CN112791438B - 一种用于咸水处理的冷能脱盐系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于咸水处理的冷能脱盐系统，包括冷能结晶系统、冰水分离系统、蒸发淡化及固盐系统；本发明还公开了一种用于咸水处理的冷能脱盐工艺，具体包括以下步骤：S1、打浅竖井抽地下咸水；S2、利用冷能进行结冰脱盐；S3、冰水分离；S4、蒸发淡化及固盐；S5、融冰淡水以及冷凝水用以灌溉洗盐；本发明可以对盐碱地地下的咸水进行淡化和固盐处理，实现咸水结冰脱盐，融冰淡水灌溉洗盐；咸水结冰脱盐过程高效；可以积极推进盐碱地咸水等非常规水资源的开发利用，实现对盐碱地投资省、能耗低、无污染的生态治理。

Description

一种用于咸水处理的冷能脱盐系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种用于咸水处理的冷能脱盐系统及工艺，属于咸水处理淡化技术领域。

背景技术

我国是盐碱地大国，面积总量位居世界第三。按照“绿水青山就是金山银山”的发展理念，我国盐碱地治理目前还存在差距，如目前尚无盐碱地治理的国家标准；中、重度盐碱地治理的防返碱关键技术还没有突破；多数盐碱地治理单项手段多，综合治理手段少，治理追求短效多，实施长效机制少等等。盐碱地是大地上的顽疾，更是很珍贵的土地资源。当前我国盐碱地修复处在一个关键时期，同时也是黄金时期。盐碱地生态修复是乡村振兴的重要任务，是推进精准扶贫、提高农民收入、实现全面小康的重大举措。只有从源头上解决土壤问题，才能让农业成为有奔头的产业；只有让农民增产增收，才能让农民成为人人羡慕的职业。

当前盐碱地的改良方法，主要是通过引进淡水灌溉，采用淡水洗盐，加速盐碱地改良，降低土壤含盐量；可是这种常规操作，对于某些淡水资源非常匮乏的地区显然行不通；这种引进淡水灌溉，进行盐碱地改良的方法治标不治本，洗盐后的废水，进入河流可能会对河流生态环境以及下游流域土壤带来危害，洗盐后的废水还会渗透至地下，使得地下水位上升，加速盐碱地壤的形成。

现有技术在盐碱地的改良上并没有行之有效的措施，所以有必要提出一种冷能脱盐系统及工艺，可以对盐碱地地下的咸水进行淡化和固盐处理，可以积极推进盐碱地咸水等非常规水资源的开发利用，在淡水资源匮乏的地区实现对盐碱地投资省、能耗低、无污染的生态治理。

发明内容

本发明针对背景技术中的不足，提供一种用于咸水处理的冷能脱盐系统及工艺，可以对盐碱地地下的咸水进行淡化和固盐处理，实现咸水结冰脱盐，融冰淡水灌溉洗盐；咸水结冰脱盐过程高效，可以确保结晶与浓咸水的分离效率；

可以适应不同场地，适用范围较广；可以积极推进盐碱地咸水等非常规水资源的开发利用，在淡水资源匮乏的地区实现对盐碱地投资省、能耗低、无污染的生态治理。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于咸水处理的冷能脱盐系统，包括冷能结晶系统、冰水分离系统、蒸发淡化及固盐系统；冷能结晶系统实现对咸水的结晶，结晶后的混合液进入冰水分离系统进行分离，分离得到的浓咸水进入蒸发池蒸发固盐，分离得到的冰晶进入融冰池融化获取淡水。

进一步地，所述冷能结晶系统，包括箱体，箱体内部设置有隔板，隔板将箱体内腔隔为上腔室和下腔室；所述隔板上穿设有若干竖直设置的第一真空热管；所述上腔室的侧壁上安装有两个并列设置的风机，风机沿侧向进风。

进一步地，所述下腔室的进液端与出液端之间安装有水平设置的第一搅拌杆，第一搅拌杆上安装有多组第一搅拌叶片；所述第一搅拌杆的中部装配有从动齿轮，从动齿轮与第一搅拌电机链传动。

进一步地，所述从动齿轮的外部安装有倒U型板，倒U型板固接在箱体的前后壁以及箱体的底板上；所述倒U型板的两侧分别设置有多个溢流板，多个溢流板的高度自下腔室进液端至出液端逐渐降低。

进一步地，所述冰水分离系统包括相互连通的上筒体和下筒体，下筒体的顶部开口处安装有过滤板，过滤板的上下分别设有用于格栅板；所述格栅板的圆形边缘分别与支撑环板的内圈固接；支撑环板的数量为两个，呈上下对称设置；两个支撑环板之间设有密闭的换热腔，换热腔内夹设有过滤板的边缘。

进一步地，所述过滤板的圆心处穿设有第二搅拌杆，第二搅拌杆的上部安装有第二搅拌叶片；所述上筒体的内壁上固接有三个呈圆周均布的提升筒，提升筒的内部分别设置有提升绞龙，三个提升绞龙由一台提升电机同步驱动。

进一步地，所述蒸发淡化及固盐系统包括融冰池和蒸发池，融冰池和蒸发池之间设置有冷凝池。

进一步地，所述融冰池的顶部安装有卷帘保温被；所述冷凝池与融冰池之间设置有保温隔热墙；所述冷凝池和蒸发池的顶部设置有保温薄膜；所述蒸发池的底部安装有竖直设置的重力真空地热管。

进一步地，所述保温隔热墙上穿设有第二真空热管，第二真空热管倾斜设置，第二真空热管高的一端位于融冰池内，低的一端位于冷凝池的正上方；所述融冰池的底部设置有淡水出管；所述冷凝池的底部设置有冷凝水出管。

一种用于咸水处理的冷能脱盐工艺，具体包括以下步骤：

S1、打浅竖井抽地下咸水；

S2、利用冷能进行结冰脱盐；咸水进入冷能结晶系统内，真空热管吸收咸水中的热量将热量传递到上部通过风机释放到冷空气中，使咸水产生大量冰晶，形成冰晶与浓咸水混合液；

S3、冰水分离；冰晶与浓咸水混合液分离过程中始终处于动态，分离后的浓咸水进入蒸发池，分离后的冰晶进入融冰池；

S4、蒸发淡化及固盐；浓咸水进入蒸发池内，通过保温薄膜以及重力真空地热管的作用吸收太阳能及地热能后蒸发以实现固盐；真空热管将融冰池的冷能传递至蒸发池，使蒸发池内的水蒸汽冷凝，冷凝淡水通过管路导出，真空热管将蒸发池的热量传导至融冰池内实现冰晶的融化，融化淡水通过管路导出；

S5、融冰淡水以及冷凝淡水用以灌溉洗盐，降低地表盐分。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明中，通过真空热管与风机的配合使咸水中的热量快速释放到冷空气中，从而产生大量冰晶，然后通过冰水分离系统实现冰晶与浓咸水的分离，浓咸水进入蒸发池内蒸发以实现固盐，蒸发过程通过真空热管使淡水实现冷凝，同时真空热管将冰晶融化，融冰淡水以及冷凝水用以灌溉洗盐，以降低地表盐分；

本发明中的冷能结晶系统有利于实现大风量集冷，使咸水析出冰晶的速度高效；使用真空热管，降低换冷温差，更能适应气候；大幅度减少热循环节，减少了动力消耗；

本发明中的冰水分离系统，有利于实现冰晶与浓咸水的高效分离，冰晶与浓咸水混合液在过滤板的作用下实现分离，分离过程中始终处于动态，避免冰晶集结在过滤板上，影响分离速度；

本发明中的冷能脱盐系统便于分布式安装，可以适应不同场地，提高了适用范围；

本发明提供的冷能脱盐工艺可以积极推进盐碱地咸水等非常规水资源的开发利用，在淡水资源匮乏的地区实现对盐碱地投资省、能耗低、无污染的生态治理。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是冷能结晶系统的结构主视图；

图3是冷能结晶系统的内部结构示意图；

图4是冰水分离系统的内部结构示意图；

图5是图4的局部放大图；

图6是蒸发淡化及固盐系统的结构主视图；

图中，1-冷能结晶系统，11-箱体，12-上腔室，13-下腔室，14-隔板，15-第一真空热管，16-翅片，17-风机，18-通风口，19-咸水进管，110-冰晶与浓咸水出管，111-第一搅拌杆，112-轴承座，113-从动齿轮，114-第一搅拌电机，115-主动齿轮，116-倒U型板，117-第一搅拌叶片，118-溢流板；2-冰水分离系统，21-上筒体，22-下筒体，23-连接法兰，24-过滤板，25-格栅板，26-支撑环板，27-换热腔，28-第二搅拌杆，29-第二搅拌电机，210-第二搅拌叶片，211-提升筒，212-提升绞龙，213-提升电机，214-冰晶出口，215-冰晶与浓咸水进口，216-浓咸水出口；3-蒸发淡化及固盐系统，31-融冰池，32-冷凝池，33-蒸发池，34-保温隔热墙，35-第二真空热管，36-淡水出管，37-淡水导出主管，38-冷凝水出管，309-保温薄膜，310-重力真空地热管，311-卷帘保温被。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1一种用于咸水处理的冷能脱盐系统

如图1所示，本发明提供一种用于咸水处理的冷能脱盐系统，包括冷能结晶系统1、冰水分离系统2、蒸发淡化及固盐系统3。

冷能结晶系统1利用冷能实现对咸水的结晶，结晶后的冰晶与浓咸水混合液进入冰水分离系统2进行分离，分离得到的浓咸水和冰晶进入蒸发淡化及固盐系统3，浓咸水进行蒸发固盐，冰晶进行融化以获取淡水。

如图2和图3共同所示，所述冷能结晶系统1，包括箱体11，箱体11内部设置有水平设置的隔板14，隔板14的周围与箱体11内壁固接；隔板14将箱体11内腔隔为上腔室12和下腔室13。

所述隔板14上穿设有若干竖直设置的第一真空热管15，第一真空热管15的主体上部位于上腔室12内，主体下部位于下腔室13内；第一真空热管15在上腔室12内的长度是在下腔室13长度的两倍；所述第一真空热管15的主体上部上安装有散热用的翅片16。

所述上腔室12的侧壁上安装有两个并列设置的风机17，风机17沿侧向进风，风机17对立面的侧壁上开设有对应的通风口18；冷空气在风机17作用下，高速流过第一真空热管15的上部，第一真空热管15的上部为热端，将咸水的热量释放到冷空气中，并使咸水产生大量冰晶。

所述下腔室13进液端的侧壁上安装有相连通的咸水进管19，咸水进管19用于将地下咸水导至下腔室13内；下腔室13出液端的侧壁上安装有相连通的冰晶与浓咸水出管110，冰晶与浓咸水出管110的水平高度低于咸水进管19的水平高度；冰晶与浓咸水出管110用于冰晶与浓咸水混合液的排出。

所述下腔室13的进液端与出液端之间安装有水平设置的第一搅拌杆111，第一搅拌杆111的两个端部均与轴承座112转动连接；所述轴承座112固接于箱体11内壁上。

所述第一搅拌杆111上安装有多组第一搅拌叶片117，相邻两组第一搅拌叶片117之间等间距设置，第一搅拌叶片117的作用在于使咸水实现均匀降温，避免过冷区域出现。

所述第一搅拌杆111的中部装配有从动齿轮113，从动齿轮113与第一搅拌电机114输出轴上装配的主动齿轮115进行链传动。

所述第一搅拌电机114固接在箱体11的外侧壁上。

所述从动齿轮113的外部安装有倒U型板116，倒U型板116固接在箱体11的前后壁以及箱体11的底板上；设置倒U型板116的好处在于密封内部的从动齿轮113及链条，避免因链条传动使得箱体11出现漏咸水的现象。

所述倒U型板116的两侧分别设置有多个溢流板118，多个溢流板118的高度自进液端至出液端逐渐降低；溢流板118用于实现对下腔室13的分区，咸水在各个分区逐一流动的过程中，温度逐渐降低，进而产生大量不含盐的冰晶。

如图4和图5共同所示，所述冰水分离系统2包括相互连通的上筒体21和下筒体22，上筒体21的下端与下筒体22的上端通过连接法兰23实现固接，下筒体22通过筒座进行支撑。

所述上筒体21的筒壁上设有冰晶与浓咸水进口215，冰晶与浓咸水进口215和冰晶与浓咸水出管110相连通；下筒体22的筒壁上设有浓咸水出口216。

所述下筒体22的顶部开口处安装有圆形的过滤板24，过滤板24上均布有过滤孔，过滤板24用于实现冰晶与浓咸水的分离，过滤板24由导热材料制成，具有良好的导热性能。

所述过滤板24的上下分别设有用于承托过滤板24的格栅板25，格栅板25的直径小于过滤板24的直径。

所述格栅板25的圆形边缘分别与支撑环板26的内圈固接；支撑环板26的数量为两个，分布在过滤板24的上下两侧，呈上下对称设置；支撑环板26的内径小于过滤板24的直径，支撑环板26的外径大于过滤板24的直径；支撑环板26的外圈固接在上筒体21内壁上；两个支撑环板26之间设有密闭的换热腔27，换热腔27内夹设有过滤板24的边缘；所述换热腔27分别与导热介质进出管相连通；导热介质充满换热腔27使过滤板24的边缘部分受热，将热量传至整个过滤板24的板面内，使过滤板24过滤孔内存在的冰晶受热融化，防止其堵塞过滤孔，影响冰晶与浓咸水的分离速度。

所述过滤板24的圆心处穿设有第二搅拌杆28，第二搅拌杆28的下端部与第二搅拌电机29的输出轴连接，第二搅拌电机29设置在下筒体22的外部；所述第二搅拌杆28的上部安装有第二搅拌叶片210，第二搅拌叶片210设置在上筒体21内腔，第二搅拌叶片210的转动使冰晶与浓咸水混合液搅动，避免过冷区域的出现，避免冰晶集结在过滤板24上。

所述上筒体21的内壁上固接有三个呈圆周均布的提升筒211，提升筒211的下端部位于过滤板24的上方；提升筒211的内部分别设置有提升绞龙212，提升绞龙212用于将冰晶与浓咸水混合液中的冰晶进行纵向提升；所述提升筒211的上端部外侧分别设有冰晶出口214。

所述提升绞龙212的上端部分别装配有传动轮，传动轮均通过提升电机213进行驱动；提升电机213设置在上筒体21的正上方；一台提升电机213同步驱动三个提升绞龙212实现对冰晶的提升，使冰晶的分离效率得以提高。

如图6共同所示，所述蒸发淡化及固盐系统3包括融冰池31和蒸发池33，融冰池31和蒸发池33之间设置有冷凝池32。

所述融冰池31的顶部安装有起到密封保温功能的卷帘保温被311，融冰池31通过管路与冰水分离系统2的冰晶出口214相连通；所述蒸发池33通过管路与冰水分离系统2的浓咸水出口216相连通。

所述蒸发池33用于使浓咸水吸热蒸发，固化生产结晶盐；所述冷凝池32用于将蒸发池33中的水蒸气进行冷凝回收。

所述冷凝池32与融冰池31之间设置有保温隔热墙34。

所述冷凝池32和蒸发池33的顶部设置有保温薄膜309，保温薄膜309实现冷凝池32和蒸发池33的密封，使蒸发池33内的浓咸水吸热蒸发；所述蒸发池33的底部安装有竖直设置的重力真空地热管310，重力真空地热管310吸收地热使蒸发池33内的浓咸水吸热蒸发。

所述融冰池31池底的水平高度高于冷凝池32池底的水平高度，冷凝池32池底的水平高度高于蒸发池33池底的水平高度。

所述保温隔热墙34上穿设有第二真空热管35；所述第二真空热管35倾斜设置，第二真空热管35高的一端为冷端，冷端位于融冰池31内，低的一端为热端，热端位于冷凝池32的正上方，第二真空热管35的热端用于吸收热量，将热量传递到冷端，实现融冰池31内冰晶的融化；第二真空热管35的冷端用于释放热量，将冷能传递到热端，实现冷凝池32内蒸汽的冷凝回收。

所述融冰池31的底部设置有淡水出管36，淡水出管36与淡水导出主管37相连通，淡水出管36用于将融冰池31内冰晶融化后的淡水导出。

所述冷凝池32的底部设置有冷凝水出管38，冷凝水出管38与淡水导出主管37相连通，冷凝水出管38用于将冷凝池32内冷凝水导出。

实施例2一种用于咸水处理的冷能脱盐工艺

本发明提供一种用于咸水处理的冷能脱盐工艺，具体包括以下步骤：

S1、打浅竖井抽地下咸水；

S2、利用冷能进行结冰脱盐；咸水进入冷能结晶系统内，沿各个分区逐一流动，流动过程中，真空热管吸收咸水中的热量将热量传递到上部通过风机释放到冷空气中，使咸水产生大量冰晶，形成冰晶与浓咸水混合液；

S3、冰水分离；冰晶与浓咸水混合液在过滤板的作用下实现冰晶与浓咸水的分离，分离过程中冰晶与浓咸水混合液始终处于动态，提升绞龙实现对冰晶的提升，完成冰晶与浓咸水的高效分离，分离后的浓咸水进入蒸发池，分离后的冰晶进入融冰池；

S4、蒸发淡化及固盐；浓咸水进入蒸发池内，通过保温薄膜以及重力真空地热管的作用吸收太阳能及地热能后蒸发以实现固盐；真空热管将融冰池的冷能传递至蒸发池，使蒸发池内的水蒸汽冷凝，冷凝淡水通过管路导出，真空热管将蒸发池的热量传导至融冰池内实现冰晶的融化，融化淡水通过管路导出；

S5、融冰淡水以及冷凝淡水用以灌溉洗盐，降低地表盐分。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于咸水处理的冷能脱盐系统，其特征在于：包括冷能结晶系统（1）、冰水分离系统（2）、蒸发淡化及固盐系统（3）；冷能结晶系统（1）实现对咸水的结晶，结晶后的混合液进入冰水分离系统（2）进行分离，分离得到的浓咸水进入蒸发池（33）蒸发固盐，分离得到的冰晶进入融冰池（31）融化获得淡水；

所述冷能结晶系统（1），包括箱体（11），箱体（11）内部设置有隔板（14），隔板（14）将箱体（11）内腔隔为上腔室（12）和下腔室（13）；所述隔板（14）上穿设有若干竖直设置的第一真空热管（15）；所述上腔室（12）的侧壁上安装有两个并列设置的风机（17），风机（17）沿侧向进风；

所述蒸发淡化及固盐系统（3）包括融冰池（31）和蒸发池（33），融冰池（31）和蒸发池（33）之间设置有冷凝池（32）；所述融冰池（31）的顶部安装有卷帘保温被（311）；所述冷凝池（32）与融冰池（31）之间设置有保温隔热墙（34）；所述冷凝池（32）和蒸发池（33）的顶部设置有保温薄膜（309）；所述蒸发池（33）的底部安装有竖直设置的重力真空地热管（310）；

所述保温隔热墙（34）上穿设有第二真空热管（35），第二真空热管（35）倾斜设置，第二真空热管（35）高的一端位于融冰池（31）内，低的一端位于冷凝池（32）的正上方；所述融冰池（31）的底部设置有淡水出管（36）；所述冷凝池（32）的底部设置有冷凝水出管（38）。

2.如权利要求1所述的用于咸水处理的冷能脱盐系统，其特征在于：所述下腔室（13）的进液端与出液端之间安装有水平设置的第一搅拌杆（111），第一搅拌杆（111）上安装有多组第一搅拌叶片（117），第一搅拌杆（111）的中部装配有从动齿轮（113），从动齿轮（113）与第一搅拌电机（114）链传动。

3.如权利要求2所述的用于咸水处理的冷能脱盐系统，其特征在于：所述从动齿轮（113）的外部安装有倒U型板（116），倒U型板（116）固接在箱体（11）的前后壁以及箱体（11）的底板上；所述倒U型板（116）的两侧分别设置有多个溢流板（118），多个溢流板（118）的高度自下腔室（13）进液端至出液端逐渐降低。

4.如权利要求1所述的用于咸水处理的冷能脱盐系统，其特征在于：所述冰水分离系统（2）包括相互连通的上筒体（21）和下筒体（22），下筒体（22）的顶部开口处安装有过滤板（24），过滤板（24）的上下分别设有用于格栅板（25），格栅板（25）的圆形边缘分别与支撑环板（26）的内圈固接；支撑环板（26）的数量为两个，呈上下对称设置；两个支撑环板（26）之间设有密闭的换热腔（27），换热腔（27）内夹设有过滤板（24）的边缘。

5.如权利要求4所述的用于咸水处理的冷能脱盐系统，其特征在于：所述过滤板（24）的圆心处穿设有第二搅拌杆（28），第二搅拌杆（28）的上部安装有第二搅拌叶片（210）；所述上筒体（21）的内壁上固接有三个呈圆周均布的提升筒（211），提升筒（211）的内部分别设置有提升绞龙（212），三个提升绞龙（212）由一台提升电机（213）同步驱动。

Images