CN113233527A - 一种z型结构多效蒸发式海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，包括蒸发室、冷海水供应管路、蒸汽发生装置、浓海水排出管路和淡水收集母管，所述蒸发室内自上而下依次安装多个倾斜的换热隔板，换热隔板的上表面为冷海水流道，换热隔板的背面为淡化海水流道；换热隔板的下端背部设有淡水收集槽；上下相邻的两个换热隔板倾斜方向相反，下一换热隔板的上端位于上一换热隔板的出口通道下方；所述冷海水供应管路的出水口位于顶层换热隔板的上方；底层换热隔板的出口通道与蒸汽发生装置的冷源入口连通。本发明的有益效果为：本发明多层换热隔板，将产生的热蒸汽与低温海水在换热隔板上直接进行热交换，所有的多效蒸发过程在同一蒸发室内完成，最大限度地提高了热量利用率。

Description

一种Z型结构多效蒸发式海水淡化系统

技术领域

本发明涉及海水淡化系统,具体涉及一种Z型结构多效蒸发式海水淡化系统。

背景技术

淡水资源是人类赖以生存和发展的最基本的资源之一。但是地球上的总水量中，海水占据了97.5％，而淡水仅仅占据了2.5％；并且，由于淡水资源分布不均匀，人类能够直接利用的淡水资源不足全球淡水量的0.26％。我国是沿海国家，海岸线长，对于沿海城市而言，海水淡化是解决严峻缺水问题和改善能源结构的有效措施。

就目前的海水淡化应用实践中，多效蒸发海水淡化系统是较为普遍的一种形式。但是就传统的多效蒸发海水淡化系统，存在如下问题：(1)整个海水淡化系统是由多个蒸发室串联组成，每多一效蒸发，就需要增设一个蒸发室，设备复杂，成本高，并且占地面积较大；(2)多效蒸发需要在不同的蒸发室内进行，导致热蒸汽要经过一定的传输距离才能到达下一级蒸发室，在热蒸汽转移的过程中，需要对沿途的管道增加保温材料，并且要额外的增设泵机为蒸汽的转移提供动力，这将进一步提高设备成本；(3)热蒸汽转移过程中，热量损失是必然的，降低了热量的利用率，从而使整体的蒸发效率降低，导致产水率降低。

因此，为了解决传统的多效蒸发海水淡化系统的不足，提出了一种Z型结构多效蒸发式海水淡化系统。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提出一种蒸汽热能利用率高、结构简单且占地面积小的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统。

本发明采用的技术方案为：一种Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，包括蒸发室、冷海水供应管路、蒸汽发生装置、浓海水排出管路和淡水收集母管，所述蒸发室内自上而下依次安装多个倾斜的换热隔板，换热隔板的上表面为冷海水流道，换热隔板的背面为淡化海水流道，换热隔板的下端口与蒸发室的内壁之间留有间隙，构成冷海水的出口通道；换热隔板的下端背部设有淡水收集槽；上下相邻的两个换热隔板倾斜方向相反，下一换热隔板的上端位于上一换热隔板的出口通道下方；所述冷海水供应管路与蒸发室的顶部连通，且冷海水供应管路的出水口位于顶层换热隔板的上方；底层换热隔板的出口通道与蒸汽发生装置的冷源入口连通，蒸汽发生装置的冷源出口与浓海水排出管路连通；所述淡水收集槽经淡水收集母管与外设的淡水收集箱连通。

按上述方案，所述换热隔板上端上表面安装有弧形导流挡板，弧形导流挡板与蒸发室的内壁面紧贴；下一换热隔板的弧形导流挡板位于上一换热隔板出口通道的下方；所述换热隔板的上表面间隔布置多个平行的挡水条，相邻两个挡水条之间形成单流道，各单流道依次首尾连通形成整体的S型流道。

按上述方案，所述S型流道表面喷涂有亲水涂层；在换热隔板的背面涂覆亲水涂层。

按上述方案，所述蒸汽发生装置包括用于冷源流体流通的上层结构，以及用于热源流体流通的下层结构；所述上层结构包括上层流道板，以及多条平行间隔固定在上层流道板上的上层流道肩，相邻两个上层流道肩之间形成上层单流道，各上层单流道依次首尾连通形成蛇形的冷源流道场，冷源流道场的入口位于底层换热隔板的出口通道下方，冷源流道场的出口与蒸发室的内部连通。

按上述方案，所述下层结构为封闭式结构，包括下层流道板，以及多条平行间隔布置在下层流道板上的下层流道肩；上层流道板与下层流道板相背布置；相邻两个下层流道肩之间形成下层单流道，各下层单流道依次首尾连通形成蛇形的封闭式热源流道场，热源流道场的入口与热源供应管路连通，热源流道场的出口与外设的热源排出管路连通。

按上述方案，上层的冷源流道场与下层的热源流道场其单流道上下位置对应，上层的冷源流体和下层的热源流体在各自的流道场内流动，二者在任意一上下对应的单流道内均相向流动。

按上述方案，所述淡水收集箱的底部与淡水出水管路连通，淡水出水管路上沿水流方向依次布置有单向阀C和排水泵；所述淡水收集箱内安装有上限水位监测器和下限水位监测器。

按上述方案，所述海水淡化系统还增设有换热器，所述换热器的热源入口与浓海水排出管路的出口连通，换热器的热源出口与排水总管连通；所述换热器的冷源入口与进料海水管路连通，冷源出口与冷海水供应管路连通。

按上述方案，所述蒸发室的顶部连通有配置有真空泵的抽真空管路，抽真空管路的入口安装有单向阀A；蒸发室还安装有用于检测内部压力的压力表。

本发明的有益效果为：

1、本发明在蒸发式内沿高度方向设置多层换热隔板，通过增加换热隔板的层数来实现热冷的多级利用，达到多效蒸发的目的；且换热隔板调整起来更加灵活方便；多效的蒸发/冷凝是在同一蒸发室内完成，实现了对蒸汽的直接利用，避免了蒸汽的转移，防止热量损失。

2、换热隔板倾斜布置，调整换热隔板与水平方向的倾角可调节不同层上的海水流速：当输入给系统的热量较多时，增大换热隔板的倾角，提高海水流速；当输入的热量较少时，减少倾角，降低海水流速，以使热能的利用率达到一个最大值。

3、设计换热器，充分利用浓海水的热量对进料海水进行预热，提高了热量的利用率。

4、本发明设备简单，占地面积小，大大降低了设备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的整体结构示意图。

图2为换热隔板上表面示意图。

图3为换热隔板背面示意图。

图4为蒸汽发生装置上层结构示意图。

图5为蒸汽发生装置下层结构示意图。

图6为蒸汽发生装置内部结构侧视图。

其中：1、真空泵；2、单向阀A；3、压力表；4、蒸发室；5、换热隔板；51、弧形导流挡板；52、挡水条；53、淡水收集槽；6、疏水阀；7、冷海水泵；8、换热器；9、浓海水泵；10、单向阀B；11、上层结构；111、上层流道板；112、上层流道肩；113、上层单流道；12、下层结构；121、热源流道场的入口；122、热源流道场的出口；123、下层流道肩；124、下层单流道；125、下层流道板；13、淡水收集母管；14、淡水收集箱；15、下限水位监测器；16、单向阀C；17、排水泵；18、上限水位监测器；19、冷海水供应管路；20、浓海水排出管路；21、淡水排出管路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的示意图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种Z型结构多效蒸发式海水淡化系统。本发明结构简单，通过增加换热隔板5的层数来实现多效蒸发，能够实现对蒸汽的直接利用，避免了蒸汽的转移，既提高了热能利用率，也进一步降低了设备的成本。具体配置如下：

如图1所示的一种Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，包括蒸发室4、冷海水供应管路19、蒸汽发生装置、浓海水排出管路20和淡水收集母管13，所述蒸发室4内自上而下依次安装多个倾斜的换热隔板5，换热隔板5的上表面为冷海水流道，换热隔板5的背面为淡化海水流道，换热隔板5的下端口与蒸发室4的内壁之间留有间隙，构成冷海水的出口通道；换热隔板5的下端背部设有淡水收集槽53；上下相邻的两个换热隔板5倾斜方向相反，下一换热隔板5的上端位于上一换热隔板5的出口通道下方；所述冷海水供应管路19与蒸发室4的顶部连通，且冷海水供应管路19的出水口位于顶层换热隔板5的上方；底层换热隔板5的出口通道与蒸汽发生装置的冷源入口连通，蒸汽发生装置的冷源出口与浓海水排出管路20连通；所述淡水收集槽53经淡水收集母管13与外设的淡水收集箱14连通。本实施例中，在蒸发室4的外壁面包裹有保温材料防止热量损失。

本发明中，上下相邻且反向布置的换热隔板5呈Z型结构；冷海水经冷海水供应管路19进入蒸发器，并经顶层换热隔板5在重力作用下依次向下流经各换热隔板5，进入蒸汽发生装置的冷源入口，与蒸汽发生装置内的热源流体换热；冷海水经高温加热后形成蒸汽向上流动，依次向上经过各换热隔板5的背面，与换热隔板5上表面流动的冷海水发生热交换，冷凝形成液滴或液膜，并在重力作用下汇集在该层换热隔板5的淡水收集槽53内，再经淡水收集母管13排出至淡水收集箱14。在任意一层换热隔板5上，在换热隔板5上表面流动的冷海水，均能与换热隔板5背面的热蒸汽发生热交换，使蒸汽冷凝形成淡水；而换热隔板5上表面的冷海水被加热蒸发，为上一层的换热隔板5提供热蒸汽，达到多效蒸发的目的。

优选地，换热隔板5的上表面结构如图2所示，换热隔板5的背面结构如图3所示。所述换热隔板5上端上表面安装有弧形导流挡板51，弧形导流挡板51与蒸发室4的内壁面紧贴，下一换热隔板5的弧形导流挡板51位于上一换热隔板5出口通道的下方；弧形导流挡板51防止蒸汽从侧面位置窜入到上一效蒸发室4内；同时，也将冷海水顺利引入到该层换热隔板5上。

所述换热隔板5的上表面间隔布置多个平行的挡水条52，相邻两个挡水条52之间形成单流道，各单流道依次首尾连通形成整体的S型流道；这种流道设计有利于增大海水的流动距离，从而延长流动时间。优选地，所述S型流道表面喷涂有亲水涂层，以有利于海水铺展成更薄的液膜；与背面的热蒸汽进行充分的热交换，同时促进了海水蒸发和蒸汽冷凝。在控制海水的流速方面，还可以通过调节换热隔板5与水平方向的倾斜角α来实现。为了防止在倾斜角α较小的情况下，凝结水滴落，在换热隔板5的背面仍然涂覆亲水涂层，增大了壁面与凝结水的粘附力。随着凝结水的逐渐积累，汇聚成液膜，并在重力的作用下，沿着换热隔板5背面流入到淡水收集槽53中。

本发明中，淡水收集槽53的长度方向与水平面之间可设计一定的夹角θ(30°～50°，具体数值需根据额定产水量确定，当额定产水量较大时，夹角θ取较大值即可)，以使淡水收集槽53内的淡水在重力的作用下流出蒸发室4，经淡水收集母管13流入淡水收集箱14中。优选地，所述淡水收集箱14的底部与淡水出水管路连通，淡水出水管路上沿水流方向依次布置有单向阀C16和排水泵17；所述淡水收集箱14内安装有上限水位监测器18和下限水位监测器15。当上限水位监测器18监测到淡水收集箱14内的淡水液位高于上限水位时，排水泵17启动排出淡水；当下限水位监测器15监测到淡水收集箱14内的淡水液位低于下限水位时，排水泵17关闭停止排水，保证了淡水收集箱14底部始终有存水，起到了很好的密封作用。

本发明中，整个系统的热动力由蒸汽发生装置提供。所述蒸汽发生装置包括用于冷源流体流通的上层结构11，以及用于热源流体流通的下层结构12。

如图4所示，所述上层结构11为开放式结构，包括上层流道板111，以及多条平行间隔固定在上层流道板111上的上层流道肩112，相邻两个上层流道肩1123之间形成上层单流道113，各上层单流道113依次首尾连通形成蛇形的冷源流道场，冷源流道场的入口位于底层换热隔板5的出口通道下方，冷源流道场的出口与蒸发室4的内部连通；冷海水受重力作用在冷源流道内自上而下流道，并与热源换热后蒸发成蒸汽，蒸汽向上流动，浓海水自冷源流道的出口流出，并经浓海水排出管路20排出。

如图5所示，所述下层结构12为封闭式结构，包括下层流道板125，以及多条平行间隔布置在下层流道板125上的下层流道肩123；上层流道板111与下层流道板125相背布置；相邻两个下层流道肩123之间形成下层单流道124，各下层单流道124依次首尾连通形成蛇形的封闭式热源流道场，热源流道场的入口121与热源供应管路连通，热源流道场的出口122与外设的热源排出管路连通。热源流体被浓海水泵9加压，在高压的驱动下从热源流道场的入口121进入，沿热源流道场自下向上流动，最终从热源流道场的出口122排出。

本发明中，冷源流道场和热源流道场均设计为蛇形，有利于增大海水的流动距离，延长流动时间。

如图6所示为蒸汽发生装置的内部结构侧视图。上层的冷源流道场与下层的热源流道场其单流道上下位置对应，上层的冷源流体(冷海水)和下层的热源流体在各自的流道场内流动，二者在任意一上下对应的单流道内均相向流动(圈中有叉，代表垂直屏幕向内流动；圈中有点，代表垂直屏幕向外流动)，这样设计最突出的优势就是让冷热流体进行充分的热量交换，最大限度的提高热量利用率。

优选地，所述海水淡化系统还增设有换热器8，所述换热器8的热源入口与浓海水排出管路20的出口连通(浓海水排出管路20上沿水流方向依次配置有单向阀B10和浓海水泵9)，换热器8的热源出口与排水总管连通；所述换热器8的冷源入口与进料海水管路连通，冷源出口与冷海水供应管路19连通(冷海水供应管路19上沿水流方向依次配置有冷海水泵7和机械性疏水阀66)。浓海水经过单向阀B10，经浓海水泵9加压后，进入换热器8与进料海水换热后排出；进料海水经换热器8与浓海水换热加热后，再被冷海水泵7加压，流经机械型疏水阀6进入到蒸发室4内的顶层换热隔板5上。

本发明中，所述海水淡化系统还增设有抽真空组件，具体为：所述蒸发室4的顶部连通有配置有真空泵1的抽真空管路，抽真空管路的入口安装有单向阀A2；蒸发室4还安装有用于检测内部压力的压力表3。通过真空泵1将蒸发室4内的气体抽出，使其内部呈负压；而真空泵1启停由压力表3进行控制，使得蒸发室4内的真空度维持在设定值。

本发明中，为了维持负压的状态，在真空泵1的入口处、浓海水的出口处、淡水收集箱14的出口处皆采用单向阀，只允许气体或液体从蒸发室4排出，不允许外界大气在正负压差的作用下倒流入蒸发室4。冷海水进入到蒸发室4的入口处采用机械型疏水阀6，只允许液体通过，而不允许气体通过。通过以上阀门的安装，可以有效的保证系统在负压下运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见具体实施方式即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，包括蒸发室、冷海水供应管路、蒸汽发生装置、浓海水排出管路和淡水收集母管，所述蒸发室内自上而下依次安装多个倾斜的换热隔板，换热隔板的上表面为冷海水流道，换热隔板的背面为淡化海水流道，换热隔板的下端口与蒸发室的内壁之间留有间隙，构成冷海水的出口通道；换热隔板的下端背部设有淡水收集槽；上下相邻的两个换热隔板倾斜方向相反，下一换热隔板的上端位于上一换热隔板的出口通道下方；所述冷海水供应管路与蒸发室的顶部连通，且冷海水供应管路的出水口位于顶层换热隔板的上方；底层换热隔板的出口通道与蒸汽发生装置的冷源入口连通，蒸汽发生装置的冷源出口与浓海水排出管路连通；所述淡水收集槽经淡水收集母管与外设的淡水收集箱连通。

2.如权利要求1所述的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，所述换热隔板上端上表面安装有弧形导流挡板，弧形导流挡板与蒸发室的内壁面紧贴；下一换热隔板的弧形导流挡板位于上一换热隔板出口通道的下方；所述换热隔板的上表面间隔布置多个平行的挡水条，相邻两个挡水条之间形成单流道，各单流道依次首尾连通形成整体的S型流道。

3.如权利要求2所述的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，所述S型流道表面喷涂有亲水涂层；在换热隔板的背面涂覆亲水涂层。

4.如权利要求2所述的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，所述蒸汽发生装置包括用于冷源流体流通的上层结构，以及用于热源流体流通的下层结构；所述上层结构包括上层流道板，以及多条平行间隔固定在上层流道板上的上层流道肩，相邻两个上层流道肩之间形成上层单流道，各上层单流道依次首尾连通形成蛇形的冷源流道场，冷源流道场的入口位于底层换热隔板的出口通道下方，冷源流道场的出口与蒸发室的内部连通。

5.如权利要求4所述的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，所述下层结构为封闭式结构，包括下层流道板，以及多条平行间隔布置在下层流道板上的下层流道肩；上层流道板与下层流道板相背布置；相邻两个下层流道肩之间形成下层单流道，各下层单流道依次首尾连通形成蛇形的封闭式热源流道场，热源流道场的入口与热源供应管路连通，热源流道场的出口与外设的热源排出管路连通。

6.如权利要求5所述的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，上层的冷源流道场与下层的热源流道场其单流道上下位置对应，上层的冷源流体和下层的热源流体在各自的流道场内流动，二者在任意一上下对应的单流道内均相向流动。

7.如权利要求5所述的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，所述淡水收集箱的底部与淡水出水管路连通，淡水出水管路上沿水流方向依次布置有单向阀C和排水泵；所述淡水收集箱内安装有上限水位监测器和下限水位监测器。

8.如权利要求6所述的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，所述海水淡化系统还增设有换热器，所述换热器的热源入口与浓海水排出管路的出口连通，换热器的热源出口与排水总管连通；所述换热器的冷源入口与进料海水管路连通，冷源出口与冷海水供应管路连通。

9.如权利要求6所述的Z型结构多效蒸发式海水淡化系统，其特征在于，所述蒸发室的顶部连通有配置有真空泵的抽真空管路，抽真空管路的入口安装有单向阀A；蒸发室还安装有用于检测内部压力的压力表。

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