CN1397500A - 多效蒸馏海水淡化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多效蒸馏海水淡化方法和装置，主要包括由液位压差抽气、海水预热、蒸发和冷凝、淡水闪蒸、浓水闪蒸等步骤及相应的装置，还包括冷凝器、换热器、蒸汽引射器及系统管路和各泵组成。以加热蒸汽为热源，对海水进行淡化，生产出淡水，其优点是装置运行稳定，运行消耗电功率(泵耗电)低，传热效率高，蒸发器给水均匀通畅，是中、大型和特大型海水淡化的理想方法和装置。

Description

多效蒸馏海水淡化方法及装置

发明领域

本发明涉及一种多效蒸馏海水淡化方法及该方法所使用的装置，特别是一种采用逆程逐级预热逐级给水、液位恒定压差抽气和溢流毛细均布给水步骤的多效蒸馏海水淡化方法和装置。这里的“效”是指以一个蒸发器为核心的蒸馏装置的单元。

背景技术

目前，世界上现行的多效蒸馏海水淡化方法和装置，按效间的给水顺序与蒸汽加热顺序，可分为顺程式和逆程式多效蒸馏淡化方式，它们分别具有各自的优势和缺点：

1、顺程式蒸馏淡化方式，原料给水由最未效预热器预热至第一效，并由外部热源(蒸汽或加热水)加热后进入第一效蒸发器蒸发，蒸发出的二次蒸汽进入第二效蒸发器对第一效蒸发后剩余的浓水(作为第二效给水)进行蒸发，以下各效依此类推，直至最末一效。

其缺点是：①前几效给水量大，在蒸发器的管束上形成较厚的液膜，传热系数低。

②末几效海水浓度依次加大导致“温度衰颓”现场严重，影响二次蒸汽利用程度。

③若要利用效间压差给水，只能采用立式，不宜制成大型或特大型装置。采用卧式，亦需给水循环泵。

2、逆程式蒸馏淡化方式：原料给水由最未一效给入，由循环泵依次打入前一效，直至第一效，加热蒸汽由第一效进入蒸发器，加热给水，蒸发出的二次蒸汽进入第二效，加热第二效蒸发器内的给水(海水)，以后各效依此类推，直至最未一效。

其特点是：给水顺序由最未一效至第一效，加热蒸汽与每效产生的二次蒸汽则由第一效进入后一效直至最未一效。

其缺点是：①由于给水由末效(温度低、压力低)依次进入前效(温度较高，压力较高)，需要循环泵加压给水；

②当采用将相邻几效浓水汇集由循环泵打入前几效以减少循环泵数量时，各效温度和压力不宜形成均匀梯度，易造成换热面积的不足和浪费；

③第一效及前几效给水浓度加大，产生的“温度衰颓”现象影响二次蒸汽利用程度。

3、现行的多效蒸馏淡化方法及装置，无论顺程方式或逆程方式，都存在着如下缺点：

①每效给水皆为喷头喷淋型式，存在喷头的圆形喷淋区域重叠和喷到管束区域以外的无效给水，不利于充分换热；前三排管束冲涮磨损严重。喷头易结垢堵塞。

②每效不凝气抽除均由抽气管直联真空泵，影响每效的操作压力，使之不易控制，不易形成均匀的压力梯度。操作不稳定。

本发明的目在的在于克服上述缺点，提供一种运行稳定，泵功率消耗低，传热效率高，给水均匀通畅的多效蒸馏海水淡化方法和装置。

本发明的目的是这样实现的：在每一效中包括海水预热、蒸发、冷凝和不凝气抽除步骤，其中蒸发步聚中包括给水均布步骤，其特征是：

还包括淡水闪蒸步骤，用于将每效的预热冷凝步骤所产生的淡水进行闪蒸，其闪蒸后的蒸汽作为下一效的蒸发热源之一，闪蒸后的淡水送入下一效的闪蒸器进行闪蒸；

还包括浓海水的闪蒸步骤，用于将上一效蒸发步骤后排出的浓海水进行闪蒸，以进一步获取蒸汽；

所述的海水预热步骤既预热本效蒸发步骤所需的海水，也预热前一效蒸发步骤所需海水；

所述的不凝气抽除步骤采取每相邻效间等压差抽除方法，即后一效的抽取的压力较与其相邻前效的抽取压力高出一个等量差值。

所述的给水均布步骤采用溢流毛细给水均布。

一种权利1所述的多效蒸馏海水淡化方法所使用的装置，包括相互联接的多效装置、不凝气抽取装置、蒸汽引射器、海水给水泵、浓水泵、淡水泵、换热器、冷凝器，其中所述的多效装置中的每一效包括海水预热器、蒸发器，该蒸发器和海水预热器的蒸汽入口均与蒸汽引射器出口连接，蒸发器的二次蒸汽出口与下一效蒸汽入口连接，以此类推；末一效的蒸发器的二次蒸汽出口与冷凝器串联后接淡水泵的入口，其冷凝淡水出口和浓水出口串联换热器后与所述的淡水泵入口及浓水泵的入口连接，海水给水泵的出口串联换热器和冷凝器后与末效的海水预热器的海水入口连接；不凝气抽除装置与各效的不凝气出口连接；在所述的蒸发器海水入口内设置有给水均布器，其特征在于：还包括淡水闪蒸器和浓水闪蒸器；所述的取后一效装置中的海水预热器的海水出口一路连接该效的蒸发器的海水入口，另一路与上一效的海水预热器的海水入口连接，以此类推；所述每一效的预热器和蒸发器的冷凝水出口与所述的淡水闪蒸器入口连接，其淡水出口与下一效的淡水闪蒸器入口连接，其闪蒸汽出口与下一效的蒸发器的蒸汽入口连接；第一效的浓水出口与下一效的浓水闪蒸器的入口连接，其浓水出口与其后一效的浓水闪蒸器的入口连接，其闪蒸汽出口与其后一效的蒸发器的蒸汽入口连接，以此类推；

所述的不凝气抽除装置为液位压差式，由每效一个的均压器串联后与真空泵连接组成，该均压器包括外壳、溢流抽气管，在外壳下部有第一进气口和出气口，在顶端有第二进气口，溢流抽气管竖向置于外壳内，其下端与所述出气口连接，在该溢流抽气管外充满水，每效的均压器出气口与下一效的第一进气口连接，其第二进气口与该效的蒸发器的不凝气出口连接；第一效的均压器第一进气口封闭，末效之后再串联一个均压器，该均压器的出气口与真空泵入口连接，其第二进气口与所述冷凝器的不凝气出口连接。

所述的蒸发器内的给水均布器为溢流式毛细给水均布器，包括储水槽、溢流管、毛细纤维毡，溢流管垂直均布于储水槽内，其下端与储水槽底部连通，在储水槽底面连接毛细纤维毡，其下面与蒸发器最上面的换热管接触。

本发明的优点是结构先进，流程合理，具备如下特点：

1、运行平稳。由于采用液位压差不凝气抽除装置，每效蒸发器可形成恒定梯度压力差，避免了由于直接抽气造成的压力不稳定。

2、泵功率消耗低，省去效间给水循环泵节省大量电能。

3、传热效率高，形成均匀自然降膜蒸发，大大提高传热系数。

4、蒸发器给水均匀通畅，避免了喷头喷淋不均和喷孔结垢堵塞现象。

附图说明

下面给合本发明装置的附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的装置的总体构成图；

图2是不凝气抽除装置中的均压器的结构示意图；

图3是溢流式毛细给水均布器的结构图，其中a图是立体图；b图是a图的A-A剖视图；

图4是蒸发器的结构示意图；

图5是海水预热器的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的装置基本以每效为一个单元，每效之间用管道连接。每效中包括：蒸发器3、预热器2、不凝气抽除装置1中的一个均压器11、淡水闪蒸器5、浓水闪蒸器4(第一效中无)，预热器2为管壳式换热器结构，其海水出口26与蒸发器3的海水入口36及上一效的预热器2的海水入口25连接，其热源入口23连接蒸汽源(第一效)或前一效的二次蒸汽(第2效起)，其凝水出口24与淡水闪蒸器5的入口51连接，该闪蒸器5的水出口52与下效的淡水闪蒸器入口连接；蒸发器3的海水出口37与下效的浓水闪蒸器4入口41连接，蒸发器3的热源入口32与蒸汽源连接，其凝水出口33也与淡水闪蒸器5的入口51连接，蒸发器3的二次蒸汽(即海水蒸汽)出口38及淡水闪蒸器5的闪蒸汽口53均与下效的蒸发器3及预热器2的热源入口32和23连接。本效的蒸发器3的不凝气出口34与均压器11的第二进气口C连接，其第一进气口A与上效的均压器11的出气口B连接，第一效均压器11的第一进气口A封闭，本效中均压器11的出气口B与下效的均压器11的第一进气口A连接。每效之间的连接方式都相同，不再遨述。

在上述的每效的装置中，预热器2完成本发明方法中的海水预热步聚，蒸发器3完成方法中的蒸发和冷凝步骤，其内的给水均布器35完成方法中的海水均布步骤，淡水闪蒸器5完成方法中的淡水闪蒸步骤，浓水闪蒸器4完成方法中的浓海水闪蒸步骤。由于预热器2的海水出口既与本效的蒸发器3的海水入口连接，还与上一效的预热器2的海水入口连接，所以它既可以预热本效海水，也可预热上效海水。

本发明的装置除上述的各效装置外，还有共用的装置，这些装置包括：热源蒸汽引射器6、海水给水泵7、浓水排放泵8、淡水排出泵9、换热器10、冷凝器11、真空泵12。蒸汽引射器6的出口与第一效的预热器2及蒸发器3的热源蒸汽入口23和32连接；换热器10用来将要排出的淡水和浓水的余热与海水给水进行交换，它由淡水和浓水两部分组成，从最末效的淡水闪蒸器5和浓水闪蒸器4水出口串联换热器10后分别与淡水泵9和浓水泵8的入口连接，海水给水泵7的出口串联该换热器10的海水通道与冷凝器11的海水通道串联后连接到末效预热器2的海水入口，并连接一个海水排放口15，冷凝器11的另一介质通道的入口与末效的蒸发器3、浓水闪蒸器4、淡水闪蒸器5的蒸汽出口连接，还有一路连接到蒸汽引射器6的一个入口，冷凝器11的凝水口连接到淡水泵9的入口，冷凝器11的不凝气出口与不凝气抽除装置1中的最后一个均压器11的第二进入气口连接。上述的不凝气抽除装置1由每效的均压器11串联后再与真空泵12的入口连接，共同完成本发明方法中的等压差不凝气抽除步骤。

图2是本发明不凝气抽除装置1中的均压器11的结构示意图。

该均压器11包括外壳111、溢流抽气管112，在外壳111的下部有第一进气口A和出气口B，在顶端有第二进气口C，溢流抽气管112竖向置于外壳111内，其下端与所述出气口B连接，在该溢流抽气管112外充满水D，每效的均压器出气口B与下一效的第一进气口A连接，其第二进气口C与该效的蒸发器3的不凝器出口连接。

参见图3，所述的蒸发器3内的给水均布器35为溢流式毛细给水均布器，包括储水槽351、溢流管352、毛细纤维毡353，溢流管352垂直均布于储水槽351内，其下端与储水槽351的底部连通，在储水槽351的底面连接毛细纤维毡353，其下面与蒸发器3最上面的换热管束31(参见图4)接触。

参见图4，本发明的蒸发器3的基本结构是通用的管壳式结构，包括外壳39，在其内部有横向的管束31，蒸汽进入管束31一端的入口32，在管束31内将热量传给其外面所通过的海水将其加热蒸发，在管束31的另一端下边有凝水出口33，在上边有不凝气出口34。在外壳39内的上部有给水均布器35，外壳上端有海水入口36，下端有海水出口37，在外壳的上部侧面有二次蒸汽出口38。

参见图5，本发明的预热器2也是管壳式结构，在外壳22内有横向管束21，其两端为蒸汽入口23和出口24，外壳22的上下端有海水进口25和出口26。

本发明的工作过程如下：

1、海水给水过程：原料海水经海水给水泵7打入换热器10将生产出的淡水和排放的浓水的热量吸收预热，再经冷凝器11的预热，其中一部分经排放口15排放掉，另一部分达到设计温度进入最末效预热器2。经过进一步预热，一部分给入本效蒸发器3内的溢流式毛细给水均布器35(见图3)的储水槽351，经过溢流管352均匀分布到毛细纤维毡353中，经过纤维毡353的毛细作用和水的表面张力、重力作用，更加均匀地分布到与之相按触的每根管束31上，并在每根管束31外面形成向下流的液膜，被管束31内的蒸汽加热后蒸发成二次蒸汽。

另一部分被预热的海水进入前一效的预热器2进一步预热，然后一部分进入上一效蒸发器3蒸发。

2、蒸汽流通过程：

加热蒸汽通过蒸汽引射器6将末效一部分低压蒸汽(从末效的蒸发器3及两个闪蒸器4和5中放出的蒸汽)抽出混合后，形成较高温度加热蒸汽进入第1效，其中大部分加热第1效蒸发器3的管束31外的海水，产生二次蒸汽，同时在管束31内冷凝成淡水；小部分进入本效预热器2预热本效海水给水，同时在预热器2内冷凝成淡水。两部分淡水合并进入本效淡水闪蒸器5，降压闪蒸后的闪出蒸汽与蒸发器3产生的二次蒸汽合并进入第二效作为第二效蒸发器3的加热蒸汽，从第二效开始，由前一效高温浓水进入浓水闪蒸器6降压闪蒸后的蒸汽也并入本效二次蒸汽和淡水闪蒸的蒸汽作为下一效的加热蒸汽，以此类推直至第末效。末效的二次蒸汽一部分加入前述的循环，一部分进入冷凝器11，凝成淡水后作为产品淡水由淡水泵9排出。

3、不凝气抽除装置1的工作过程：

为去除每一效蒸发器3和冷凝器11内的不凝气体以保证换热系统维持每效稳定的真空度压力，将均压器11串联后与真空泵12相联，每效的均压器11的第二进气口C与本效蒸发器3的不凝气出口连接，当真空泵12工作后，本效的均压器11的出气口B真空度降至设计压力，并将蒸发器3内的不凝气抽掉，并保持这一压力。同时克服一个设定的流位差高度(调整溢流抽气管112高度获得)，通过前一级均压器11将前一效蒸发器3的不凝气抽除。这样本效均压器11的第二进气口C压力比上一效均压器的第二进气口C的压力高出一个流位差压力。相同原理，每相邻后效的均压器11的第二进气口C的压力高出该效相同进气口C一个液位差压力，这样，从末效到第一效可形成设定的压差梯度，以保证相对应的每效蒸发器3的压力恒定。

每一效均压器11从相应效蒸发器3带出的极少部分水蒸汽将溶于该效均压器11的水封中，并将多出的水溢出至下一级，经真空泵12排出。

4、浓水流通过程：

每效蒸发后的浓水与本效闪蒸后的浓水进入下一效浓水闪蒸器4，降压闪蒸后的蒸汽，并入下一效作为下一效蒸发器3的加热蒸汽，直至末效后经换热器10换热，由浓水泵8排放。

5、淡水流通过程：

每效冷凝出的淡水与上效闪蒸后的淡水进入本效淡水闪蒸器5，降压闪蒸后的蒸汽，并入下一效作为下效蒸发器3的加热蒸汽，直至末效后，经过换热器10换热，与冷凝器11的凝出淡水作为产品淡水由淡水泵9排出。

本发明克服了原有多效蒸馏海水淡化方法和装置的诸多缺陷，是新一代中大型、超大型多效蒸馏海水淡化的理想方式。

Claims (3)

1、一种多效蒸馏海水淡化方法，在每一效中包括海水预热、蒸发、冷凝和不凝气抽除步骤，其中蒸发步聚中包括给水均布步骤，其特征是：

还包括淡水闪蒸步骤，用于将每效的预热冷凝步骤所产生的淡水进行闪蒸，其闪蒸后的蒸汽作为下一效的蒸发热源之一，闪蒸后的淡水送入下一效的闪蒸器进行闪蒸；

还包括浓海水的闪蒸步骤，用于将上一效蒸发步骤后排出的浓海水进行闪蒸，以进一步获取蒸汽；

所述的海水预热步骤既预热本效蒸发步骤所需的海水，也预热前一效蒸发步骤所需海水；

所述的不凝气抽除步骤采取每相邻效间等压差抽除方法，即后一效的抽取的压力较与其相邻前效的抽取压力高出一个等量差值。

所述的给水均布步骤采用溢流毛细给水均布。

2、一种权利1所述的多效蒸馏海水淡化方法所使用的装置，包括相互联接的多效装置、不凝气抽取装置、蒸汽引射器、海水给水泵、浓水泵、淡水泵、换热器、冷凝器，其中所述的多效装置中的每一效包括海水预热器、蒸发器，该蒸发器和海水预热器的蒸汽入口均与蒸汽引射器出口连接，蒸发器的二次蒸汽出口与下一效蒸汽入口连接，以此类推；末一效的蒸发器的二次蒸汽出口与冷凝器串联后接淡水泵的入口，其冷凝淡水出口和浓水出口串联换热器后与所述的淡水泵入口及浓水泵的入口连接，海水给水泵的出口串联换热器和冷凝器后与末效的海水预热器的海水入口连接；不凝气抽除装置与各效的不凝气出口连接；在所述的蒸发器海水入口内设置有给水均布器，其特征在于：还包括淡水闪蒸器和浓水闪蒸器；所述的取后一效装置中的海水预热器的海水出口一路连接该效的蒸发器的海水入口，另一路与上一效的海水预热器的海水入口连接，以此类推；所述每一效的预热器和蒸发器的冷凝水出口与所述的淡水闪蒸器入口连接，其淡水出口与下一效的淡水闪蒸器入口连接，其闪蒸汽出口与下一效的蒸发器的蒸汽入口连接；第一效的浓水出口与下一效的浓水闪蒸器的入口连接，其浓水出口与其后一效的浓水闪蒸器的入口连接，其闪蒸汽出口与其后一效的蒸发器的蒸汽入口连接，以此类推；

所述的不凝气抽除装置为液位压差式，由每效一个的均压器串联后与真空泵连接组成，该均压器包括外壳、溢流抽气管，在外壳下部有第一进气口和出气口，在顶端有第二进气口，溢流抽气管竖向置于外壳内，其下端与所述出气口连接，在该溢流抽气管外充满水，每效的均压器出气口与下一效的第一进气口连接，其第二进气口与该效的蒸发器的不凝气出口连接；第一效的均压器第一进气口封闭，末效之后再串联一个均压器，该均压器的出气口与真空泵入口连接，其第二进气口与所述冷凝器的不凝气出口连接。

3、根据权利要求2所述的多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述的蒸发器内的给水均布器为溢流式毛细给水均布器，包括储水槽、溢流管、毛细纤维毡，溢流管垂直均布于储水槽内，其下端与储水槽底部连通，在储水槽底面连接毛细纤维毡，其下面与蒸发器最上面的换热管接触。

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