CN109626464B - 一种燃气热泵海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气热泵海水淡化装置，包括通过管道连通的蒸馏筒、凝结筒、内燃机和热泵循环系统，蒸馏筒和凝结筒相对设置，内燃机的排烟一端与蒸馏筒连通，另一端直接驱动热泵循环系统；热泵循环系统分阶段对海水进行先冷却和加热加热；内燃机及其余烟分阶段对海水进行加热回收烟气余热。本发明的结构设置使蒸馏筒和冷凝筒处于真空状态，加速了海水淡化速度；在海水淡化过程中，天然气能源得到梯级利用，海水梯级加热，提高了天然气一次能源利用率。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，尤其涉及一种燃气热泵海水淡化装置。
背景技术
自地球人口数量不断增长和经济的不断发展，淡水显得越来越成为重要的经济战略资源。科学技术的发展推动海水淡化技术不断升级，目前海水淡化技术大的方面可以划分为膜法、热法等。目前比较成熟的是膜法和热法，特别是膜法已经大规模商业化。2000年，全世界淡水产量已经达到日产2700万吨。并且每年还以7％-8％速度增长，提供一亿多人的生活和工业用水。但膜法海水存在淡化成本高的缺点。热法主要有多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏，并没有像膜法那样大规模推广。多级闪蒸需要很大换热面积，动力系统能耗大，因而成本高。多效蒸馏可以利用70℃低温水作为海水加热热源，因而需要利用工业废热制取淡水，但是这种废热不具备普遍性，也难以推广。压汽蒸馏法的所需要的压缩机难以设计制造，其推广存在诸多问题。
热泵技术是利用投入少的电能获得数倍热泵原理，其关键在于从环境抽取能量要多于投入的电能。这对于热法海水淡化是非常有前途的技术。目前公开专利号CN201810201332提出用膨胀回收机真空泵耗功技术路径的热泵海水淡化联产电系统，降低淡化成本。公开专利号CN201810040296提出一种能够同时实现海水淡化、浓盐水和水蒸气余热回收等功能的太阳能热泵海水淡化技术路径。电动热泵海水淡化技术，但从一次能源利用率来说，电动热泵一次能源利用率不到60％。
因此，需要一种既能降低淡化成本又能提供一次能源利用的装置以满足现有需求。
发明内容
现有技术的不足，本发明提供一种燃气热泵海水淡化装置，与现有技术相比，降低海水淡化成本，同时也提高了一次能源率用率。
本发明的技术方案为：一种燃气热泵海水淡化装置，包括通过管道连通的蒸馏筒、凝结筒、内燃机和热泵循环系统，所述蒸馏筒和凝结筒相对设置，所述内燃机的一端与蒸馏筒连通，另一端与热泵循环系统连通；所述内燃机驱动热泵循环系统，热泵循环系统分阶段对海水进行冷却和加热；内燃机及其余烟分阶段对海水进行加热。
更进一步的，所述热泵循环系统包括依序形成回路的压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器；所述内燃机与压缩机连通并对其驱动。
更进一步的，所述内燃机内设有缸套冷却器；所述蒸馏筒内设有高温加热器；所述凝结筒内设有冷却器。
更进一步的，所述管道包括余烟管道；所述余烟管道的一端与内燃机连通，另一端通入蒸馏筒内并通出且露出末端；所述高温加热器与余烟管道贯通；所述余烟管道的末端处设有低温加热器。
更进一步的，所述管道还包括海水管道和蒸汽管道，所述海水管道的进水端浸入海水池中，中段依次通过蒸发器、凝结筒、冷凝器、低温加热器和内燃机，其出水端连通至蒸馏筒内；所述蒸发管的一端与蒸馏筒连通，另一端连通至凝结筒；所述凝结筒内的冷却器与海水管道贯通；所述内燃机内的缸套冷却器与海水管道贯通。
更进一步的，所述蒸馏筒通过第一支架固定，所述凝结筒通过第二支架固定；所述凝结筒内为真空状态。在一定的温度下，蒸发气体与凝聚相平衡过程中所呈现的压力称为饱和蒸汽压力。物质的饱和蒸汽压力随温度的上升而增大，相反，一定的饱和蒸汽压力对应着一定的物质蒸发温度。显然，由于压力低，蒸发温度越低，因而真空和负压可以加快液体的气化,降低液体气化温度。
更进一步的，所述凝结筒底部设有淡水管，所述淡水管上设有第二阀门，所述淡水管通向淡水池。
更进一步的，所述蒸馏筒底部设有泄水管，所述泄水管上设有第一阀门。用于定期排除蒸馏筒底部的杂质和盐分。
更进一步的，所述蒸馏筒外部设有保温材料。
更进一步的，所述内燃机选用天然气驱动。
有益效果：
本发明的一种燃气热泵海水淡化装置，其结构设置加速了海水淡化速度；在海水淡化过程中，天然气能源得到梯级利用，海水梯级加热，提高了天然气一次能源利用率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：1-蒸馏筒，11-高温加热器，2-凝结筒，21-冷却器，3-内燃机，31-缸套冷却器，4-热泵循环系统，41-压缩机、42-蒸发器、43-节流阀，44-冷凝器，51-余烟管道，52-海水管道，53-蒸汽管道，6-低温加热器，7-海水池，81-第一支架，82-第二支架，9-淡水池。
具体实施方式
如图1所示，一种燃气热泵海水淡化装置，包括通过管道连通的蒸馏筒1、凝结筒2、内燃机3和热泵循环系统，蒸馏筒1和凝结筒2相对设置，内燃机3的一端与蒸馏筒1连通，另一端与热泵循环系统连通；内燃机3驱动热泵循环系统，热泵循环系统分阶段对海水进行冷却和加热；内燃机3及其余烟分阶段对海水进行加热。
热泵循环系统包括依序形成回路的压缩机41、蒸发器42、节流阀43和冷凝器44；内燃机3与压缩机41连通并对其驱动。蒸发器42对海水进行冷却；节流阀43用于控制流量，冷凝器44用于对海水进行加热。
内燃机3内设有缸套冷却器3121；蒸馏筒1内设有高温加热器11；凝结筒2内设有冷却器21。缸套冷却器3121用于对海水加热。高温加热器11用于对海水加热。冷却器21对水蒸气进行冷却。
管道包括余烟管道51；余烟管道51的一端与内燃机3连通，另一端通入蒸馏筒1内并通出且露出末端；高温加热器11与余烟管道51贯通；余烟管道51的末端处设有低温加热器6。通常情况下，从内燃机3中直接排入余烟管道51内的烟气温度为400-500摄氏度，经过高温加热器11后，排入余烟管道51及末端处的烟气温度为130摄氏度。
管道还包括海水管道52和蒸汽管道53，海水管道52的进水端浸入海水池7中，中段依次通过蒸发器42、凝结筒2、冷凝器44、低温加热器6和内燃机3，其出水端连通至蒸馏筒1内；蒸发管的一端与蒸馏筒1连通，另一端连通至凝结筒2；凝结筒2内的冷却器21与海水管贯通；内燃机3内的缸套冷却器3121与海水管贯通。上述管道结构设置，可以合理利用热泵循环系统以及内燃机3的回收烟气，既提高了淡化速度，也提高了一次能源的利用率。
蒸馏筒1通过第一支架81固定，凝结筒2通过第二支架82固定；凝结筒2内为真空状态。蒸馏筒1外部设有保温材料。蒸馏桶内海水蒸发不需要真空环境.凝结筒2内是自然真空状态，加速了海水淡化速度。
凝结筒2底部设有淡水管，淡水管上设有第二阀门，淡水管通向淡水池9。蒸馏筒1底部设有泄水管，泄水管上设有第一阀门。
综上可见，本装置包括海水蒸发和淡水制取系统、燃气内然机、热泵循环系统、海水加热系统组成。海水蒸发和淡水制取系统其主要由蒸馏桶和凝结筒2及其内部换热部件组成。蒸馏筒1内部海水在高温烟气加热下不断蒸发，蒸汽流入凝结桶凝结为淡水。蒸馏筒1内部装设的高温加热器11，烟气从其内部流过直接将热水加热成蒸汽；凝结筒2内部装设的冷却器21，冷海水从冷却器21内流过将蒸汽凝结为淡水。
内然机是由天然气驱动，内然机带动热泵压缩机41运转，内然机缸套冷却水和烟气余热分阶段给海水加热。
热泵循环系统是的压缩机41、冷凝器44、节流阀43和蒸发器42，蒸发器42内部制冷剂发生相变从海水吸热，海水降温，冷凝器44和用来给海水加热。
海水加热系统有四处加热装置，包括冷凝器44、低温加热器6、内燃机3的缸套冷却器3121以及高温加热器11；其加热的过程是：首先由冷凝器44加热，然后由低温加热器6加热，第三次由缸套冷却水加热，最后由蒸馏筒1内部高温加热器11加热。海水加热过程是梯级加热的，天然气能量释放过程也是梯级利用过程，符合热力学用能准则。
关于本装置海水的淡化过程具体如下：海水由海水泵45从海水池7抽取，通入海水管道52经过蒸发器42冷却，海水温度降低，冷海水通入凝结筒2内，将凝结筒2中水蒸气冷凝成淡水进入淡水翅中，同时冷海水在水蒸汽的作用下首次被加热；海水经热泵冷凝器44得到第二次加热，此时温度可以被加热至40℃；海水依序进入低温加热器6中，被内燃机3的回收烟气进行第三次加热，回收烟气中的水蒸气汽化潜热，烟气从130℃冷却到50℃，海水可以被加热到70℃；海水进入内燃机3中，在缸套冷却器3121中第四次被加热，海水可以被加热到85℃；最后在蒸馏内被高温烟气第五次加热，该高温烟气是由内然机排出的，温度在400℃～500℃，可以将海水在常压下加热到沸腾。水蒸气经过蒸汽管道53进入凝结筒2，被流过凝结筒2的冷海水冷却成淡水，进入到淡水池9中。
本发明的一种燃气热泵海水淡化装置，利用热泵循环系统，对海水进行冷却和加热，利用内燃机3的回收烟气多次对海水进行加热。本发明加快了海水淡化的速度，节约了海水淡化的成本，且有效提高了一次能源的利用率。
Claims (1)
1.一种燃气热泵海水淡化装置，其特征在于：包括通过管道连通的蒸馏筒(1)、凝结筒(2)、内燃机(3)和热泵循环系统(4)，所述蒸馏筒(1)和凝结筒(2)相对设置，所述内燃机(3)的一端与蒸馏筒(1)连通，另一端与热泵循环系统(4)连通；所述内燃机(3)驱动热泵循环系统(4)，热泵循环系统(4)分阶段对海水进行冷却和加热；内燃机(3)及其回收排烟分阶段对海水进行若干次加热；
所述热泵循环系统(4)包括依序形成回路的压缩机(41)、蒸发器(42)、节流阀(43)和冷凝器(44)；所述内燃机(3)与压缩机(41)连通并对其驱动；
所述蒸馏筒(1)内设有高温加热器(11)；所述凝结筒(2)内设有冷却器(21)，所述内燃机(3)内设有缸套冷却器(31)；
所述管道包括余烟管道(51)；所述缸套冷却器(31)的一端与内燃机(3)连通，另一端通入蒸馏筒(1)内并通出且露出末端；所述高温加热器(11)与余烟管道(51)贯通；所述余烟管道(51)的末端处设有低温加热器(6)；
所述管道还包括海水管道(52)和蒸汽管道(53)，所述海水管道(52)的进水端浸入海水池(7)中，中段依次通过蒸发器(42)、凝结筒(2)、冷凝器(44)、低温加热器(6)和内燃机(3)，其出水端连通至蒸馏筒(1)内；所述凝结筒(2)内的冷却器(21)与海水管道(52)贯通；所述内燃机(3)内的缸套冷却器(31)与海水管道(52)贯通；所述蒸汽管道(53)的一端与蒸馏筒(1)连通，另一端连通至凝结筒(2)；
所述蒸馏筒(1)通过第一支架(81)固定，所述凝结筒(2)通过第二支架(82)固定；所述蒸馏筒、凝结筒(2)内均为真空状态，真空度由支架高度确定；
所述凝结筒(2)底部设有淡水管(22)，所述淡水管(22)上设有第二阀门(221)，所述淡水管(22)通向淡水池(9)；
所述蒸馏筒(1)底部设有通道(12)，所述通道(12)上设有第一阀门(121)，用于定期排除蒸馏筒底部的杂质和盐分；
所述蒸馏筒(1)外部设有保温材料；
所述内燃机(3)选用天然气驱动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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