CN108383189B - 高温盐水自热浓缩与淡水分离系统 - Google Patents
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Abstract
一种高温盐水自热浓缩与淡水分离系统，属于海水淡化和换热设备技术领域。该系统主要由多级闪蒸部分和多效蒸发部分构成，利用高温盐水自身闪蒸蒸汽热量作为盐水‑淡水分离的热源、无需外界提供热量。高温盐水进入1级闪蒸器，闪蒸出的蒸汽作为多效蒸发部分1效蒸发/冷凝器的热源，1级闪蒸器的排水进入2级闪蒸器继续闪蒸，所产生的蒸汽进入多效蒸发部分，作为其管内加热热源，2级闪蒸器的排水进入多效蒸发部分，在其管外喷淋受热产生蒸汽，该蒸汽在系统末端冷凝形成淡水。本发明的效果和益处是不需消耗系统外部蒸汽热量，高温盐水的热量能够得到充分利用，盐水利用自身热量进行浓缩，同时生产高品质淡水，有效节约了能源。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，涉及一种盐水浓缩与淡水分离系统，特别是一种采用多级闪蒸与多效蒸发技术相结合的、利用高温盐水自身闪蒸蒸汽热量对其本身进行浓缩处理和淡水生产的分离系统，即高温盐水自热浓缩与淡水分离系统。
背景技术
目前，世界上现行的多效蒸发海水淡化系统是一种以蒸汽为主要能源进行海水淡化的系统，且蒸汽均来自装置外部，即来自电厂抽汽或工业设备余热。
系统主要由一系列蒸发/冷凝器组成，通常采用水平管外部海水降膜蒸发、管内蒸汽凝结过程，系统包括n个蒸发/冷凝器，形成n效装置，这里的“效”是指以一个蒸发/冷凝器为核心的蒸发装置单元。不同海水进水方式的系统示意图如图1至图2所示。
来自于系统外部的加热蒸汽进入第一效蒸发/冷凝器换热管内，加热管外喷淋而下的海水，进入系统后的海水经喷淋装置喷洒到水平传热管束外，由于重力作用海水形成水平管表面的降膜流动，若进料海水处于过冷状态，降膜海水在上层几排管被管内的蒸汽加热到蒸发器内的饱和温度，然后进入蒸发阶段，在来自于系统外部的管内蒸汽的加热作用下，部分降膜海水蒸发生成蒸汽，即二次蒸汽。二次蒸汽在管束之间或外侧流向该蒸发/冷凝器的管箱，作为下一效蒸发/冷凝器的进汽热源，开始下一效蒸发/冷凝器的换热过程。对于除首效外的其它效蒸发/冷凝器，其壳侧进料海水或者是新鲜海水(此时各效蒸发/冷凝器喷淋的均为新鲜海水，如图1所示的海水平行进料流程)、或者是前一组蒸发/冷凝器中的海水受热产生二次蒸汽后所得的盐度提高的海水(如图2所示的海水顺流进料流程)，无论哪种进料方式，首效内的外部加热蒸汽和系统产生的二次蒸汽在管内加热管外海水时会放热并凝结为水，最后一效即第n效蒸发/冷凝器产生的二次蒸汽将在凝汽器中凝结为水。蒸发/冷凝器内水平管的加热量由管内蒸汽的凝结放热产生，第一效蒸发/冷凝器的加热蒸汽来自于外部热源，其余各效管内蒸汽来自于上一效蒸发/冷凝器的二次蒸汽，二次蒸汽的凝结产物就是由海水生成的淡水。为了避免海水在传热面上结垢，采用低温蒸发技术，各效蒸发/冷凝器内都处于真空状态。
这种必须为首效蒸发/冷凝器提供外部热源的多效蒸发海水淡化装置，需要消耗系统外部蒸汽热量，对于没有余热可利用的场所，需要专门设置蒸汽产出装置，降低了系统整体经济性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高温盐水自热浓缩与淡水分离系统，该系统是一种采用多级闪蒸与多效蒸发技术相结合的、利用高温盐水自身闪蒸蒸汽热量作为盐水-淡水分离的热源、无需外界提供热量的系统。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种高温盐水自热浓缩与淡水分离系统，系统内没有来自外界的蒸汽热源，驱动高温盐水浓缩、二次蒸汽形成的动力热源完全来自高温盐水本身，该系统主要由多级闪蒸部分和多效蒸发部分构成(如图3所示)，利用高温盐水自身闪蒸蒸汽热量作为盐水-淡水分离的热源、无需外界提供热量。
所述的多级闪蒸部分由多个闪蒸器构成，依照浓盐水的进入次序，分别称为1级闪蒸器、2级闪蒸器、......、i级闪蒸器(i≥2，下同)。所述的多效蒸发部分由多个蒸发/冷凝器构成，分成若干组，每一组包括多个蒸发/冷凝器，每个蒸发/冷凝器称为1效，即每一组包括若干效；对于每组内的每一效蒸发/冷凝器，其喷淋海水的进水方式是平行进料形式。所述的多级闪蒸部分的闪蒸级数等于多效蒸发系统的分组数加1，多级闪蒸部分向多效蒸发部分每组的第一个蒸发/冷凝器器补充加热蒸汽。
高温盐水进入多级闪蒸部分的1级闪蒸器，1级闪蒸器闪蒸出的蒸汽作为多效蒸发部分第一组1效蒸发/冷凝器的热源，进入1效蒸发/冷凝器换热管内，加热来自于2级闪蒸器的浓度提高的盐水；1级闪蒸器的盐水进入2级闪蒸器继续闪蒸。2级闪蒸器闪蒸产生的蒸汽进入多效蒸发部分第二组1效蒸发/冷凝器，与来自于多效蒸发部分第一组最后一个蒸发/冷凝器产生的二次蒸汽一起作为热源，加热管外喷淋的盐水，使其蒸发产生二次蒸汽并进入下一效蒸发/冷凝器；浓度提高的盐水经2级闪蒸后排出，一部分进入第一组蒸发/冷凝器进行喷淋，剩余部分进入3级闪蒸器进行闪蒸。第二组蒸发/冷凝器管外的喷淋盐水来自于第3级闪蒸器的排水。以此类推。
第i级闪蒸器的蒸汽作为多效蒸发部分二次蒸汽的补充进入第i组的第一个蒸发器内，最后一级闪蒸器的蒸汽直接进入末端凝汽器；在末效蒸发/冷凝器内所产生的二次蒸汽进入末端冷凝器凝汽器内冷凝，作为产品水的一部分。
第i级闪蒸器的排水根据以下具体情况分配：当多效蒸发部分的蒸发/冷凝器的喷淋需求量小于闪蒸器的排水量时，第i级闪蒸器的排水的一部分作为多效蒸发部分第(i-1)组蒸发/冷凝器的进料，进入第(i-1)组蒸发/冷凝器进行喷淋，其余部分进入下一级闪蒸器；当多效蒸发部分的蒸发/冷凝器的喷淋需求量较大时，第i级闪蒸器的排水全部进入第(i-1)组蒸发/冷凝器进行喷淋，此时不再设置下一级闪蒸器。
对于多效蒸发部分的第i组蒸发/冷凝器，其第一效蒸发/冷凝器换热管内接受来自第i级闪蒸器产生的蒸汽，该蒸汽加热管外喷淋而下的海水致部分海水蒸发生成水蒸汽，即二次蒸汽。二次蒸汽在管束之间或外侧流向该蒸发/冷凝器的管箱，作为下一效蒸发/冷凝器的进汽热源，开始下一效蒸发/冷凝器的换热过程。第i组最后一效蒸发/冷凝器产生的二次蒸汽进入第(i+1)组首效蒸汽/冷凝器，与来自于第(i+1)级闪蒸器产生的闪蒸蒸汽共同加热第(i+1)组首效蒸汽/冷凝器换热管外喷淋得海水，海水受热蒸发产生的二次蒸汽进入该组下一效蒸发/冷凝器，以此类推。管内蒸汽加热管外海水时会放热并凝结为水，作为产品水。最后一组末效蒸发/冷凝器内的二次蒸汽进入凝汽器冷凝作为产品水。
多效蒸发部分第i组蒸发/冷凝器管外的喷淋海水来自于第(i+1)组闪蒸器闪蒸后的排水，该排水并行喷淋至多效蒸发部分第i组的每一效蒸发/冷凝器的管外，受热产生二次蒸汽后的海水盐度提高，该浓海水被依次排放至下一效蒸发/冷凝器底部、直至到最后一效蒸发/冷凝器被排出装置外。
这样，高温盐水的热量能够得到充分利用，盐水利用自身热量进行浓缩，同时生产高品质淡水，该系统可用于化工等系统排放的高温盐水的浓缩处理和淡水分离利用，以及高温海水冷却水的再利用。
本发明的效果和益处是通过闪蒸系统利用了浓盐水自身的热量进行盐水河淡水的分离，得到高品质淡水，不需要外界热源提供热量，有效节约了能源，尤其适用于无废热可以利用的场所。
附图说明
图1至图2为传统的利用外界热源提供热量的MED海水淡化装置示意图，按海水进料流程不同分为两种：图1是传统的MED海水淡化装置平行进料流程，图2是传统的MED海水淡化装置顺流/平行混合进料流程。
图3是本发明的高温盐水自热浓缩与淡水分离系统示意图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图3详细叙述本发明的具体实施方式。
参见图3，本发明所述及的“高温盐水自热浓缩与淡水分离系统”是指通过多级闪蒸器与多效蒸发/冷凝器的有效结合，能够将高温盐水自身闪蒸蒸汽热量有效利用，而不需外界提供热源蒸汽就能够完成高温盐水本身的浓缩和淡水生产的盐水与淡水分离系统。
图3中，系统内没有来自外界的蒸汽热源，驱动高温盐水浓缩、二次蒸汽形成的动力热源完全来自高温盐水本身。高温盐水首先进入系统多级闪蒸部分的1级闪蒸器，在其中闪蒸出蒸汽，自身浓度提高，进入2级闪蒸器继续闪蒸，浓度进一步提高。1级闪蒸器闪蒸出的蒸汽进入多效蒸发部分的1效蒸发/冷凝器，作为热源加热来自于2级闪蒸器的浓度提高的盐水。2级闪蒸器排出的浓度提高的盐水除了进入第一组蒸发/冷凝器进行喷淋外，剩余部分进入3级闪蒸器进行闪蒸。以此类推。即第i级(i≥2，下同)闪蒸器排水的一部分作为多效蒸发部分第(i-1)组蒸发/冷凝器的进料，另一部分进入下一级闪蒸器，末级闪蒸器的多余浓盐水排出系统外。2级闪蒸器闪蒸出的蒸汽进入多效蒸发部分第二组的第一个蒸发/冷凝器内，与来自于多效蒸发部分第一组最后一个蒸发/冷凝器产生的二次蒸汽一起作为热源，加热管外喷淋的盐水，使其蒸发产生二次蒸汽并进入下一效蒸发/冷凝器。以此类推。即i级闪蒸器的蒸汽作为多效蒸发部分二次蒸汽的补充进入第i组的第一个蒸发器内，最后一级闪蒸器的蒸汽直接进入末端凝汽器。如前所述，第二组蒸发/冷凝器管外的喷淋盐水来自于前一组蒸发/冷凝器的排水和第3级闪蒸器的排水。
本发明克服了多效蒸发系统动力热源来自系统外部从而受外部条件制约、高温盐水本身热量造成浪费的缺点，能够减少能量损失，具有提高能源利用率、系统经济性增加等优点，尤其在没有电厂余热和工业废热可利用的场所具有明显优势。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种高温盐水自热浓缩与淡水分离系统，其特征在于，该系统主要由多级闪蒸部分和多效蒸发部分构成，利用高温盐水自身闪蒸蒸汽热量作为盐水-淡水分离的热源、无需外界提供热量，即高温盐水利用自身热量进行浓缩，同时生产高品质淡水；
所述的多级闪蒸部分由多个闪蒸器构成，依照浓盐水的进入次序，分别称为1级闪蒸器、2级闪蒸器、......、i级闪蒸器，其中i≥2；所述的多效蒸发部分由多个蒸发/冷凝器构成，分成若干组，每一组包括多个蒸发/冷凝器，每个蒸发/冷凝器称为1效，即每一组包括若干效；对于每组内的每一效蒸发/冷凝器，其喷淋海水的进水方式是平行进料形式；所述的多级闪蒸部分的闪蒸级数等于多效蒸发系统的分组数加1，多级闪蒸部分向多效蒸发部分每组的第一个蒸发/冷凝器器补充加热蒸汽；
高温盐水进入多级闪蒸部分的1级闪蒸器，1级闪蒸器闪蒸出的蒸汽作为多效蒸发部分第一组1效蒸发/冷凝器的热源，进入1效蒸发/冷凝器换热管内，加热来自于2级闪蒸器的浓度提高的盐水；1级闪蒸器的盐水进入2级闪蒸器继续闪蒸；2级闪蒸器闪蒸产生的蒸汽进入多效蒸发部分第二组1效蒸发/冷凝器，与来自于多效蒸发部分第一组最后一个蒸发/冷凝器产生的二次蒸汽一起作为热源，加热管外喷淋的盐水，使其蒸发产生二次蒸汽并进入下一效蒸发/冷凝器；浓度提高的盐水经2级闪蒸后排出，一部分进入第一组蒸发/冷凝器进行喷淋，剩余部分进入3级闪蒸器进行闪蒸；第二组蒸发/冷凝器管外的喷淋盐水来自于第3级闪蒸器的排水；以此类推；第i级闪蒸器的蒸汽作为多效蒸发部分二次蒸汽的补充进入第i组的第一个蒸发器内，最后一级闪蒸器的蒸汽直接进入末端凝汽器；在末效蒸发/冷凝器内所产生的二次蒸汽进入末端冷凝器凝汽器内冷凝，作为产品水的一部分；第i级闪蒸器的排水包括两种分配方式：第一种是当多效蒸发部分的蒸发/冷凝器的喷淋需求量小于闪蒸器的排水量时，第i级闪蒸器的排水的一部分作为多效蒸发部分第(i-1)组蒸发/冷凝器的进料，进入第(i-1)组蒸发/冷凝器进行喷淋，其余部分进入下一级闪蒸器；第二种是第i级闪蒸器的排水全部进入第(i-1)组蒸发/冷凝器进行喷淋，此时不再设置下一级闪蒸器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Guo Yali Inventor after: Gong Luyuan Inventor after: Shen Shengqiang Inventor after: Bao Minle Inventor after: Mou Xingsen Inventor before: Guo Yali Inventor before: Gong Luyuan Inventor before: Shen Shengqiang Inventor before: Liang Gangtao |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |