CN109019732A - 双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统和方法，属于海水淡化领域。其特征在于：该系统海水（1）在冷凝器（6）中吸收制冷剂（4）的热量，进入加湿填料塔（7），与低温空气（2）传热传质，空气（2）温度升高，含湿量增大，高温空气（2）再进入除湿填料塔（6）中与低温淡水（3）传热传质，空气（2）温度降低，析出水分，低温空气（2）经风机（10）再次进入加湿填料塔（7）开始下一轮循环，制冷剂（4）循环提供加热海水（1）的热量和冷却淡水（3）的冷量。该系统利用空气在不同温度下载湿能力的差异，通过双填料塔内空气‑海水、空气‑淡水直接接触进行传热传质，换热效率高，整体结构紧凑。

Description

双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统及方法
技术领域
本发明涉及一种双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统及方法，属于海水淡化领域。
背景技术
海水淡化是现在解决水资源短缺问题的重要途径，海水淡化技术受到各方面的重视。
传统的海水淡化技术主要有膜法和热法两大类。膜法主要有反渗透法和电渗析法，反渗透法需要高压泵使海水压力达到一定值实现反渗透。电渗析法通过直流电源在电解析槽中建立起电场，使离子向两侧运动淡化海水。热法海水淡化技术主要有多级闪蒸法、多效蒸发法。多级闪蒸需要外供高温蒸汽，最大操作温度受到规模的限制，热经济性受规模限制。多效蒸发系统的热力性能随系统效数增加而提高，但是增加系统效数会大幅提高系统成本。且热法主要采用间壁式沸腾换热，换热系数小，换热器制作成本高。
膜法处理对海水预处理要求高，否则出水品质差，热法得到的水质高，但是传统的热法耗能高,换热器体积大，装置结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结构紧凑、换热效率高的双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统及方法。
该系统包括海水泵，冷凝器,加湿填料塔，浓海水储罐，除湿填料塔,风机，分流器，淡水储罐，蒸发器，水泵，压缩机，节流阀；冷凝器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；蒸发器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；加湿填料塔包括海水进口、海水出口、空气进口和空气出口；除湿填料塔包括淡水进口、淡水出口、空气进口和空气出口；分流器包括淡水进口、第一出口和第二出口；海水经海水泵与冷凝器冷侧进口相连，冷凝器冷侧出口与加湿填料塔海水进口相连，加湿填料塔海水出口与浓海水储罐相连，加湿填料塔气体出口与除湿填料塔气体进口相连，除湿填料塔气体出口经风机与加湿填料塔气体进口相连，除湿填料塔淡水出口与分流器淡水进口相连，分流器第一出口与淡水储罐相连,分流器第二出口与蒸发器热侧进口相连，蒸发器热侧出口经淡水泵与除湿填料塔淡水进口相连；压缩机出口与冷凝器热侧进口相连,冷凝器热侧出口经过节流阀与蒸发器冷侧入口相连，蒸发器冷侧出口与压缩机入口相连。
本发明所述的双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统工作方法包括以下过程：海水经海水泵输送至冷凝器冷侧，被其热侧的制冷剂加热后，进入加湿填料塔，在加湿填料塔中与低温空气直接接触传热传质，加热空气，并被带走水分，海水被浓缩后进入浓海水储罐；低温空气经风机后进入加湿填料塔，在加湿填料塔中被海水加热加湿后进入除湿填料塔，高温空气在除湿填料塔中被淡水冷却除湿后进入风机开始下一轮循环；淡水进入蒸发器热侧，被其冷侧的制冷剂冷却后经淡水泵进入除湿填料塔，与高温空气直接接触传热传质，冷却高温空气并带走空气冷凝出的液态水，再在分流器中分流，一部分进入淡水储罐，一部分重新进入蒸发器开始下一轮循环；制冷剂经压缩机加压后，进入冷凝器热侧，被其冷侧的低温海水冷凝，经节流阀降温降压后进入蒸发器冷侧，被其热侧的淡水加热蒸发后进入压缩机开始下一轮循环。
该系统利用空气在不同温度下载湿能力的差异，通过双填料塔内空气-海水、空气-淡水直接接触进行传热传质，空气在高温海水中吸热并吸收水分，在低温淡水中降温除湿，达到海水淡化的目的。相比常规的海水淡化系统，上述系统的优势主要体现在以下四个方面：
第一，设备安全性高。利用空气高温载湿能力强，低温载湿能力弱的特点，空气在加湿填料塔中被高温海水加热，吸收海水中的水分，在除湿填料塔中被低温淡水冷却，冷凝出水分，可在常温常压下操作。
第二，系统结构紧凑，成本低。采用填料塔，相比间接接触式换热器单位体积换热面积大，结构紧凑，而且换热效率高。
第三，系统耗能不高。热泵系统消耗少量的逆循环净功，可以得到较大的供热量，相比直接供热的方式耗能低。并且该系统中热泵系统冷热结合，热量提供给海水，提高海水温度，进而提高加湿填料塔中的空气温度，使空气能携带更多水分；冷量提供给淡水，降低淡水温度，进而降低除湿填料塔中的空气温度，使空气能冷凝出更多水分，进一步降低了单位产水耗能。
该系统不仅可用于海水淡化，也可用于腐蚀性溶液的低温浓缩和结晶。
附图说明
图1是本发明提出的一种双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统；
图中标号名称：1、海水，2、空气，3、淡水，4、制冷剂，5、海水泵，6、冷凝器，7、加湿填料塔，8、浓海水储罐，9、除湿填料塔，10、风机，11、分流器，12、淡水储罐，13、蒸发器，14、淡水泵，15、压缩机，16、节流阀。
具体实施方式
下面参照附图说明双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统的工作过程。
首先，依次启动海水泵5，淡水泵14，风机10，压缩机15；
海水1经海水泵5输送至冷凝器6冷侧，被其热侧的制冷剂4加热后，进入加湿填料塔7，在加湿填料塔7中与低温空气2直接接触传热传质，加热空气2，并被带走水分，海水1被浓缩后进入浓海水储罐8；
低温空气2经风机10后进入加湿填料塔7，在加湿填料塔7中被海水1加热加湿后进入除湿填料塔9，高温空气2在除湿填料塔9中被淡水3冷却除湿后进入风机10开始下一轮循环；
淡水3进入蒸发器13热侧，被其冷侧的制冷剂4冷却后经淡水泵14进入除湿填料塔9，与高温空气2直接接触传热传质，冷却高温空气2并带走空气2冷凝出的液态水，再在分流器11中分流，一部分进入淡水储罐12，另一部分重新进入蒸发器13开始下一轮循环；
制冷剂4经压缩机15加压后，进入冷凝器6热侧，被其冷侧的低温海水1冷凝，经节流阀16降温降压后进入蒸发器13冷侧，被其热侧的淡水3加热蒸发后进入压缩机15开始下一轮循环。
系统停机时，依次关闭压缩机15，风机10，淡水泵14，海水泵1。

Claims (2)

1.一种双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统，其特征在于：
该系统包括海水泵（5），冷凝器（6）,加湿填料塔（7），浓海水储罐（8），除湿填料塔（9）,风机（10），分流器（11），淡水储罐（12），蒸发器（13），水泵（14），压缩机（15），节流阀（16）；
冷凝器（6）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；
蒸发器（13）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；
加湿填料塔（7）包括海水进口、海水出口、空气进口和空气出口；
除湿填料塔（9）包括淡水进口、淡水出口、空气进口和空气出口；
分流器（11）包括淡水进口、第一出口和第二出口；
海水（1）经海水泵（5）与冷凝器（6）冷侧进口相连，冷凝器（6）冷侧出口与加湿填料塔（7）海水进口相连，加湿填料塔（7）海水出口与浓海水储罐（8）相连，加湿填料塔（7）气体出口与除湿填料塔（9）气体进口相连，除湿填料塔（9）气体出口经风机（10）与加湿填料塔（7）气体进口相连，除湿填料塔（9）淡水出口与分流器(11)淡水进口相连，分流器(11)第一出口与淡水储罐(12)相连,分流器(11)第二出口与蒸发器（13）热侧进口相连，蒸发器（13）热侧出口经淡水泵（14）与除湿填料塔（9）淡水进口相连；
压缩机（15）出口与冷凝器（6）热侧进口相连,冷凝器（6）热侧出口经过节流阀（16）与蒸发器（13）冷侧入口相连，蒸发器（13）冷侧出口与压缩机（15）入口相连。
2.根据权利要求1所述的双填料塔加湿除湿热泵海水淡化系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：
海水（1）经海水泵（5）输送至冷凝器（6）冷侧，被其热侧的制冷剂（4）加热后，进入加湿填料塔（7），在加湿填料塔（7）中与低温空气（2）直接接触传热传质，加热空气（2），并被带走水分，海水（1）被浓缩后进入浓海水储罐（8）；
低温空气（2）经风机（10）进入加湿填料塔（7），在加湿填料塔（7）中被海水（1）加热加湿后进入除湿填料塔（9），高温空气（2）在除湿填料塔（9）中被淡水（3）冷却除湿后进入风机（10）开始下一轮循环；
淡水（3）进入蒸发器（13）热侧，被其冷侧的制冷剂（4）冷却后经淡水泵（14）进入除湿填料塔（9），与高温空气（2）直接接触传热传质，冷却高温空气（2）并带走空气（2）冷凝出的液态水，再在分流器（11）中分流，一部分进入淡水储罐（12），另一部分重新进入蒸发器（13）热侧开始下一轮循环；
制冷剂（4）经压缩机（15）加压后，进入冷凝器（6）热侧，被其冷侧的低温海水（1）冷凝，经节流阀（16）降温降压后进入蒸发器（13）冷侧，被其热侧的淡水（3）加热蒸发后进入压缩机（15）开始下一轮循环。
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