CN112047432B - 一种热淡水制备装置和方法以及供热管网 - Google Patents
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Abstract
一种热淡水制备装置和方法以及供热管网，其中，种热淡水的制备装置，包括：反渗透膜组件；设置有外部原料液入口；加热器，设置有外部蒸汽入口；N个闪蒸器，第N个闪蒸器的淡水入口与所述反渗透膜组件的淡水出口连通；第M个闪蒸器的原料液出口与第M‑1个闪蒸器的原料液入口连通；第M个闪蒸器的淡水出口与第M‑1个闪蒸器的淡水入口连通；第M个闪蒸器的浓缩液入口与第M‑1个闪蒸器的浓缩液出口连通；第1个闪蒸器的原料液出口与所述加热器的原料液入口连通；第1个闪蒸器的浓缩液入口与所述加热器的热原料液出口连通，其中，N≥M＞1。本装置在生产淡水的同时还对淡水进行加热，并可利用供热管网将热淡水输送至热用户，实现热量与淡水的同产同送。
Description
技术领域
本发明属于淡水制备和集中供热领域，尤其涉及一种热淡水制备装置和方法以及供热管网。
背景技术
随着我国经济和社会的快速发展，水资源短缺问题日益凸显，基于不同原理和流程的各种海水淡化技术正逐渐受到重视。目前，海水淡化技术在中东地区已应用得非常广泛，其目标是尽可能多地产出淡水，而对于能耗问题尚不太重视，大量的废热通过冷却海水排放至环境中而没有被有效利用。在当前能源紧张的背景下，海水淡化在我国应用就必须要考虑能耗问题，如何将废热充分利用起来，以提高能量利用效率，最终降低运行成本，将决定海水淡化技术能否在我国大规模推广。考虑到冬季我国很多地区都有供热的需求，而且随着人民生活水平的提高，这种需求会越来越大，因此，海水淡化过程中原本作为废热排放的热量就有了用武之地，在制备淡水的同时还能集中供热，实现水热同产，拓宽了海水淡化技术的应用范围，通过向热用户销售热量可以显著降低淡水制备成本。另外，淡水制备不仅限于海水淡化，工业和生活废水、中水、河水、湖水等都可以通过这种方式进行水热同产。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种能高效率产生热淡水的热淡水的制备装置及方法。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明第一方面提供了一种热淡水的制备装置，包括：反渗透膜组件；设置有外部原料液入口；加热器，设置有外部蒸汽入口；N个闪蒸器，第N个闪蒸器的淡水入口与所述反渗透膜组件的淡水出口连通；第M个闪蒸器的原料液出口与第M-1个闪蒸器的原料液入口连通；第M个闪蒸器的淡水出口与第M-1个闪蒸器的淡水入口连通；第M个闪蒸器的浓缩液入口与第M-1个闪蒸器的浓缩液出口连通；第1个闪蒸器的原料液出口与所述加热器的原料液入口连通；第1个闪蒸器的浓缩液入口与所述加热器的热原料液出口连通，其中，N≥M＞1。
可选地，热淡水的制备装置还包括：回流泵组，所述回流泵组的抽液口与所述闪蒸器的浓缩液出口连通，所述回流泵组的排液口与所述闪蒸器的原料液出口连通。
可选地，所述回流泵组包括：N个回流泵，第M个回流泵的抽液口与第M闪蒸器的浓缩液出口连通；第M个回流泵的排液口与第M闪蒸器的原料液出口连通；第1个回流泵的抽液口与第1闪蒸器的浓缩液出口连通；第1个回流泵的排液口与第1闪蒸器的原料液出口连通，其中，N≥M＞1。
可选地，所述反渗透膜组件的浓缩液出口与所述第N个闪蒸器的原料液入口连通。
可选地，所述闪蒸器包括：浓缩液闪蒸区：位于所述闪蒸器底部，设置有浓缩液入口和浓缩液出口；淡水生成区：位于所述闪蒸器中部，设置有淡水入口和淡水出口；原料液加热区：位于所述闪蒸器上部，设置有原料液入口和原料液出口。
可选地，浓缩液进入所述浓缩液闪蒸区进行闪蒸，产生的蒸汽向上流动，分成两部分，一部分进入原料液加热区对原料液进行加热，另一部分进入淡水生成区对淡水进行加热，并冷凝为冷凝水融入淡水。
可选地，所述原料液加热区为间壁式结构；所述浓缩液闪蒸区产生的蒸汽进入原料液加热区，在传热壁一侧冷凝，释放冷凝热，变成冷凝水落入淡水生成区并融入淡水。
可选地，所述加热器为间壁式结构，包括冷侧和热侧；原料液从第1级闪蒸器的原料液出口流出后，从冷介质入口进入加热器的冷侧，被所述热侧的外部蒸汽加热，然后从加热器的冷介质出口流出，进入第1级闪蒸器的浓缩液入口；外部蒸汽在所述加热器的热侧冷凝，释放热量，生成的冷凝水从加热器的冷凝水出口排出，最终回到热源以重新生成驱动蒸汽。
可选地，所述原料液为下述至少一种：海水、河水、湖水、地下水、污水、废水及中水。
本发明第二方面提供了一种热淡水的制备方法，使用本发明第一方面提供的装置制备热淡水。
本发明第三方面提供了一种供热管网，包括如本发明第一方面提供的装置；所述第1个闪蒸器的淡水出口与热用户的供热入口连通。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明热淡水的制备装置将淡水制备与集中供热相结合，在生产淡水的同时还对淡水进行加热，并可利用供热管网将热淡水输送至热用户，实现热量与淡水的同产同送。
附图说明
图1是本发明实施例1的热淡水的制备装置结构示意图；
图2是本发明实施例2的热淡水的制备装置结构示意图。
附图标记：
1：反渗透膜组件；1-1：外部原料液入口；1-2：反渗透膜组件的浓缩液出口；1-3：反渗透膜组件的淡水出口；
2：闪蒸器；2-A：浓缩液闪蒸区；2-B：原料液加热区；2-C：淡水生成区；2-1：浓缩液入口；2-2：浓缩液出口；2-3：闪蒸器的原料液入口；2-4：闪蒸器的原料液出口；2-5：淡水入口；2-6：淡水出口；
3：回流泵；3-1：回流泵抽液口；3-2回流泵排液口；
4：加热器；4-1：外部蒸汽入口；4-2：冷凝水出口；4-3：冷介质入口；4-4：冷介质出口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
图1是本发明实施例一的装置结构示意图。
如图1所示，本实施例的热淡水的制备装置，包括：反渗透膜组件1；设置有外部原料液入口1-1；加热器4，设置有外部蒸汽入口4-1；N个闪蒸器2，第N个闪蒸器2的淡水入口2-5与所述反渗透膜组件1的淡水出口1-3连通；第M个闪蒸器2的原料液出口2-4与第M-1个闪蒸器2的原料液入口2-3连通；第M个闪蒸器2的淡水出口2-6与第M-1个闪蒸器2的淡水入口2-5连通；第M个闪蒸器2的浓缩液入口2-1与第M-1个闪蒸器2的浓缩液出口2-2连通；第1个闪蒸器2的原料液出口2-4与所述加热器的原料液入口连通；第1个闪蒸器2的浓缩液入口2-1与所述加热器的热原料液出口连通，其中，N≥M＞1。其中，反渗透膜组件1的外部原料液入口1-1与第N个闪蒸器2的原料液入口2-3可连通。
本实施例的热淡水装置综合了反渗透和多级闪蒸两种淡水制备方式，以反渗透法制备的低温淡水作为基础淡水，由多级闪蒸过程对其进行逐级加热，同时逐级生成新的热淡水。由于外部低温淡水的引入，相比于单纯多级闪蒸法制备热淡水，反渗透与多级闪蒸联合方式可以增加每级闪蒸过程的传热温差，在相同产水量和供热量条件下，能够显著减小每级闪蒸器2的传热面积，因而有效降低装置的初投资成本。
本实施例的热淡水的制备装置还包括，N个回流泵3，第M个回流泵3的抽液口3-1与第M闪蒸器2的浓缩液出口2-2连通；第M个回流泵3的排液口3-2与第M闪蒸器2的原料液出口2-4连通；第1个回流泵3的抽液口3-1与第1闪蒸器2的浓缩液出口2-2连通；第1个回流泵3的排液口3-2与第1闪蒸器2的原料液出口2-4连通，其中，N≥M＞1。回流泵3可以将部分从闪蒸器2浓缩液出口流出的浓缩液作为原料液再次进行加热和闪蒸，可以大大提高原料液的利用率，产生更多的热淡水，降低成本。
其中，所述闪蒸器2包括：浓缩液闪蒸区2-A：位于所述闪蒸器2底部，设置有浓缩液入口2-1和浓缩液出口2-2；淡水生成区2-C：位于所述闪蒸器2中部，设置有淡水入口2-5和淡水出口2-6；原料液加热区2-B：位于所述闪蒸器2上部，设置有原料液入口2-3和原料液出口2-4。浓缩液进入所述浓缩液闪蒸区2-A进行闪蒸，产生的蒸汽向上流动，分成两部分，一部分进入原料液加热区2-B对原料液进行加热，另一部分进入淡水生成区2-C对淡水进行加热，并冷凝为冷凝水融入淡水。所述原料液加热区2-B为间壁式结构；所述浓缩液闪蒸区2-A产生的蒸汽进入原料液加热区2-B，在传热壁一侧冷凝，释放冷凝热，变成冷凝水落入淡水生成区2-C并融入淡水。所述加热器4为间壁式结构，包括冷侧和热侧；原料液从第1级闪蒸器2的原料液出口2-4流出后，从冷介质入口4-3进入加热器的冷侧，被所述热侧的外部蒸汽加热，然后从加热器的冷介质出口4-4流出，进入第1级闪蒸器2的浓缩液入口2-1；外部蒸汽在所述加热器4的热侧冷凝，释放热量，生成的冷凝水从加热器的冷凝水出口4-2排出，最终回到热源以重新生成驱动蒸汽。
实施例2
图2是本发明实施例2的热淡水的制备装置结构示意图。
如图2所示，本实施例的热淡水的制备装置与实施例1的不同之处在于，所述反渗透膜组件1的浓缩液出口1-2与所述第N个闪蒸器2的原料液入口2-3连通。可进一步对原料液进行浓缩，增加热淡水的生成率，降低成本。
其他与实施例1相同的部分，在本实施例内不再多做赘述。
实施例3
本实施例供了一种热淡水的制备方法，使用实施例1的装置制备热淡水，具体如下：
本实施例的热淡水的制备流程如下：
原料液分两路进入本实施例的热淡水制备装置，一路原料液进入反渗透膜组件1，经反渗透过程分离出浓缩液和淡水，浓缩液从浓缩液出口1-2排出，淡水从淡水出口1-3流出，进入第N级闪蒸器2的淡水生成区2-C；另一路原料液进入第N级闪蒸器2的原料液加热区2-B，之后依次流经第N-1、N-2、……、2、1级闪蒸器2的原料液加热区2-B，被闪蒸的蒸汽逐级加热，最后从第1级闪蒸器2的原料液出口2-4流出，经加热器4进一步加热后进入第1级闪蒸器2的浓缩液闪蒸区2-A，之后依次流经第2、3、……、N-1、N级闪蒸器2的浓缩液闪蒸区2-A，逐级发生闪蒸，浓缩液被逐级冷却、浓缩，最后以低温、高浓度状态从第N级闪蒸器2的浓缩液出口2-2排出。
并且，在原料液从第N级闪蒸器2向加热器4的流动过程中，第M级回流泵3从第M级闪蒸器2的浓缩液出口2-2抽取一部分浓缩液送至原料液管路，与从第M级闪蒸器2的原料液出口2-4流出的原料液汇合，一起进入第M-1级闪蒸器2的原料液入口2-3。回流泵3的作用在于提高整个装置的浓缩率，在原料液流量相同的情况，可以制取更多的纯净水；而逐级分散回流的好处则是可以优化每级的传热温差，最终降低整个装置的总传热面积，从而降低初投资成本。
由反渗透膜组件1制备的低温淡水依次经第N、N-1、……、2、1级闪蒸器2逐级加热，并接收每级闪蒸器2新生成的热淡水，最后从第1级闪蒸器2的淡水出口2-6流出，经供热管网送至热用户和水用户。反渗透法引入的外部低温淡水可以增加每级闪蒸过程的传热温差，显著减小每级闪蒸器2所需的传热面积，从而有效降低初投资成本。
实施例4
本实施例供了一种热淡水的制备方法，使用实施例2的装置制备热淡水，具体如下：
本实施例的热淡水的制备流程与实施例3的不同之处在于：反渗透膜组件1生成的浓缩液不直接排放，而是作为多级闪蒸过程的原料液送至第N级闪蒸器2，经多级闪蒸过程后变成浓缩液从第N级闪蒸器2的浓缩液出口2-2排出。
可进一步对原料液进行浓缩，增加热淡水的生成率，降低成本。
实施例5
本实施例一种供热管网，包括如本发明第实施例1或实施例2的热淡水的制备装置；
其中，第1个闪蒸器2的淡水出口2-6与热用户的供热入口连通。用于将产生的热淡水进行热网供热。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (9)
1.一种热淡水的制备装置，其特征在于，包括：
反渗透膜组件（1）；设置有外部原料液入口（1-1）；
加热器（4），设置有外部蒸汽入口（4-1）；
N个闪蒸器（2），第N个闪蒸器（2）的淡水入口（2-5）与所述反渗透膜组件（1）的淡水出口连通；
第M个闪蒸器（2）的原料液出口（2-4）与第M-1个闪蒸器（2）的原料液入口（2-3）连通；第M个闪蒸器（2）的淡水出口（2-6）与第M-1个闪蒸器（2）的淡水入口（2-5）连通；第M个闪蒸器（2）的浓缩液入口与第M-1个闪蒸器（2）的浓缩液出口连通；第1个闪蒸器（2）的原料液出口（2-4）与所述加热器（4）的原料液入口连通；第1个闪蒸器（2）的浓缩液入口与所述加热器（4）的热原料液出口连通，其中，N≥M＞1;
回流泵组，所述回流泵组的抽液口与所述闪蒸器（2）的浓缩液出口（2-2）连通，所述回流泵组的排液口（3-2）与所述闪蒸器（2）的原料液出口（2-4）连通，其中，所述回流泵组包括：N个回流泵（3），第M个回流泵（3）的抽液口（3-1）与第M闪蒸器（2）的浓缩液出口（2-2）连通；第M个回流泵（3）的排液口（3-2）与第M闪蒸器（2）的原料液出口（2-4）连通；第1个回流泵（3）的抽液口（3-1）与第1闪蒸器（2）的浓缩液出口（2-2）连通；第1个回流泵（3）的排液口（3-2）与第1闪蒸器（2）的原料液出口（2-4）连通，其中，N≥M＞1。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述反渗透膜组件（1）的浓缩液出口与所述第N个闪蒸器（2）的原料液入口（2-3）连通。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述闪蒸器（2）包括：
浓缩液闪蒸区（2-A）：位于所述闪蒸器（2）底部，设置有浓缩液入口（2-1）和浓缩液出口（2-2）；
淡水生成区（2-C）：位于所述闪蒸器（2）中部，设置有淡水入口（2-5）和淡水出口（2-6）；
原料液加热区（2-B）：位于所述闪蒸器（2）上部，设置有原料液入口（2-3）和原料液出口（2-4）。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
浓缩液进入所述浓缩液闪蒸区（2-A）进行闪蒸，产生的蒸汽向上流动，分成两部分，一部分进入原料液加热区（2-B）对原料液进行加热，另一部分进入淡水生成区（2-C）对淡水进行加热，并冷凝为冷凝水融入淡水。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述原料液加热区（2-B）为间壁式结构；所述浓缩液闪蒸区（2-A）产生的蒸汽进入原料液加热区，在传热壁一侧冷凝，释放冷凝热，变成冷凝水落入淡水生成区（2-C）并融入淡水。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述加热器（4）为间壁式结构，包括冷侧和热侧；
原料液从第1级闪蒸器（2）的原料液出口（2-4）流出后，从冷介质入口（4-3）进入加热器（4）的冷侧，被所述热侧的外部蒸汽加热，然后从加热器（4）的冷介质出口（4-4）流出，进入第1级闪蒸器（2）的浓缩液入口（2-1）；
外部蒸汽在所述加热器（4）的热侧冷凝，释放热量，生成的冷凝水从加热器（4）的冷凝水出口（4-2）排出，最终回到热源以重新生成驱动蒸汽。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述原料液为下述至少一种：海水、河水、湖水、地下水、污水、废水及中水。
8.一种热淡水的制备方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任一项所述的装置制备热淡水。
9.一种供热管网，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的装置；
所述第1个闪蒸器（2）的淡水出口（2-6）与热用户的供热入口连通。
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