒸发器、汽水分离器、冷凝器、凝水泵，蒸发器的疏水管连通给水预热器里的换热管，给水预热器的出水口通过给水泵连接蒸发器里的换热组件，汽水分离器的进口安装在蒸发器的蒸汽出口处，汽水分离器的出口连通冷凝器的壳程进口，冷凝器的管程通过循环水泵循环低温海水，冷凝器的壳程出口连接凝水泵，凝水泵的出口连接排放管路，排放管路分别连通淡水箱和旁通管道。

本发明还可以包括：

1、所述换热组件为人字形波纹板，其板片的材质为钛，交换热量的介质为动力装置产气或排气。

2、蒸发器里设置水位控制器，蒸发器下方设置蒸发器排水管，蒸发器排水管引出排污管和回流管，排污管上设置电动阀，回流管连通给水预热器和给水泵之间的管路，给水泵出口的管路上设置止回阀，止回阀后方的管路引出侧管路，侧管路连通给水预热器进水口的管路。

3、排放管路上设置盐度传感器，排放管路与淡水箱之间安装电磁阀，电磁阀和盐度传感器均连接电导率仪，旁通管道安装阀门，阀门前安装压力传感器。

4、经过过滤、脱盐预处理的海水流入给水预热器，被蒸发器排出的疏水预热；

预热的海水经给水泵增压送至蒸发器的换热组件，与一次加热蒸汽进行热量交换蒸发产生二次蒸汽；

二次蒸汽携带含盐的水滴流经汽水分离器除去含盐水滴；

除去含盐水滴的蒸汽流入冷凝器，冷凝器将二次蒸汽冷凝成淡水；

淡水进入排放管路，经盐度传感器检测，品质合格的淡水送至淡水箱，不合格的水，电导率仪发出信号控制电磁阀关闭，压力传感器监测到旁通管道压力升高并超过设定值时控制阀门开启，排出不合格水。

本发明的优势在于：本发明不仅结构紧凑、控制简单、安装维修空间小，而且提高能量利用率，产水的回收率，减少了设备的投资，降低了能源的消耗，大大提高了装置的可靠性和经济性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明人字形波纹板换热组件结构示意图；

图3为本发明凝水、加热蒸汽和给水的串级控制图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3，本发明的海水淡化实验系统，包括冷凝器1、蒸发器2、汽水分离器3、水位控制器4、人字形波纹板换热组件5、压力表6、17、温度计7、压差变送器8、流量计9、电动控制阀10、截止阀11、止回阀12、给水泵13、给水预热器14、凝水泵15、压力传感器16、盐度传感器18、电导率仪19、电磁阀20、取样旋塞21。

本实验系统的方法：正常工况下，开启给水管路、蒸汽管路和淡水输送管道的阀门，并确保淡水旁通管路和给水泵旁通管路阀门关闭，原水箱中的海水先在预热器14中由来自蒸发器50℃的疏水进行预热，被加热至35℃经给水泵输送至蒸发器2，给水流量为300kg/h；蒸发器使用的加热蒸汽来自动力装置产气或排气，工作在正压工况下，将海水加热蒸发；湿蒸汽流经蒸发器后盖内的汽水分离器3，分离出99％以上的海水，得到高品质的蒸汽；蒸汽在冷凝器1中被20℃的冷却水冷凝，经由凝水管道流入凝水泵15的进水口；凝水泵出口管路上安装盐度传感器18，用以实时监测所产淡水含盐量，若淡水品质合格，则被输送至淡水箱，当含盐量超标时，电磁阀20关闭，旁路的电磁阀受控自动开启，不合格淡水排出舷外。

如图2所示，所述的人字形波纹板换热组件由许多压制成型的钛金属波纹板片按一定间隔，四周通过垫片密封，垫片与板片的连接采用免粘接方式以减轻腐蚀，方便检修，并通过框架和夹紧螺栓进行压紧而成，板片四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，加热蒸汽和给水交替地在板片之间流动换热。

如图3所示，所述的海水淡化系统采用凝水、加热蒸汽以及给水之间流量的串级控制来实现该系统的淡水产量以及系统的自动控制。当凝水管道的流量计监测到凝水流量高于(或低于)设定的产水目标时，控制系统发出信号控制蒸汽管道的电动阀的开度变小(或变大)，蒸汽流量随之变小(或变大)，蒸汽流量变送器输出信号控制给水管路的电动阀的开度变小(或变大)，进而改变蒸发器的给水流量，从而控制海水淡化系统的淡水产量保持恒定。

所述蒸发器的液位控制器监测蒸发器水位，当水位过高达到蒸发器设定的最高水位时，控制器发出信号控制排污管道的电动阀实现紧急排泄；当水位超出正常工作水位线时，调整电动阀的开度实现间断排污；若蒸发器水位太低，则关闭电动阀以维持蒸发器的水位。

本发明的上述技术问题主要通过下述技术方案得以解决：其基本原理是，首先对海水进行脱盐预处理，过滤悬浮固体和细菌微生物，降低蒸发器等设备淤塞和结垢可能性；经过预处理的海水被泵入蒸发器中被动力装置排气加热蒸发产生二次蒸汽；蒸汽通过高效汽水分离器降低湿度、提高品质之后流入管壳式冷凝器中，被低温海水冷凝成淡水。

本发明提供了一种海水淡化的处理方法，与低温蒸馏海水淡化相比，该实验系统的蒸发器和冷凝器处于正压状态，水蒸汽比容小，定压比热较大，蒸发和冷凝过程所需换热面积以及蒸馏流动阻力较小，使得设备及管道尺寸变小，装置更紧凑。高温蒸馏冷凝器温差大，受海水温度变化影响小，环境适应能力强，装置抗干扰能力强。进一步的，正压系统不需要抽真空和废水抽除的真空泵和排盐泵，不仅简化了系统结构和控制流程，而且排除空气由装置不严密处漏入的可能性，提高系统可靠性。

海水淡化方法按下列流程依次进行：经过预处理的海水流入给水预热器14，被蒸发器2排出的疏水预热至35℃；预热的海水经给水泵13增压唧送至板式蒸发器2，与加热蒸汽进行热量交换蒸发产生新蒸汽；蒸汽携带含盐液滴会增加所产淡水的含盐量，因而在蒸发器后盖蒸汽流动空间设置汽水分离器3，湿蒸汽经过汽水分离器排出99％以上的海水雾滴；除湿后的蒸汽经二次蒸汽接管流入管壳式冷凝器1，低温海水经循环水泵泵入冷凝器换热管将二次蒸汽冷凝成淡水；淡水输送管道安装在线监测电导率仪17以实时监测所产淡水含盐量，品质合格的淡水经凝水泵送至淡水箱，若检测出凝结水含盐度超标，则电磁阀20关闭，旁通管道的阀门开启，将不合格淡水排至舱底。

淡水输送管路分为主管道和旁通管道，主管道上安装电磁阀，旁通管道上安装压力传感器和电磁阀。装置正常工作时，主管道的电磁阀开启，旁通管道电磁阀常关，淡水经由主管道被输送至淡水箱，若因为汽水分离器等设备故障，淡水含盐度超出预设值，电导率仪发出信号控制电磁阀关闭，切断凝水至淡水箱之间的通道，避免淡水箱的产水被污染，同时，压力传感器16监测到旁通管路压力超过设定值时，旁通电磁阀开启，将盐度超标的淡水排出。

蒸发器2的换热元件是人字形波纹板，所述板片所选用的材质为钛，钛金属对海水中的氯化物及其他含盐化合物具有很强的抗应力腐蚀性能。本发明所述换热板的人字形波纹的设计，使流体在低流速下发生强烈的扰流，以防止污垢附着在换热板表面，因而蒸发器传热效率很高。由于换热板容易拆卸，通过调节换热板的数目可以得到最佳传热效率和换热容量。本发明钛质板式蒸发器较传统铜质管壳式结构更为紧凑，停机维修频率低，装置效率和经济性有所提高。

蒸发器的水位由其内部的水位控制器4实时监测并控制，水位控制器连接着主控制系统，通过调节旁通管道的电动控制阀的动作来控制蒸发器水位。

给水预热器14作为提高能量利用率的内置换热器，充分利用了设备余热，以蒸发器疏水为热源，通过流经预热器内部换热管对原料水进行加热，提高蒸发器给水入口温度，提高装置效率和经济性。

水箱的出口与预热器进口连接，预热器出口接管与给水泵进口相接，给水泵将给水由出口接管唧送至蒸发器，蒸发器的蒸汽疏水由疏水管道流入给水箱中的换热管，预热海水之后排出舷外，蒸发器的排污水一部分由排污管道汇入给水泵进口接管作为循环给水，另一部分由旁通管路直接排出舱外，蒸发器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口连接，冷凝器的冷凝水箱出口连接冷凝泵的进水口，凝水泵将淡水输送至淡水箱。

正压蒸馏海水淡化方法流程依次按下列顺序进行：

经过过滤、脱盐预处理的海水流入给水预热器，被蒸发器排出的疏水预热；

预热的海水经给水泵增压唧送至板式蒸发器，与一次加热蒸汽进行热量交换蒸发产生二次蒸汽；

二次蒸汽携带含盐度很高的水滴流经高效汽水分离器以除去含盐水滴提高蒸汽品质；

除湿后的蒸汽经二次蒸汽接管流入管壳式冷凝器，低温海水经循环泵体泵入冷凝器换热管将二次蒸汽冷凝成淡水；

淡水输送管道安装在线电导率仪以监测所产淡水含盐量，品质合格的淡水经凝水泵送至淡水箱；若检测淡水含盐度过高，电导率仪发出信号控制电磁阀关闭淡水管道，压力传感器监测到旁通管路压力升高并超过设定值时控制旁通电磁阀开启，排出不合格产水。

蒸发器、冷凝器的工作压力为当地大气压，采用正压或常压蒸发，水蒸气比容小，可减小装置尺寸；同时不需要建立并保持稳定真空，使得造水装置及其控制系统得到简化，可靠性提高。

给水箱充分利用了设备余热，提高能量利用率，以蒸发器疏水为热源，通过给水预热器加热原料水，提高蒸发器给水入口温度，提高经济性。

给水预热器与蒸汽疏水管道和海水箱连接，低硬度海水在给水泵的驱动下经由给水预热器与来自蒸发器的疏水进行热量交换提高温度后流入蒸发器，蒸发器的排污水一部分通过旁通管路汇入给水泵进口接管，另一部分直接经排污管道排出舷外，所述汽水分离器由封闭法兰和封板与蒸发器相接，以分离新蒸汽携带的含盐液滴，所述冷凝器由二次蒸汽管道与蒸发器相连，冷凝器的冷凝水箱出口连接冷凝泵的进水口，凝水泵将淡水输送至淡水箱。

冷凝器壳体顶部设置有安全阀和放气旋塞。

蒸发器换热元件为钛金属人字形波纹板，板片由压板、压紧螺杆和导向杆固定。

蒸发器的蒸汽进口管路和给水管路上分别安装电动控制阀、流量计和压差变送器以监测并控制进入蒸发器的蒸汽、给水流量和压力等参数。

蒸发器中的水位由水位控制器监测，通过控制排污管道电动阀的动作来控制蒸发器污水排放。

凝水管路上安装在线监测电导率仪和电磁阀，旁通管路上安装压力传感器和电磁阀，实现盐度超标水紧急排放，保证海水淡化系统淡水水质的稳定。

Claims (9)

1.小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：包括给水预热器、给水泵、蒸发器、汽水分离器、冷凝器、凝水泵，蒸发器的疏水管连通给水预热器里的换热管，给水预热器的出水口通过给水泵连接蒸发器里的换热组件，汽水分离器的进口安装在蒸发器的蒸汽出口处，汽水分离器的出口连通冷凝器的壳程进口，冷凝器的管程通过循环水泵循环低温海水，冷凝器的壳程出口连接凝水泵，凝水泵的出口连接排放管路，排放管路分别连通淡水箱和旁通管道。

2.根据权利要求1所述的小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：所述换热组件为人字形波纹板，其板片的材质为钛，交换热量的介质为动力装置产气或排气。

3.根据权利要求1或2所述的小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：蒸发器里设置水位控制器，蒸发器下方设置蒸发器排水管，蒸发器排水管引出排污管和回流管，排污管上设置电动阀，回流管连通给水预热器和给水泵之间的管路，给水泵出口的管路上设置止回阀，止回阀后方的管路引出侧管路，侧管路连通给水预热器进水口的管路。

4.根据权利要求1或2所述的小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：排放管路上设置盐度传感器，排放管路与淡水箱之间安装电磁阀，电磁阀和盐度传感器均连接电导率仪，旁通管道安装阀门，阀门前安装压力传感器。

5.根据权利要求3所述的小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：排放管路上设置盐度传感器，排放管路与淡水箱之间安装电磁阀，电磁阀和盐度传感器均连接电导率仪，旁通管道安装阀门，阀门前安装压力传感器。

6.根据权利要求1或2所述的小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：

经过过滤、脱盐预处理的海水流入给水预热器，被蒸发器排出的疏水预热；

预热的海水经给水泵增压送至蒸发器的换热组件，与一次加热蒸汽进行热量交换蒸发产生二次蒸汽；

二次蒸汽携带含盐的水滴流经汽水分离器除去含盐水滴；

除去含盐水滴的蒸汽流入冷凝器，冷凝器将二次蒸汽冷凝成淡水；

淡水进入排放管路，经盐度传感器检测，品质合格的淡水送至淡水箱，不合格的水，电导率仪发出信号控制电磁阀关闭，压力传感器监测到旁通管道压力升高并超过设定值时控制阀门开启，排出不合格水。

7.根据权利要求3所述的小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：

经过过滤、脱盐预处理的海水流入给水预热器，被蒸发器排出的疏水预热；

预热的海水经给水泵增压送至蒸发器的换热组件，与一次加热蒸汽进行热量交换蒸发产生二次蒸汽；

二次蒸汽携带含盐的水滴流经汽水分离器除去含盐水滴；

除去含盐水滴的蒸汽流入冷凝器，冷凝器将二次蒸汽冷凝成淡水；

淡水进入排放管路，经盐度传感器检测，品质合格的淡水送至淡水箱，不合格的水，电导率仪发出信号控制电磁阀关闭，压力传感器监测到旁通管道压力升高并超过设定值时控制阀门开启，排出不合格水。

8.根据权利要求4所述的小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：

经过过滤、脱盐预处理的海水流入给水预热器，被蒸发器排出的疏水预热；

预热的海水经给水泵增压送至蒸发器的换热组件，与一次加热蒸汽进行热量交换蒸发产生二次蒸汽；

二次蒸汽携带含盐的水滴流经汽水分离器除去含盐水滴；

除去含盐水滴的蒸汽流入冷凝器，冷凝器将二次蒸汽冷凝成淡水；

淡水进入排放管路，经盐度传感器检测，品质合格的淡水送至淡水箱，不合格的水，电导率仪发出信号控制电磁阀关闭，压力传感器监测到旁通管道压力升高并超过设定值时控制阀门开启，排出不合格水。

9.根据权利要求5所述的小型化正压蒸馏海水淡化系统，其特征是：

经过过滤、脱盐预处理的海水流入给水预热器，被蒸发器排出的疏水预热；

预热的海水经给水泵增压送至蒸发器的换热组件，与一次加热蒸汽进行热量交换蒸发产生二次蒸汽；

二次蒸汽携带含盐的水滴流经汽水分离器除去含盐水滴；

除去含盐水滴的蒸汽流入冷凝器，冷凝器将二次蒸汽冷凝成淡水；

淡水进入排放管路，经盐度传感器检测，品质合格的淡水送至淡水箱，不合格的水，电导率仪发出信号控制电磁阀关闭，压力传感器监测到旁通管道压力升高并超过设定值时控制阀门开启，排出不合格水。