CN108622966A - 一体化双效五合一板式海水淡化装置及其工作方法 - Google Patents

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王景炎
范菊兰
李春霞
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Abstract

本发明公开了双效五合一板式海水淡化装置及其工作方法，属海水淡化领域。它由一系列海水淡化板片压紧而成，相邻板片之间间隔布置两种不同的密封条结构。海水淡化板片从下往上依次布置有一效换热区、第一汽液分离区、二效换热区、第二汽液分离区、冷凝换热区，板片上还布置有第一汽液混合物通道、第一纯蒸汽通道、第二汽液混合物通道、第二纯蒸汽通道、第一海水进口通道、第二海水进口通道、热源通道、冷源通道、第一淡水通道、第二淡水通道、第一卤水出口通道、第二卤水出口通道。本发明通过合理布置密封条结构，在同一板片的两侧形成双效海水淡化所需的各个功能区，极大地提高了双效海水淡化装置的紧凑性，使用的耐腐蚀金属材料较少，成本较低。

Description

一体化双效五合一板式海水淡化装置及其工作方法
技术领域
本发明专利涉及一种双效五合一板式海水淡化装置及其工作方法，属于海水淡化领域。
背景技术
船舶在海中运行，每天需要消耗大量淡水，海水淡化技术正成为船只淡水资源的重要补充手段。在过去的几十年中，海水淡化技术得到了迅速的发展，目前工业应用较为广泛的海水淡化技术主要为反渗透膜法和蒸馏法。
由于分离膜的使用寿命短暂，反渗透膜法运行和维护成本较高，此外，反渗透膜法产生的卤水中含有大量的化学制剂，直接排放将造成水资源的污染，所以反渗透膜法在船舶中应用较少。
蒸馏法海水淡化法对原料海水水质要求低，产水品质好，而且船舶上存在大量的低温废热，因此，蒸馏法海水淡化技术在船舶上应用较广泛。其中，低温多效蒸馏法操作温度低，可有效减缓设备的腐蚀和结垢，动力消耗低，热效率高，所以大型船舶用蒸馏法又以低温多效蒸馏法为主。
考虑到船舶吨位和载货需求，海水淡化装置需要具备空间占用体积小、产水品质高的特点，然而目前热法海水淡化装置整体结构庞大，布置有庞大的外置式汽液分离区，同时由于海水具有腐蚀性，海水淡化装置一般由耐腐蚀的钛材或铜材等贵重金属制成，整个海水淡化装置制造成本昂贵。
综上可知，开发体积小、重量轻、成本低、产水品质高的新型海水淡化装置，对于降低船舶海水淡化成本、提高其载货量，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供体积小、重量轻、成本低、产水品质高的一体化双效五合一板式海水淡化装置及其工作方法。
本发明所述的一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：
由若干一体化双效五合一海水淡化换热板片依次叠放压紧而成；
定义换热板片左右正中线称为板片中线；
其中一体化双效五合一海水淡化板片从下往上依次布置有一效换热区、第一汽液分离区、二效换热区、第二汽液分离区、冷凝换热区；
其中一效换热区的中部从上往下依次布置有热源进口通道、热源出口通道、还布置有第一海水进口通道、第一卤水出口通道；
其中第一汽液分离区包括第一汽液混合物通道和两组第一纯蒸汽通道；第一汽液混合物通道布置在第一汽液分离区的下方；两组第一纯蒸汽通道分别布置在第一汽液分离区的左上角和右上角，同时也分别位于二效换热区的左右两侧；
其中二效换热区布置有第二海水进口通道、第二卤水出口通道，还布置有位于其中下部的第一淡水出口通道；
其中第二汽液分离区包括第二汽液混合物通道和两组第二纯蒸汽通道；第二汽液混合物通道布置在第二汽液分离区下方；两组第二纯蒸汽通道分别布置在第二汽液分离区的左上角和右上角，同时也分别位于冷凝换热区的左右两侧；
其中冷凝换热区的中部从上往下依次布置有冷源出口通道、冷源进口通道、第二淡水出口通道；
上述相邻板片之间按第一种密封方式和第二种密封方式依次交替布置密封条；
其中第一种密封方式：板片四周布置一圈密封条，形成封闭的流体空间。热源腔内左右各设置一个竖直的密封条垫片；热源进口通道四周和热源出口通道四周分别布置一圈密封条；第一汽液分离区左侧、上侧、右侧布置密封条，下侧不布置密封条；二效换热区的左侧、下侧、右侧布置有密封条，上侧不设置密封条，形成二效蒸发区，且左右各设置一个竖直的密封条垫片；第一淡水出口通道四周布置有一圈密封条；冷凝换热区四周布置一圈密封条，形成冷源腔；冷源进口通道和冷源出口通道中间设置具有翘起结构的横向分程垫片；第二淡水出口通道四周布置一圈密封条；
其中第二种密封方式：板片四周布置一圈密封条，形成封闭的流体空间；一效换热区上方布置有与板片左侧和右侧密封条相连的密封条，下方形成热源腔；热源进口通道和热源出口通道中间设置上翘式的横向分程垫片；第一海水进口通道和第一卤水出口通道四周布置一圈密封条；二效换热区下侧布置密封条，上方形成一效冷凝区；第二汽液分离区下侧布置有与板片左侧和右侧密封条相连的密封条；冷凝换热区下侧布置有密封条，上方形成二效冷凝区；冷源进口通道四周和冷源出口通道四周分别布置一圈密封条。
上述一体化双效海水淡化换热板片的一效换热区、二效换热区和冷凝换热区均采用纵向的W形波纹结构；
上述一体化双效海水淡化换热板片的第一汽液分离区和第二汽液分离区采用折板分离结构。
所述的一体化双效五合一板式海水淡化装置的工作方法，其特征在于包括以下过程：
热源从热源进口通道流入热源腔，向一效蒸发区的海水释放热量后，从热源出口通道排入环境；
冷源海水从冷源进口流入冷源腔，吸收二效冷凝区纯蒸汽释放的热量后，温度升高，变成低温热海水，并从冷源出口通道排出，排出后的低温热海水分两路：一路直接流入环境；另一路分成两股，一股从第二海水进口通道流入二效蒸发区，吸收一效冷凝区的二次蒸汽冷凝释放的潜热后部分蒸发，另外一股从第一海水进口通道流入一效蒸发区，吸收热源的热量后部分蒸发；
二效蒸发区蒸发产生的三次蒸汽通过第二汽液混合物通道进入第二汽液分离区，分离出的含盐液滴在重力作用下回流入二效蒸发区，分离出的纯蒸汽通过第二纯蒸汽通道进入二效冷凝区，向冷源腔中的冷海水放出热量后冷凝为淡水，然后从第二淡水出口通道排出；
低温海水从第一海水进口通道流入一效蒸发区，吸收热源的热量后部分蒸发：蒸发后产生的高浓度海水从第一卤水出口通道排出，蒸发产生的二次蒸汽从第一汽液混合物通道进入第一汽液分离区，分离出的含盐液滴在重力作用下回流入一效蒸发区，分离出的纯蒸汽通过第一纯蒸汽通道进入一效冷凝区，向二效蒸发区的低温热海水释放热量后冷凝变成淡水，然后从第一淡水出口通道排出。
所述一体化双效五合一板式海水淡化装置，通过合理布置板片之间的密封条结构，将双效海水淡化所需要的各个功能区融合在一张板片中，大大减小了海水淡化装置尺寸，使用的耐腐蚀贵重金属材料更少，装置制造成本更为低廉；板片的一效换热区、二效换热区和冷凝换热区均采用纵向的W形波纹结构，不仅起到支撑承压作用，而且可以强化换热；板片的第一汽液分离区和第二汽液分离区采用折板分离结构，内置式的折板汽液分离区结构紧凑且汽液分离效果好。
所述一体化双效五合一板式海水淡化装置，可以根据实际情况增加或减少板片数量来控制淡水产量，板片容易拆卸、更换，易于维修。
所述一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：第一汽液混合物通道、第二汽液混合物通道、第一纯蒸汽通道、第二纯蒸汽通道、第一淡水出口通道、第二淡水出口通道均设置加强筋，提高了板片的结构强度。
所述一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：热源进口通道、热源出口通道、冷源进口通道、冷源出口通道的尺寸均采用等流速设计，保证换热区换热的均匀性，使得整个换热区热应力分别均衡。
所述一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：一效蒸发区的第一海水进口通道和二效蒸发区的第二海水进口通道里侧均设置有垫片用于引导海水流动。
所述一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：热源腔和冷凝腔内设置有具有翘起结构的分程垫片。
所述一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：板片由耐腐蚀的钛材或者铜材制成，可以抵抗海水腐蚀。
附图说明
图1为一体化双效五合一板式海水淡化装置板片的结构图；
图2为第一种密封方式的密封条布置图；
图3为第二种密封方式的密封条布置图；
图4板片运行流程示意图；
图中标号名称：1-一效换热区；2-第一汽液混合物通道；3-第一汽液分离区；4-二效换热区；5-第二汽液混合物通道；6-第二汽液分离区；7-冷凝换热区；8-第一纯蒸汽通道；9-第二纯蒸汽通道；10-第二海水进口通道；11-热源进口通道；12-热源出口通道；13-第一海水进口通道；14-第一卤水出口通道；15-第二卤水出口；16-冷源进口通道；17-冷源出口通道；18-第一淡水出口；19-第二淡水出口；20-热源腔；21-一效冷凝区；22-二效冷凝区；23-一效蒸发区；24-二效蒸发区；25-冷源腔；26-分程垫片；27-加强筋；图4中实线箭头代表海水流动的轨迹，虚线箭头代表蒸汽的流动轨迹。×代表流出该板片空间，·代表流进该板片空间。
具体实施方法
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合附图对本发明工作过程作进一步的详细说明。
如图4所示，热源从热源进口通道流入热源腔，向一效蒸发区的海水释放热量后，从热源出口通道排入环境；
冷源海水从冷源进口通道流入冷源腔，吸收二效冷凝区纯蒸汽释放的热量后，温度升高，变成低温热海水，并从冷源出口通道排出，排出后的低温热海水分两路：一路直接流入环境；另一路分成两股，一股从第二海水进口通道流入二效蒸发区，吸收一效冷凝区的二次蒸汽冷凝释放的潜热后部分蒸发，另一股从第一海水进口通道流入一效蒸发区，吸收热源的热量后部分蒸发；
一效蒸发区蒸发产生的二次蒸汽通过第一汽液混合物通道进入第一汽液分离区，分离出的含盐液滴在重力作用下回流入一效蒸发区，分离出的纯蒸汽通过第一纯蒸汽通道进入二效冷凝区，向冷源腔中的冷海水放出热量后冷凝为淡水，然后从第一淡水出口通道排出，蒸发后的浓海水从第一卤水出口通道排出；
二效蒸发区蒸发产生的三次蒸汽通过第二汽液混合物通道进入第二汽液分离区，分离出的含盐液滴在重力作用下回流入二效蒸发区，分离出的纯蒸汽通过第二纯蒸汽通道进入二效冷凝区，向冷源腔中的冷海水放出热量后冷凝为淡水，然后从第二淡水出口通道排出，蒸发后的浓海水从第二卤水出口通道排出。

Claims (6)

1.一种一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：由若干一体化双效海水淡化换热板片依次叠放压紧而成；
其中一体化双效海水淡化板片从下往上依次布置有一效换热区（1）、第一汽液分离区（3）、二效换热区（4）、第二汽液分离区（6）、冷凝换热区（7）；
定义换热板片左右正中线称为板片中线；
其中一效换热区（1）沿板片中线从上往下依次布置有热源进口通道（11）、热源出口通道（12）、第二卤水出口通道（14）；一效换热区（1）的左下角和右下角还布置有第一海水进口通道(13)；
其中第一汽液分离区（3）布置有第一汽液混合物通道（2）和两组第一纯蒸汽通道（8）；第一汽液混合物通道（2）布置在第一汽液分离区（3）的下方；第一组第一纯蒸汽通道（8）布置在第一汽液分离区（3）的左上角且位于二效换热区（4）的左侧；第二组第一纯蒸汽通道（8）布置在第一汽液分离区（3）的右上角且位于二效换热区（4）的右侧；
其中二效换热区（4）下半区域沿板片中线从上往下依次布置有第二卤水出口（15）、第一淡水出口通道（18）；二效换热区（4）的左侧和右侧还布置有第二海水进口通道（10）；
其中第二汽液分离区（6）布置有第二汽液混合物通道（5）和两组第二纯蒸汽通道（9）；第二汽液混合物通道（5）布置在第二汽液分离区（6）下方；第一组第二纯蒸汽通道（9）布置在第二汽液分离区（6）的左上角且位于冷凝换热区（7）的左侧；第二组第二纯蒸汽通道（9）布置在第二汽液分离区（6）的右上角且位于冷凝换热区（7）的右侧；
其中冷凝换热区（7）沿板片中线从上往下依次布置有冷源出口通道（16）、冷源进口通道（17）、第二淡水出口通道（19）；
上述相邻板片之间按第一种密封方式和第二种密封方式依次交替布置密封条；
其中第一种密封方式：板片四周布置一圈外圈密封条，形成封闭的流体空间；一效换热区（1）左下角、右下角的的第一海水进口通道(13)内侧均设置一个竖直密封条垫片；热源进口通道（11）四周和热源出口通道（12）四周分别布置一圈密封条；二效换热区（4）的左侧、下侧、右侧布置有密封条，上侧不设置密封条，形成二效蒸发区（24），且二效换热区（4）左下角、右下角的第二海水进口通道（10）内侧均设置一个竖直的密封条垫片；第一淡水出口通道（18）四周布置有一圈密封条；冷凝换热区（7）四周布置一圈密封条，形成冷源腔（25）；冷源进口通道（16）和冷源出口通道（17）中间设置具有翘起结构的横向分程垫片（26）；第二淡水出口通道（19）四周布置一圈密封条；
其中第二种密封方式：板片四周布置一圈外圈密封条，形成封闭的流体空间；一效换热区（1）上方布置有与板片左侧和右侧外圈密封条相连的密封条，下方形成热源腔（20）；热源进口通道（11）和热源出口通道（12）中间设置上翘式的横向分程垫片（26）；第一海水进口通道（13）和第一卤水出口通道（14）四周布置一圈密封条；二效换热区（4）下侧布置密封条，上方形成一效冷凝区（21），第二海水进口通道（10）和第二卤水出口（15）四周布置有一圈密封条；第二汽液分离区（6）下侧布置有与板片左侧和右侧外圈密封条相连的密封条；冷凝换热区（7）下侧布置有密封条，上方形成二效冷凝区（22）；冷源进口通道（16）四周和冷源出口通道（17）四周分别布置一圈密封条；
上述一体化双效海水淡化换热板片的一效换热区（1）、二效换热区（4）和冷凝换热区（7）均采用纵向的W形波纹结构；
上述一体化双效海水淡化换热板片的第一汽液分离区（3）和第二汽液分离区（6）采用折板分离结构。
2.根据权利要求1所述的一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：所述第一汽液混合物通道（2）、第二汽液混合物通道（5）、第一纯蒸汽通道（8）、第二纯蒸汽通道（9）、第一淡水出口通道（18）、第二淡水出口通道（19）均设置加强筋。
3.根据权利要求1所述的一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：所述热源进口通道（11）、热源出口通道（12）、冷源进口通道（16）、冷源出口通道（17）的尺寸均采用等流速设计。
4.根据权利要求1所述的一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：所述一效换热区（1）的第一海水进口通道（13）和二效蒸发区（4）的第二海水进口通道（10）里侧均设置有竖直的垫片用于引导海水流动。
5.根据权利要求1所述的一体化双效五合一板式海水淡化装置，其特征在于：板片由耐腐蚀的钛材或者铜材制成。
6.根据权利要求1所述的一体化双效五合一板式海水淡化装置的工作方法，其特征在于包括以下过程：
热源从热源进口通道（11）流入热源腔（20），向一效蒸发区（23）的海水释放热量后，从热源出口通道（12）排入环境；
冷源海水从冷源进口（16）流入冷源腔（25），吸收二效冷凝区（22）纯蒸汽释放的热量后，温度升高，变成低温热海水，并从冷源出口通道（17）排出，排出后的低温热海水分两路：一路直接流入环境；另一路再分成两股，一股从第二海水进口通道（10）流入二效蒸发区（24），吸收一效冷凝区（21）的二次蒸汽冷凝释放的潜热后部分蒸发，另一股从第一海水进口通道（13）进入一效蒸发区（23），吸收热源提供的热量后部分蒸发；
一效蒸发区（23）蒸发产生的二次蒸汽通过第一汽液混合物通道（2）进入第一汽液分离区（3），分离出的含盐液滴在重力作用下回流入一效蒸发区（23），蒸发后的浓海水从第一卤水出口通道（14）排出；分离出的纯蒸汽通过第一纯蒸汽通道（8）进入二效冷凝区（21），向冷源腔中的冷海水放出热量后冷凝为淡水，然后从第一淡水出口通道（18）排出；
二效蒸发区（22）蒸发产生的三次蒸汽通过第二汽液混合物通道（5）进入第二汽液分离区（6），分离出的含盐液滴在重力作用下回流入二效蒸发区（24），蒸发后的浓海水从第二卤水出口通道（15）排出；分离出的纯蒸汽通过第二纯蒸汽通道（9）进入二效冷凝区（22），向冷源腔中的冷海水放出热量后冷凝为淡水，然后从第二淡水出口通道（19）排出。
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