CN107804886A - 一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，是利用蒸汽增压机压缩海水蒸发的蒸汽，又把增压升温的热蒸汽用于加热海水，而后被冷凝变成蒸馏水的淡水；被加热的海水蒸发的蒸汽，再次压缩，又一次被凝结为蒸馏水的淡水，如此循环；理论根据是，蒸汽增压机压缩蒸汽消耗的电功能，首先通过增加升压的蒸汽的有效能，而后用于抵消海水预热和海水蒸发传热过程所必须消耗的有效能；系统包括：蒸汽增压机、锅炉、蒸发‑凝结换热器、海水给水预热器、海水冷却器、海水增压泵、盐水泵、淡水泵、锅炉给水泵、循环泵、信号测试和控制系统；系统运行初始阶段的初始热蒸汽由锅炉提供；本方法比全程用自备锅炉生成蒸汽的多效蒸馏海水淡化方法，运行成本低数倍。

Description

一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统

技术领域

本发明涉及海水淡化和热泵领域，是一种蒸汽热泵与海水淡化相结合的交叉技术。

背景技术

海岛、轮船、军舰、沿海缺水城市需要淡水可以依靠海水淡化来解决。以色列等靠海边缺水的国家，有 50%需要的淡水来自海水淡化。目前，海水淡化主要有两类方法，一类是反渗透膜法，另一类是蒸馏法；蒸馏法又分高温多效蒸馏法、低温多效蒸馏法等；反渗透膜法的主要消耗动力是高压泵，要让海水中的淡水渗透的隔离膜的淡水侧，大规模生产，消耗动力成本较低，关键技术是渗透膜的材料和高压系统；蒸馏法，消耗蒸汽能源，一般利用火力发电厂的蒸馏法乏汽为热源。乏汽温度较低，在 80℃左右，所以发展了低温多效蒸馏海水淡化法，此方法依赖电厂，生产量很大。此类海水淡化设备，体积庞大，动力消耗过大，不适合许多海岛、渔船、战舰上使用。另外，太阳能海水淡化设备效率低，受天气影响不稳定，不能保障海岛等处军民对淡水的稳定需求。因此，研发节能、高效中小型的海水淡化设备，对国防、民生都有重要意义和有广阔的应用市场。

发明内容

为了弥补现有海水淡化方法的不足，生产节能、高效中小型的海水淡化设备，满足边防海岛、渔船等国防、民生的需求，本发明提出一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，利用蒸汽增压机，把在蒸发-凝结器中海水蒸发的蒸汽，压缩增压，提升温度后作为再回送到蒸发-冷凝器的热蒸汽侧，加热海水，被加热的海水蒸发的蒸汽，再去压缩，如此循环，进行海水淡化；蒸发的蒸汽压缩消耗的功率，仅仅用于克服海水蒸发冷凝器传热过程消耗的有效能，因此是一种非常省能的淡化海水的方法。

本发明的具体技术方案是：

一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法，是利用蒸汽增压机把海水蒸发的蒸汽，压缩增压提升温度后成为热蒸汽，热蒸汽又用于加热海水，而后被冷凝变成蒸馏水的淡水；被加热的海水蒸发的蒸汽，再次送去压缩，又重新用于加热海水，而后又一次被凝结为蒸馏水的淡水，如此循环，连续不断从海水中提取淡水,海水蒸发后，剩余部分含盐浓度较高的盐水排出；本发明的海水淡化方法的理论根据是，蒸汽增压机压缩蒸汽消耗的电功能，首先转化为增压升温的蒸汽所增加的有效能，而后用于抵消海水预热和海水蒸发传热过程所必须消耗的有效能；其系统包括：蒸汽增压机、蒸发-凝结换热器、海水预热器、海水冷却器、海水增压泵、盐水泵、淡水泵、循环泵、第

一蒸汽阀、第二蒸汽阀、海水给水调节阀、信号测试和控制系统；以及提供初始蒸汽的锅炉、锅炉给水泵。

所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化系统的连接方式是：蒸汽增压机的进口与蒸发-凝结换热器的蒸汽出口连接，蒸汽增压机的出口分两路：第一路接第一蒸汽阀后，与海水冷却器的蒸汽进口连接；第二路接第二蒸汽阀后，与锅炉的蒸汽出口并联，再经过蒸汽管连接到蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；蒸发-凝结换热器的海水进口，即海水喷淋管的进口，与海水预热器的海水出口连接，连接管上安装有海水给水调节阀；蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，连接到循环泵，再连接到蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管；蒸发-凝结换热器的淡水出口，与海水预热器的淡水换热管连接；蒸发-凝结换热器的盐水槽的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管连接；海水预热器的淡水换热管的出口，与淡水泵的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池；海水预热器的盐水换热管的出口，与盐水泵的进口连接，盐水由盐水泵的输送到盐水存储池；海水预热器的海水进口，与海水增压泵的出口连接，海水增压泵的进口管，延伸到干净的海水中；锅炉给水泵的进口管端口，插到淡水池，其出口与锅炉的进水口连接；海水冷却器的海水冷却管的进口与海水给水泵出口管分设的冷却水支路连接，冷却水支路上安装有冷却水量调节阀；海水冷却器的蒸汽凝结水，通过微量淡水回收管，送回淡水池；不凝性空气，通过海水冷却器的排气口排出, 海水冷却器的排气管上安装有单向阀。

所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸发-凝结换热器，是一种喷淋式管式海水蒸发-蒸汽凝结换热器；基本结构是，在一个横卧的两端有封头的大圆筒内，有一群换热管，并排穿架在圆筒两端的隔板上；上排换热管与下排换热管首尾 S 形串联，成上进下出的管群；管群的上进口为蒸汽进口，其并联集合管与焊接在圆筒壳上的蒸汽进口连接；管群的下出口是凝结水的淡水出口，其并联集合管与焊接在圆筒壳下部的淡水出口连接；在圆筒体内换热管群的上方布置海水喷淋管和循环盐水喷淋管，海水喷淋管的进口，即蒸发-蒸汽凝结换热器的海水进口；在圆筒的底部，有收集盐分较高的盐水槽，盐水槽开设有盐水出口和循环盐水出口；在圆筒中段区间的上壁顶，设有蒸汽出口；蒸发-凝结换热器的换热管内流通热蒸汽，管外壁面流淌喷淋的海水和循环盐水；海水受热蒸汽的加热而蒸发，热蒸汽被海水冷却而凝结；海水蒸发腔的喷淋海水是海水蒸发压力所对应的饱和液体，热蒸汽是与蒸汽增压机排汽压力所对应的饱和蒸汽；海水蒸发温度低于热蒸汽凝结温度 6℃以上，即蒸发-凝结换热器的传热温差大于 6℃。

所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸发-凝结换热器，是由不同蒸发温度的两级或是三级蒸发-凝结换热器串联组成的多效蒸发-凝结换热器时，例如，是二级多效蒸发-凝结换热器；其连接方式是：第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽出口与第二级的蒸汽进口连接；第二级的蒸汽出口与蒸汽增压机的蒸汽进口连接；第一、二的蒸发-凝结换热器的蒸汽出口，还通过级间的气路闸阀串联连通，作为运行初始抽排不凝性空气用的通路；第一级蒸发-凝结换热器的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管第一管段进口连接，其出口经过一、二级间的盐水泵，与第二级蒸发-凝结换热器的海水进口连接；第二级蒸发-凝结换热器的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管第二段管连接；第二级蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，与循环泵连接，循环泵的出口与蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管连接；第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽进口，为多效蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；末级的蒸发-凝结换热器的盐水出口，为多效蒸发-凝结换热器的盐水出口；各蒸发-凝结换热器的淡水出口，与海水预热器的各级对应淡水换热管的进口连接，各级对应淡水换热管的出口并联，与淡水泵的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池。

所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的海水预热器是海水给水与蒸发-凝结换热器产生的盐水和淡水进行换热的逆流式换热器，盐水和淡水为放热流体，海水给水为受热流体；盐水和淡水的放热量等于海水给水的吸热量；海水预热器的初始端，即海水进口端的传热温差控制在 10℃以内，海水温度为已知；海水预热器的末端，即海水出口端的海水温度，尽可能接近第一级蒸发-凝结换热器的海水蒸发温度；当系统配置多效蒸发-凝结换热器时，海水预热器的盐水换热管是根据蒸发-凝结换热器的级数分段，例如，两级多效蒸发-凝结换热器系统，盐水换热管就分为两段；每段盐水换热管进、出口的温度差值，等于所对应级与下一级的海水蒸发温度之差值，末段盐水换热管进、出口的温度差值，等于末级的海水蒸发温度与海水预热器的盐水出口温度之差值；淡水换热管，也根据蒸发-凝结换热器的级数分簇；每簇淡水换热管的进口温度，是所对应的蒸发-凝结换热器的饱和蒸汽温度，每簇淡水换热管的出口温度，即海水预热器淡水出口温度，高于海水进水温度的差值控制在 10℃以内；海水预热器可以选筒管式、板式换热器；海水预热器分段制作，海水预热器的各段与对应的蒸发-凝结换热器配合；每段的盐水换热管和淡水换热管可以安置在同一段换热器内，同时与海水进行换热，或是盐水换热管和淡水换热管在独立的换热器内分别与海水换热；海水预热器的各段的海水通路是串联的，淡水通路的末端是并联的，盐水通路各段是独立的，如此连接成为组合式海水预热器。

所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的组合式海水预热器，是螺旋管筒串联式海水预热器，盐水和淡水在螺旋管内流动，一起安置在同一筒体内；以两段螺旋管筒串联式海水预热器为例，说明其构成连接：第一、二段海水预热器分别是对应第一、二级蒸发-凝结换热器的海水与盐水、淡水的逆流式换热器，换热器包括置于筒体内的螺旋状的盐水和淡水换热管，圆筒内壁与螺旋管外为海水通路；第一段海水预热器，是第一级的盐水、淡水与海水进行热交换的换热器；第二段海水预热器，是第二级的盐水、淡水、第一级的淡水的后半部分与海水进行热交换的换热器；两段海水预热器的海水通路和第一级淡水通路，由对应的中继接口串联；第一段的海水预热器设置有海水出口和盐水进口、淡水进口，一级盐水出口，以及海水筒和淡水通路的中继接口；第二段的海水预热器在与第一段连接的端头，设有第二级盐水、淡水进口；在海水进口端，设有海水进口和盐水出口、淡水出口；

所述的组合式海水预热器，或是盐水换热管和淡水换热管在独立的换热器内分别与海水换热的组合式海水预热器；以两级组合式海水预热器为例，其是由四件筒管式的换热器组成的海水预热器，第一件是第一级蒸发-凝结换热器产生的淡水与海水全程进行热交换的换热器，第二件是第一级蒸发-凝结换热器产生的盐水降温至第二级蒸发-凝结换热器的蒸发温度的热量与海水进行热交换的换热器，第三件是第二级蒸发-凝结换热器产生的淡水降温到淡水出口温度的热量与海水进行热交换的换热器，第四件是第二级蒸发-凝结换热器产生的盐水降温到盐水出口温度的热量与海水进行热交换的换热器；四件换热器都是管内流海水，筒管之间流热流体；第三、四件换热器的海水出口并联与第二件换热器的海水进口连接；第一、三、四换热器的海水进口并联；第一、二件换热器的海水出口并联；第一、四件的淡水出口并联。

所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸汽增压机是螺杆蒸汽增压机、或离心式蒸汽增压机、或罗茨蒸汽增压机，根据蒸汽流量和蒸发-凝结换热器的级数选择蒸汽增压机的类型，离心式蒸汽增压机适合大流量和单级蒸发-凝结换热器的系统，螺杆蒸汽增压机适合较小流量和多级蒸发-凝结换热器的系统。

所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的信号测试和控制系统，包括布置在蒸汽增压机、锅炉、蒸发-凝结换热器的蒸汽进、出口附近管路的温度探头、压力探头，蒸汽增压机的电流、电压信号，水路的压力和流量，这些信号除有直接显示外，还可以直接送到电脑，由计算机处理、存储和视频显示，设置安全警报和事故自动处理。

所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化系统的运行方式分起动阶段和正常运行阶段；起动阶段为抽排蒸发-凝结换热器的腔体内不凝性空气、逐渐预热系统、提供蒸汽增压机初始蒸汽的阶段；正常运行阶段是真正海水淡化阶段；

起动阶段：锅炉给水泵开启，给锅炉加满水，锅炉运行；海水增压泵开启，海水给水调节阀微量开启；蒸发-凝结换热器的级间蒸汽连通阀开启；第一蒸汽阀开启，第二蒸汽阀关闭；蒸汽增压机开启；海水冷却器的冷却水量调节阀调节到适当开度；系统起动阶段的工作过程是：锅炉产生蒸汽，送入蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；开启蒸汽增压机，对蒸发-凝结换热器的蒸汽发生腔体抽气，送到海水冷却器的气体腔，不凝性空气通过海水冷却器的排气口排出；当锅炉产生的蒸汽逐渐加热了蒸发-凝结换热器的管路和预热了海水预热器的海水，逐渐开启海水阀门，蒸发-凝结换热器的喷淋水管喷水，淋击在热蒸汽管上，海水蒸发产生蒸汽；此时蒸汽与未抽干净的空气一同被送到海水冷却器，开启冷却水量调节阀；海水冷却器的蒸汽凝结水，通过微量淡水回收管，送回淡水池；然后，关闭第一蒸汽阀和级间蒸汽连通阀，开启第二蒸汽阀；海水冷却器停止运行，锅炉逐渐停止送蒸汽；蒸汽增压机继续运行；海水冷却器的冷却水量调节阀调节到正常开度；

正常运行阶段：其蒸汽流程是：末级蒸发-凝结换热器的蒸汽出口→蒸汽增压机→第二蒸汽阀和蒸汽输出管→第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽通路换热管，凝结的淡水→海水预热器的淡水换热管，换热后→淡水泵→淡水池；海水流程：海水→海水增压泵→海水预热器→海水给水调节阀→蒸发-凝结换热器的海水喷淋管，受热后分两路：一路为海水蒸发的蒸汽,直接或先进入下一级的蒸发-凝结换热器的蒸汽通路换热管后,进入蒸汽增压机的进口；另一路，是含盐浓度较高的盐水，在蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的盐水出口，进入海水给水的盐水换热管，与海水进水换热，如果是多效蒸发-凝结换热器的系统，则先在海水预热器的盐水换热管的第一段管段换热冷却后，进入下一级蒸发-凝结换热器的盐水进口，如此继续，末级的蒸发-凝结换热器的盐水，经过最后段浓盐水换热管，由浓盐水泵抽送排出；另外，蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，通过循环海水口连接到循环泵，循环泵开启，再送到蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管，增加喷淋海水密度。

本发明的创新贡献

1.本发明提出一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法，它消耗的蒸汽压缩功仅仅用于克服海水的蒸发-凝结换热器和海水预热器中传热阻力所消耗的有效能，而不产生任何能量的浪费；传统蒸馏海水淡化方法，是利用燃烧天然气或柴油蒸馏海水，其整个过程除要克服蒸发-凝结换热器中传热阻力所消耗的有效能，还要消耗燃料燃烧过程的不可逆损失，此部分占燃料有效能量的 30-40%，更主要的消耗是要把水烧成蒸汽，要消耗很多水蒸发的潜热能，即使使用多效的蒸发-凝结蒸馏淡化技术，也不及本发明提出一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法效率；本方法从热力学理论分析，是最科学节能的海水淡化方法。

2.本发明根据一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法的原理，以及多年在传热学和热力学研究理论和实践经验，科学地设计一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化的系统，包括从系统的起动，到系统正常态，都做了认真设计。

3.设计了主要设备蒸发-凝结换热器和海水预热器。

4.利用强化传热原理，采用了两种技术提高蒸发-凝结换热器的喷淋海水流率，第一采用总的海水流率喷淋技术，第二采用循环盐水喷淋技术，使蒸发-凝结换热器都可以获得比能量平衡需要的海水量多的喷淋量，因此可以提高蒸发-凝结换热器的换热效率，减少换热器中有部分管路淋不到海水出现干烧的现象。

5.从简化制作工艺和充分回收浓盐水、淡水的热量，设计了两种分段式组合海水预热器，一种是盐水换热管和淡水换热管可以安置在同一段换热器内，同时与海水进行换热；第二种是盐水换热管和淡水换热管在独立的换热器内与海水换热；此分段式组合海水预热器，便于精准调节各级海水预热器的不同流体流量、温度，保证系统能够正常高效运行。

基于上述要点，本发明是原创性的创新，具有先进性和实用性，应当授予发明专利。

附图说明

图 1 是本发明实施例 1，一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统的构成示意图，实施例 1 的系统只配置一级单效蒸发-凝结换热器。

图 2 是本发明一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统的蒸发-凝结换热器结构示意图。

图 3 是本发明实施例 2，一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统的构成示意图，系统配置二级多效蒸发-凝结换热器。

图 4 是本发明实施例 2 的两段式海水预热器结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步说明，但是，本发明不仅仅限于此。

图 1 是本发明的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统的实施例 1 的系统构成和原理说明图，参考图 1，实施例 1 的系统是一级单效蒸发-凝结换热器的蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化系统；系统包括：蒸汽增压机 A、锅炉 B、蒸发-凝结换热器 C1、海水预热器 Y、海水冷却器 D、海水增压泵 P1、锅炉给水泵 P2、淡水泵 P3、盐水泵 P4、循环泵P5、第一蒸汽阀 F1、第二蒸汽阀 F2、海水给水调节阀 F3、盐水流量调节阀 F4、冷却水阀F5、排气阀 F6；系统的连接方式是：蒸汽增压机 A 的进口（节点 1）与蒸发-凝结换热器的蒸汽出口（节点 7）连接，蒸汽增压机 A 的出口（节点 2），分两路：第一路连接第一蒸汽阀F1，再与海水冷却器 D 的蒸汽进口（节点 24）连接；第二路接第二蒸汽阀 F2 后，与锅炉 B的蒸汽出口（节点 3）并联，再经过蒸汽管 GL 连接到蒸发-凝结换热器 C1 的蒸汽进口（节点 4）；蒸发-凝结换热器的海水喷淋管的进口（节点 6），经热海水连接管 WL 与海水预热器的海水出口（节点 16）连接，热海水连接管上安装有海水进水调节阀 F3；蒸发-凝结换热器底部的部分盐水，通过循环海水口连接到循环泵 P5，循环泵的出口与蒸发-凝结换热器顶部的循环海水喷淋管连接，连接管上安装有循环盐水阀 F7；蒸发-凝结换热器的盐水出口（节点 8），与海水预热器的盐水换热管 YS 进口(节点 17)连接；盐水换热管出口(节点23)与盐水泵 P4 进口连接，盐水由浓盐水泵的输送到浓盐水存储池；蒸发-凝结换热器的淡水出口（节点 5），与海水预热器的淡水换热管 DS 的进口（节点 10）连接，其出口（节点22），与淡水泵 P3 的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池；海水增压泵 P1 的进口（节点 14）连接海水导管，延伸到干净的海水中吸取海水；海水增压泵的出口与海水预热器的海水进口（节点 15）连接，其出口增设有冷却水支路的接口（节点 26），与海水冷却器 D的海水冷却管的进口（节点 27）连接，在冷却水支路上安装有冷却水量调节阀 F5；锅炉给水泵 P2 的进口管端口，插到淡水池水中，其出口管与锅炉的进水口（节点 25）连接；海水冷却器的蒸汽凝结水出口（节点 28），与微量淡水回收管连接，微量淡水回收管的出口在淡水池上；海水冷却器的排气口的排气管上安装有单向阀 DF 和排气阀 F6；在各节点上安装温度探头，在蒸汽增压机的进、出口附近的管路上安装蒸汽压力探头。

图 2 为实施例 1 的蒸发-凝结换热器的一种，所述的蒸发-凝结换热器是一种喷淋式管式海水蒸发-蒸汽凝结换热器；其基本结构是，在一个横卧的两端有封头的大圆筒内，有一群换热管，并排穿架在圆筒两端的隔板上；上排换热管与下排换热管首尾 S 形串联成上进下出的管群，管群的上进口为蒸汽进口，其并联集合管与焊接在圆筒壳上的蒸汽进口连接；管群的下出口是凝结水的出口，其并联集合管与焊接在圆筒壳下部的淡水出口连接；在圆筒体内换热管群的上方布置海水喷淋管和循环盐水喷淋管，海水喷淋管的进口，即蒸发-蒸汽凝结换热器的海水进口；在圆筒的底部，有收集盐分较高的盐水槽，盐水槽开设有盐水出口和循环盐水出口；循环盐水出口与循环泵连接；循环泵的出口与循环盐水喷淋管的进口连接；在圆筒中段区间的上壁顶，设有蒸汽出口；蒸发-凝结换热器的换热管内通热蒸汽，管外壁面流淌喷淋的海水和循环盐水；海水受热蒸汽加热而蒸发，热蒸汽被海水冷却而凝结；海水蒸发腔的喷淋海水是海水蒸发压力所对应的饱和液体，热蒸汽是与蒸汽增压机排汽压力所对应的饱和蒸汽；海水蒸发温度低于热蒸汽凝结温度 6℃以上，即蒸发-凝结换热器的传热温差大于 6℃，在 8-10℃为宜；实施 1 蒸汽增压机为双螺杆蒸汽增压机, 蒸汽增压机的进、出口蒸汽温度分别为 372 K、380 K，压力分别是 0.072478 MPa、0.12885 MPa。

实施例 2，系统配置二级多效蒸发-凝结换热器，系统构成的关系参考图 3；实施例 2 与实施例 1 的差别有 3 点：（1）蒸发-凝结换热器是由两个不同蒸发温度的蒸发-凝结换热器 C1、C2 串联构成；（2）海水预热器是由第一、二两段海水预热器 Y1、Y2 串联构成；（3）蒸汽增压机的进、出口的压力差不同；以下主要从与实施例 1 的不同点说明实施例2；实施例 2 的第一级蒸发-凝结换热器 C1 的蒸汽出口（节点 7）与第二级 C2 的蒸汽进口（节点 9）连接，第二级的蒸汽出口（节点 13）与蒸汽增压机 A 的蒸汽进口（节点 1）连接；第一、二的蒸发-凝结换热器的蒸汽出口，还通过级间的气路闸阀 F9 串联连通；第一级蒸发-凝结换热器的盐水出口（节点 8），与第一段海水预热器 Y1 的盐水换热管第一管段YS1 的盐水进口（节点 17）连接，其出口（节点 18）与第一、二级间的盐水泵 P5 连接；盐水泵的出口，连接到第二级蒸发-凝结换热器 C2 的海水进口（节点 19）；第二级蒸发-凝结换热器的盐水出口（节点 11），与第二段海水预热器 Y2 的盐水换热管第二管段 YS2 的进口(节点 20)连接；第一、二级的蒸发-凝结换热器的淡水出口（节点 5）、（节点 12），分别与两段海水预热器的第一、二淡水换热管 DS1、DS2 的进口（节点 10）、（节点 21）连接；第一、二淡水换热管的出口并联（节点 22），再与淡水泵 P3 的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池；配置二级多效蒸发-凝结换热器的系统，第一级的蒸发-凝结换热器的海水喷淋量至少是其蒸发量的两倍以上，所以不增加喷淋盐水的循环；第二级蒸发-凝结换热器底部的部分盐水，通过循环海水口，连接到循环泵 P6，循环泵的出口与蒸发-凝结换热器顶部的循环海水喷淋管连接，连接管上安装有循环盐水阀 F8；蒸汽增压机进口和出口的温度、压力分别为：364 K、0.072478 MPa 和 380 K、0.12885 MPa；第一级的海水蒸发温度和第二级的蒸汽凝结温度、压力分别是372 K、0.097326 MPa。

图 4 是本发明实施例 2，一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统的两段螺旋管筒串联式海水预热器结构示意图；如图 4 所示，所述的两段螺旋管筒串联式海水预热器，盐水和淡水在螺旋管内流动，一起安置在同一筒体内；其构成连接：第一、二段海水预热器 Y1、Y2 分别是对应第一、二级蒸发-凝结换热器的海水与盐水、淡水的逆流式换热器，换热器包括置于筒体内的螺旋状的盐水换热管（YS1、YS2）和淡水换热管（DS1、DS2），圆筒内壁与螺旋管外为海水通路；；第一段海水预热器，是第一级的盐水、淡水与海水的换热器；第二段海水预热器，是第二级的盐水、淡水、第一级的淡水的后半部分与海水的进行热交换的换热器；两段海水预热器的海水通路和第一级淡水通路 DS1，由对应的中继接口串联；第一段的海水预热器设置有四个接口：海水出口（节点 16）和盐水进口（节点 17）、淡水进口（节点 10），一级盐水出口（节点 18），以及海水筒和淡水通路的中继接口；第二段的海水预热器与第一段连接的端头，设有第二级盐水进口（节点 20）、淡水进口（节点 21）；在海水进口端，设有海水进口（节点 15）和盐水出口（节点 23）、淡水出口（节点 22）；图中其他的阿拉伯数字为与图 3 系统图对应的节点；第一段的海水预热器，承担了第一级蒸发-凝结换热器的产生的淡水和盐水与海水给水的换热任务，淡水和盐水换热的降温度数等于第一、二级在第二段的蒸发-凝结换热器的海水蒸发温度之差值；第二段的海水预热器，承担了第一、二级淡水降温到淡水出口温度和第二级盐水降温到盐水出口温度的换热量；淡水出口温度和盐水出口温度，比海水进口温度高 5-8℃。

Claims (9)

1.一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法，是利用蒸汽增压机把海水蒸发的蒸汽，压缩增压提升温度后成为热蒸汽，热蒸汽又用于加热海水，而后被冷凝变成蒸馏水的淡水；被加热的海水蒸发的蒸汽，再次送去压缩，又重新用于加热海水，而后又一次被凝结为蒸馏水的淡水，如此循环，连续不断从海水中提取淡水,海水蒸发后，剩余部分含盐浓度较高的盐水排出；本发明的海水淡化方法的理论根据是，蒸汽增压机压缩蒸汽消耗的电功能，首先转化为增压升温的蒸汽所增加的有效能，而后用于抵消海水预热和海水蒸发传热过程所必须消耗的有效能；其系统包括：蒸汽增压机、蒸发-凝结换热器、海水预热器、海水冷却器、海水增压泵、盐水泵、淡水泵、循环泵、第一蒸汽阀、第二蒸汽阀、海水给水调节阀、信号测试和控制系统；以及提供初始蒸汽的锅炉、锅炉给水泵。

2.根据权利1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化系统的连接方式是：蒸汽增压机的进口与蒸发-凝结换热器的蒸汽出口连接，蒸汽增压机的出口分两路：第一路接第一蒸汽阀后，与海水冷却器的蒸汽进口连接；第二路接第二蒸汽阀后，与锅炉的蒸汽出口并联，再经过蒸汽管连接到蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；蒸发-凝结换热器的海水进口，即海水喷淋管的进口，与海水预热器的海水出口连接，连接管上安装有海水给水调节阀；蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，连接到循环泵，再连接到蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管；蒸发-凝结换热器的淡水出口，与海水预热器的淡水换热管连接；蒸发-凝结换热器的盐水槽的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管连接；海水预热器的淡水换热管的出口，与淡水泵的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池；海水预热器的盐水换热管的出口，与盐水泵的进口连接，盐水由盐水泵的输送到盐水存储池；海水预热器的海水进口，与海水增压泵的出口连接，海水增压泵的进口管，延伸到干净的海水中；锅炉给水泵的进口管端口，插到淡水池，其出口与锅炉的进水口连接；海水冷却器的海水冷却管的进口与海水给水泵出口管分设的冷却水支路连接，冷却水支路上安装有冷却水量调节阀；海水冷却器的蒸汽凝结水，通过微量淡水回收管，送回淡水池；不凝性空气，通过海水冷却器的排气口排出, 海水冷却器的排气管上安装有单向阀。

3.根据权利1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸发-凝结换热器，是一种喷淋式管式海水蒸发-蒸汽凝结换热器；基本结构是，在一个横卧的两端有封头的大圆筒内，有一群换热管，并排穿架在圆筒两端的隔板上；上排换热管与下排换热管首尾S形串联，成上进下出的管群；管群的上进口为蒸汽进口，其并联集合管与焊接在圆筒壳上的蒸汽进口连接；管群的下出口是凝结水的淡水出口，其并联集合管与焊接在圆筒壳下部的淡水出口连接；在圆筒体内换热管群的上方布置海水喷淋管和循环盐水喷淋管，海水喷淋管的进口，即蒸发-蒸汽凝结换热器的海水进口；在圆筒的底部，有收集盐分较高的盐水槽，盐水槽开设有盐水出口和循环盐水出口；在圆筒中段区间的上壁顶，设有蒸汽出口；蒸发-凝结换热器的换热管内流通热蒸汽，管外壁面流淌喷淋的海水和循环盐水；海水受热蒸汽的加热而蒸发，热蒸汽被海水冷却而凝结；海水蒸发腔的喷淋海水是海水蒸发压力所对应的饱和液体，热蒸汽是与蒸汽增压机排汽压力所对应的饱和蒸汽；海水蒸发温度低于热蒸汽凝结温度6℃以上，即蒸发-凝结换热器的传热温差大于6℃。

4.根据权利要求1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸发-凝结换热器，是由不同蒸发温度的两级或是三级蒸发-凝结换热器串联组成的多效蒸发-凝结换热器时，例如，是二级多效蒸发-凝结换热器；其连接方式是：第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽出口与第二级的蒸汽进口连接；第二级的蒸汽出口与蒸汽增压机的蒸汽进口连接；第一、二的蒸发-凝结换热器的蒸汽出口，还通过级间的气路闸阀串联连通，作为运行初始抽排不凝性空气用的通路；第一级蒸发-凝结换热器的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管第一管段进口连接，其出口经过一、二级间的盐水泵，与第二级蒸发-凝结换热器的海水进口连接；第二级蒸发-凝结换热器的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管第二段管连接；第二级蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，与循环泵连接，循环泵的出口与蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管连接；第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽进口，为多效蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；末级的蒸发-凝结换热器的盐水出口，为多效蒸发-凝结换热器的盐水出口；各蒸发-凝结换热器的淡水出口，与海水预热器的各级对应淡水换热管的进口连接，各级对应淡水换热管的出口并联，与淡水泵的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池。

5.根据权利要求1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的海水预热器是海水给水与蒸发-凝结换热器产生的盐水和淡水进行换热的逆流式换热器，盐水和淡水为放热流体，海水给水为受热流体；盐水和淡水的放热量等于海水给水的吸热量；海水预热器的初始端，即海水进口端的传热温差控制在10℃以内，海水温度为已知；海水预热器的末端，即海水出口端的海水温度，尽可能接近第一级蒸发-凝结换热器的海水蒸发温度；当系统配置多效蒸发-凝结换热器时，海水预热器的盐水换热管是根据蒸发-凝结换热器的级数分段，例如，两级多效蒸发-凝结换热器系统，盐水换热管就分为两段；每段盐水换热管进、出口的温度差值，等于所对应级与下一级的海水蒸发温度之差值，末段盐水换热管进、出口的温度差值，等于末级的海水蒸发温度与海水预热器的盐水出口温度之差值；淡水换热管，也根据蒸发-凝结换热器的级数分簇；每簇淡水换热管的进口温度，是所对应的蒸发-凝结换热器的饱和蒸汽温度，每簇淡水换热管的出口温度，即海水预热器淡水出口温度，高于海水进水温度的差值控制在10℃以内；海水预热器可以选筒管式、板式换热器；海水预热器分段制作，海水预热器的各段与对应的蒸发-凝结换热器配合；每段的盐水换热管和淡水换热管可以安置在同一段换热器内，同时与海水进行换热，或是盐水换热管和淡水换热管在独立的换热器内分别与海水换热；海水预热器的各段的海水通路是串联的，淡水通路的末端是并联的，盐水通路各段是独立的，如此连接成为组合式海水预热器。

6.根据权利要求1和权利要求5所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的组合式海水预热器，是螺旋管筒串联式海水预热器，盐水和淡水在螺旋管内流动，一起安置在同一筒体内；以两段螺旋管筒串联式海水预热器为例，说明其构成连接：第一、二段海水预热器分别是对应第一、二级蒸发-凝结换热器的海水与盐水、淡水的逆流式换热器，换热器包括置于筒体内的螺旋状的盐水和淡水换热管，圆筒内壁与螺旋管外为海水通路；第一段海水预热器，是第一级的盐水、淡水与海水进行热交换的换热器；第二段海水预热器，是第二级的盐水、淡水、第一级的淡水的后半部分与海水进行热交换的换热器；两段海水预热器的海水通路和第一级淡水通路，由对应的中继接口串联；第一段的海水预热器设置有海水出口和盐水进口、淡水进口，一级盐水出口，以及海水筒和淡水通路的中继接口；第二段的海水预热器在与第一段连接的端头，设有第二级盐水、淡水进口；在海水进口端，设有海水进口和盐水出口、淡水出口；

所述的组合式海水预热器，或是盐水换热管和淡水换热管在独立的换热器内分别与海水换热的组合式海水预热器；以两级组合式海水预热器为例，其是由四件筒管式的换热器组成的海水预热器，第一件是第一级蒸发-凝结换热器产生的淡水与海水全程进行热交换的换热器，第二件是第一级蒸发-凝结换热器产生的盐水降温至第二级蒸发-凝结换热器的蒸发温度的热量与海水进行热交换的换热器，第三件是第二级蒸发-凝结换热器产生的淡水降温到淡水出口温度的热量与海水进行热交换的换热器，第四件是第二级蒸发-凝结换热器产生的盐水降温到盐水出口温度的热量与海水进行热交换的换热器；四件换热器都是管内流海水，筒管之间流热流体；第三、四件换热器的海水出口并联与第二件换热器的海水进口连接；第一、三、四换热器的海水进口并联；第一、二件换热器的海水出口并联；第一、四件的淡水出口并联。

7.根据权利要求1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸汽增压机是螺杆蒸汽增压机、或离心式蒸汽增压机、或罗茨蒸汽增压机，根据蒸汽流量和蒸发-凝结换热器的级数选择蒸汽增压机的类型，离心式蒸汽增压机适合大流量和单级蒸发-凝结换热器的系统，螺杆蒸汽增压机适合较小流量和多级蒸发-凝结换热器的系统。

8.根据权利要求1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的信号测试和控制系统，包括布置在蒸汽增压机、锅炉、蒸发-凝结换热器的蒸汽进、出口附近管路的温度探头、压力探头，蒸汽增压机的电流、电压信号，水路的压力和流量，这些信号除有直接显示外，还可以直接送到电脑，由计算机处理、存储和视频显示，设置安全警报和事故自动处理。

9.根据权利要求1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化系统的运行方式分起动阶段和正常运行阶段；起动阶段为抽排蒸发-凝结换热器的腔体内不凝性空气、逐渐预热系统、提供蒸汽增压机初始蒸汽的阶段；正常运行阶段是真正海水淡化阶段；

起动阶段：锅炉给水泵开启，给锅炉加满水，锅炉运行；海水增压泵开启，海水给水调节阀微量开启；蒸发-凝结换热器的级间蒸汽连通阀开启；第一蒸汽阀开启，第二蒸汽阀关闭；蒸汽增压机开启；海水冷却器的冷却水量调节阀调节到适当开度；系统起动阶段的工作过程是：锅炉产生蒸汽，送入蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；开启蒸汽增压机，对蒸发-凝结换热器的蒸汽发生腔体抽气，送到海水冷却器的气体腔，不凝性空气通过海水冷却器的排气口排出；当锅炉产生的蒸汽逐渐加热了蒸发-凝结换热器的管路和预热了海水预热器的海水，逐渐开启海水阀门，蒸发-凝结换热器的喷淋水管喷水，淋击在热蒸汽管上，海水蒸发产生蒸汽；此时蒸汽与未抽干净的空气一同被送到海水冷却器，开启冷却水量调节阀；海水冷却器的蒸汽凝结水，通过微量淡水回收管，送回淡水池；然后，关闭第一蒸汽阀和级间蒸汽连通阀，开启第二蒸汽阀；海水冷却器停止运行，锅炉逐渐停止送蒸汽；蒸汽增压机继续运行；海水冷却器的冷却水量调节阀调节到正常开度；

正常运行阶段：其蒸汽流程是：末级蒸发-凝结换热器的蒸汽出口→蒸汽增压机→第二蒸汽阀和蒸汽输出管→第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽通路换热管，凝结的淡水→海水预热器的淡水换热管，换热后→淡水泵→淡水池；海水流程：海水→海水增压泵→海水预热器→海水给水调节阀→蒸发-凝结换热器的海水喷淋管，受热后分两路：一路为海水蒸发的蒸汽,直接或先进入下一级的蒸发-凝结换热器的蒸汽通路换热管后,进入蒸汽增压机的进口；另一路，是含盐浓度较高的盐水，在蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的盐水出口，进入海水给水的盐水换热管，与海水进水换热，如果是多效蒸发-凝结换热器的系统，则先在海水预热器的盐水换热管的第一段管段换热冷却后，进入下一级蒸发-凝结换热器的盐水进口，如此继续，末级的蒸发-凝结换热器的盐水，经过最后段浓盐水换热管，由浓盐水泵抽送排出；另外，蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，通过循环海水口连接到循环泵，循环泵开启，再送到蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管，增加喷淋海水密度。