CN109851134A - 一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统 - Google Patents

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龙新平
王炯
许霜杰
季斌
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Abstract

本发明提供一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,包括海水循环系统和淡水循环系统,所述海水循环系统包括通过管道依次连接的吸水装置、粗过滤装置、海水工作泵、引射式空化发生器,所述淡水循环系统包括通过管道循环连接的淡水工作泵、液汽射流泵和循环水箱,循环水箱通过溢流装置与储水装置连通,海水循环系统中的引射式空化发生器与淡水循环系统中的液汽射流泵通过过滤膜装置连通。本发明系统结构简单,成本低,温度环境要求低,性能稳定;与现有的海水淡化装置相比,简化并减少了海水淡化处理工艺;利用射流的高速低压以及剪切流动产生空化来达到海水发生相变的效果,水发生汽化的温度要求限制小,汽化量大,效果可靠。

Description

一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统
技术领域
本发明属于水力空化技术与水处理技术领域,具体设计一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统
背景技术
目前淡水资源短缺已成为全球性的环境问题,海水淡化被认为是一种最具前景的解决方法,现在国内外采用的海水淡化装置多种多样,根据盐水分离过程的不同,主要分为化学方法和物理方法两大类。当盐水分离过程中有新物质生成时,则该海水淡化方法属于化学方法,反之则属于物理方法。
在物理方法中,利用热能作为驱动力,盐水分离过程中涉及相变的归类为热方法,主要包括多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏、冷冻法和增湿除湿等方法;利用膜(半透膜或离子交换膜等)进行盐水分离且不涉及相变的则归类为膜方法,主要包括反渗透和电渗析等方法。这些装置通常比较昂贵,结构复杂,设备笨重,而且利用热能产生相变来达到净化效果,工作温度高,因而结构材料腐蚀倾向大,且发生腐蚀穿孔时,容易发生海水外泄,从而造成产品水的污染,同时存在着热能损失严重,能耗高等缺陷。
而化学方法主要包括水合物法和离子交换法。在淡化前的预处理上通常使用大量的化学药品进行杀菌,水质差,且通常会有化学残留,无法长期饮用;
空化是指因流体动力因素作用而在液体内部或在液体与固体交界面上发生的液体及其蒸汽的相变过程和现象。空化的发生使水能通过压力的降低在常温下迅速汽化形成水蒸气,而水中的其他成分难以挥发出来,而水蒸气泡在高压作用下溃灭形成的高温高压以及微射流等作用会在水体中产生强烈的物理化学作用,这种空化的裨益作用被广泛应用于各行各业。目前已有学者将空化方法运用于水处理方面,但仅仅只是将其作为一种辅助的杀菌絮凝工艺,常规海水淡化工艺流程存在的诸多缺点仍然存在。
发明内容
本发明的目的是提出一种结构简单、加工方便、工艺流程简单、高效快速且出水品质高的基于引射空化技术进行常温低压海水淡化的系统。
为解决上述技术问题,本发明采用如下的技术方案:
一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,包括海水循环系统和淡水循环系统,其特征在于:所述海水循环系统包括通过管道依次连接的吸水装置、粗过滤装置、海水工作泵、引射式空化发生器,所述淡水循环系统包括通过管道循环连接的淡水工作泵、液汽射流泵和循环水箱,循环水箱通过溢流装置与储水装置连通,海水循环系统中的引射式空化发生器与淡水循环系统中的液汽射流泵通过过滤膜装置连通。
所述引射式空化发生器和液汽射流泵的进出口管路上均设有阀门和压力传感器,用于控制并监测进出口的压力。
所述的过滤膜装置为现有市售微孔滤膜,只能允许水蒸气通过而阻止其他杂质通过,所述的吸水装置、粗过滤装置、工作泵、储水装置与常规海水淡化装置相同。
所述引射式空化发生器结构包括依次相通的一次进水管A、喷嘴A、吸入室A、喉管蒸汽腔A、扩散管A以及出水管;所述一次进水管A连接有喷嘴A,所述喷嘴A出口端伸入吸入室A内;所述吸入室A侧壁设置有二次吸水管A,吸水管A通过吸水装置和粗过滤装置与海水连通,喷嘴A以及吸入室A与喉管蒸汽腔A接触段呈收缩结构,之后依次有喉管蒸汽腔A、扩散管A;喉管蒸汽腔A以及扩散管A部分套接在低压室中;所述低压室与过滤膜装置相连。
所述引射式空化发生器内喉管蒸汽腔A、扩散管A壁面以及低压室上均安装有压力传感器用于监测空化产生的压力脉动,从而达到对空化发生器内不同空化状态的控制。
所述喷嘴A沿水流方向内径逐渐缩小,为锥形段,所述喷嘴出口有一小段内径不变的直管段;所述喉管A内径大于喷嘴A出口直管段内径。
所述扩散管A进口壁面四周沿环向开有多个通孔,有利于空化水蒸汽通过。
引射式空化发生器内部结构可采用多种连接方式,不影响效果,如进口管A与喷嘴A可采用螺纹连接,吸入管A与吸入室A可采用焊接方式。
在海水循环系统中,海水经吸水装置由海水工作泵加压后,通过粗过滤装置进入引射式空化发生器一次进水管A,在喷嘴A作用下形成高速射流,射流在吸入室A产生低压,通过二次吸水管A经粗过滤装置卷吸海水,由于两股流体的剪切作用以及喉管蒸汽腔A的持续低压作用,在喉管蒸汽腔A以及扩散管A处发生剧烈的空化,产生大量的水蒸汽,形成汽水混合物,在扩散管A部分流道面积增大,流速降低,压力回升,汽水混合物通过通孔进入低压室内,经过滤膜装置过滤,水蒸汽进入淡水循环系统的吸入管路,而其余的海水则经连接扩散管A的出水管路进入海水池中。
所述的淡水循环系统中的液汽射流泵结构与引射式射流空化发生器结构基本相同,包括依次相通的淡水进口管B、喷嘴B、蒸汽吸入室B、喉管混合腔B、增压管B以及出水管B;所述淡水进口管B末端连接有喷嘴B,所述喷嘴B出口端伸入吸入室B内;所述蒸汽吸入室B侧壁上设置有蒸汽吸入管B,吸入管B与过滤膜装置连通,吸入室B与喉管混合腔B连接段呈收缩结构;其中所述喷嘴B结构可以采用多喷嘴结构以增加传能效率以及抽吸效果。
所述液汽射流泵的淡水进口管B和出水管B分别与淡水工作泵以及循环水箱相连,其蒸汽吸入管B与过滤膜装置相连,淡水工作泵的进出水管分别与循环水箱和液汽射流泵相连,淡水工作泵从循环水箱中向液汽射流泵输送高压流体,经喷嘴加速后形成高速射流,在蒸汽吸入室B产生极地压力,低压延伸至蒸汽吸入管B,使得过滤膜装置两侧产生压差,海水循环系统中的引射式空化发生器产生的水蒸汽在压差作用下通过过滤膜装置进入淡水循环系统中液汽射流泵的蒸汽吸入管路中,由于液汽射流泵工作流体的卷吸作用在喉管混合腔B处发生液汽混合,随后在增压管B中压力回升,水蒸气液化形成液态水,补充进入淡水循环系统,当循环水箱水位到达溢出水位后,水流溢出至储水箱。
本发明提供的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统工作时,海水通过吸水装置与粗过滤装置经由海水工作泵抽吸并进入引射式空化发生器的一次进水管A,经过喷嘴A形成了高速射流,产生低压并卷吸被吸管路的海水。经粗过滤装置抽吸的海水与高速射流的海水由于喉管蒸汽腔A的高速低压以及流体剪切作用产生剧烈空化,产生大量水蒸汽,形成气液两相流,进入扩散管A后,由于流速降低同时压力有所回升。此时在淡水循环系统中,淡水工作泵将循环水箱中的淡水加压后进入液汽射流泵内,经过喷嘴B产生高速射流,在蒸汽吸入室B以及蒸汽吸入管路中产生低压,由于过滤膜装置两侧的压差作用,引射式空化发生器中产生的水蒸汽被吸入液汽射流泵的蒸汽吸入管路中,水蒸气溶解在淡水中。在循环过程中,由于吸入的水蒸汽不断补充水箱中的淡水,循环水箱中的水从溢水口溢出进入淡水存储装置中。
本发明具有如下优点:
(1)本发明结构简单,设备投资少,成本低,见效快,工作可靠,温度环境要求低,性能稳定;与现有的海水淡化装置相比,简化并减少了海水淡化处理工艺,不仅做到结构简单高效,同时也免去了装置清洗的麻烦;
(2)本发明利用射流的高速低压以及剪切流动产生空化来达到海水发生相变的效果,水发生汽化的温度要求限制小,汽化量大,效果可靠;
(3)本发明利用引射空化技术使得海水中的淡水在常温低压下以水蒸汽析出,同时海水预处理工艺简单,对海水污染不敏感,不需要使用大量化学药品来杀菌消毒。所得到的淡水,水质好,没有各种化学残留、细菌等微生物,各项指标都优于国家饮用水指标的规定,适合长期饮用。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统的具体实施方案示意图;
图2为本发明提供的引射式空化发生器具体实施方案示意图;
图3为本发明提供的液汽射流泵具体实施方案示意图;
其中,1-吸水装置;2-粗过滤装置;3-海水工作泵;4-阀门;5-引射式空化发生器;6-过滤膜装置;7-淡水工作泵;8-液汽射流泵;9-循环水箱;10-储水装置;11-压力传感器;501-一次进水管A;502-喷嘴A;503-吸入室A;504-二次吸水管A;505-喉管蒸汽腔A;506-低压室;507-扩散管A;801-淡水进口管B;802-喷嘴B;803-蒸汽吸入室B;804-蒸汽吸入管B;805-喉管混合腔B;806-增压管B。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明,如图1-3所示,在海水循环系统中,海水通过吸水装置1与粗过滤装置2由海水工作泵3加压进入引射式空化发生器5的进口管A501,经喷嘴A502加速后形成高速射流进入吸入室A503,高速射流在吸入室A503形成低压,并通过二次吸水管A504以及粗过滤装置2与吸水装置1吸入海水,两股流体在喉管蒸汽腔A505发生剧烈的掺混以及剪切作用,同时伴随着较高的流速,此时喉管蒸汽腔A505内压力低于饱和蒸气压力,空化发生并产生大量空化水蒸汽,经扩散管A507前段后空化进一步发展,但由于流速降低压力有所提高,而同时在淡水循环系统中,淡水从循环水箱9经淡水工作泵7加压后进入液汽射流泵8的淡水进口管B801,经喷嘴B802加速后产生高速射流进入蒸汽吸入室B803,高速射流在蒸汽吸入室B803以及蒸汽吸入管B804形成低压,由于过滤膜装置6两侧的压差作用,水蒸汽从海水循环系统中压入淡水循环系统中,实现了海水淡化的工艺。另外,海水循环系统中扩散管A507中的海水经管路直接排放入大海。淡水循环系统中射流卷吸的水蒸汽在蒸汽吸入室B803以及喉管混合腔B805后逐渐溶解进水中,补充系统中的淡水,淡水进入循环水箱9中,水位上升至溢流水位并进入储水装置10中。
通过调整海水循环系统中引射式空化发生器5进出口的阀门4可以调节引射式空化发生器5的空化状态以产生较多的水蒸汽,调整淡水循环系统中液汽射流泵8的进出口阀门4可以调整液汽射流泵的效率以达到最大的抽吸效果。
吸水装置1、粗过滤装置2、海水工作泵、淡水工作泵、阀门4、压力传感器11、过滤膜装置6、循环水箱9以及储水装置10为海水淡化常规设备。其中过滤膜装置6的作用是允许水蒸汽通过而阻止其他杂质通过。
引射式空化发生器5由一次进水管A501、喷嘴AA502、吸入室503、二次吸水管A504、喉管蒸汽腔A505、低压室506、扩散管A507组成。
喷嘴A502结构为收缩型,沿水流方向内径逐渐缩小;
吸入室A503为收缩结构,减小流动损失;
喉管蒸汽腔A505内径大于喷嘴出口直径,面积比(喉管进口过流面积与喷嘴出口过流面积之比)为1.5-4,长度为5-7倍喉管直径,有利于空化的发展;
低压室506由套管包裹喉管蒸汽腔A505以及扩散管A507部分组成,密封性能要求较高;
扩散管A507沿流动方向内径增大,将流体动能转化为压力能;
一次进水管A501与喷嘴A502可采用多种连接方式,不影响效果,本实施例中采用螺纹连接;
低压室506与扩散管A外部采用多种安装方式,不影响效果,为保持较高密封性能,本实施例中采用焊接方式;
液汽射流泵8结构与引射式空化发生器5结构基本相同。
喷嘴B802结构可以为单喷嘴或多喷嘴结构;
喉管混合腔B805长度为8-25倍直径,用于增加射流与气体的接触面积,增加抽吸效果;
增压管B806沿流动方向内径增大,将流体动能转化为压力能。
引射式空化发生器5以及液汽射流泵8的面积比(喷嘴出口过流面积与喉管进口过流面积之比)控制在1.5-4之间,在这一范围内,射流的卷吸能力较强,射流泵的传能效果较高,空化效果较好,综合而言效果最优。
本发明提供的引射式空化发生器以及液汽射流泵组合部分还可以用于各种流动介质,适用于各种领域,例如,对复杂有机物的分离提纯以及萃取等等。
本发明中不同管件结构可采用不同种连接方式,不会影响发明的效果。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例,显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内,则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (9)

1.一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,包括海水循环系统和淡水循环系统,其特征在于:所述海水循环系统包括通过管道依次连接的吸水装置、粗过滤装置、海水工作泵、引射式空化发生器,所述淡水循环系统包括通过管道循环连接的淡水工作泵、液汽射流泵和循环水箱,循环水箱通过溢流装置与储水装置连通,海水循环系统中的引射式空化发生器与淡水循环系统中的液汽射流泵通过过滤膜装置连通。
2.如权利要求1所述的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,其特征在于:所述引射式空化发生器和液汽射流泵的进出口管路上均设有阀门和压力传感器,用于控制并监测进出口的压力。
3.如权利要求1所述的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,其特征在于:所述的过滤膜装置为微孔滤膜,允许水蒸气通过同时阻止其他杂质通过,所述的吸水装置、粗过滤装置、工作泵、储水装置与常规海水淡化装置相同。
4.如权利要求1所述的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,其特征在于:所述引射式空化发生器结构包括依次相通的一次进水管A、喷嘴A、吸入室A、喉管蒸汽腔A、扩散管A以及出水管;所述一次进水管A连接有喷嘴A,所述喷嘴A出口端伸入吸入室A内;所述吸入室A侧壁设置有二次吸水管A,吸水管A通过吸水装置和粗过滤装置与海水连通,喷嘴A以及吸入室A与喉管蒸汽腔A接触段呈收缩结构,之后依次有喉管蒸汽腔A、扩散管A;喉管蒸汽腔A以及扩散管A部分套接在低压室中;所述低压室与过滤膜装置相连。
5.如权利要求1所述的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,其特征在于:所述引射式空化发生器内喉管蒸汽腔A、扩散管A壁面以及低压室上均安装有压力传感器用于监测空化产生的压力脉动,从而达到对空化发生器内不同空化状态的控制。
6.如权利要求1所述的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,其特征在于:所述喷嘴A沿水流方向内径逐渐缩小,为锥形段,所述喷嘴出口有一小段内径不变的直管段;所述喉管蒸汽腔A内径大于喷嘴A出口直管段内径。
7.如权利要求1所述的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,其特征在于:所述扩散管A进口壁面四周沿环向开有多个通孔,有利于空化水蒸汽通过。
8.如权利要求1所述的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,其特征在于:所述的淡水循环系统中的液汽射流泵结构与引射式射流空化发生器结构基本相同,包括依次相通的淡水进口管B、喷嘴B、蒸汽吸入室B、喉管混合腔B、增压管B以及出水管B;所述淡水进口管B末端连接有喷嘴B,所述喷嘴B出口端伸入吸入室B内;所述蒸汽吸入室B侧壁上设置有蒸汽吸入管B,吸入管B与过滤膜装置连通,吸入室B与喉管混合腔B连接段呈收缩结构;其中所述喷嘴B结构可以采用多喷嘴结构以增加传能效率以及抽吸效果。
9.如权利要求1所述的一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统,其特征在于:所述液汽射流泵的淡水进口管B和出水管B分别与淡水工作泵以及循环水箱相连,其蒸汽吸入管B与过滤膜装置相连,淡水工作泵的进出水管分别与循环水箱和液汽射流泵相连。
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