CN1554589A - 一种高效的蒸馏法海水淡化装置及淡化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充分利用蒸汽的热能，提高装置的热效率高效的蒸馏法海水淡化装置及其淡化方法。本发明蒸馏法海水淡化装置多个蒸发器首尾相连，末效蒸发器连接冷凝器，蒸发器冷凝管束上方的喷淋系统与海水进口相连，蒸发器分别与相应的浓水闪蒸罐和淡水闪蒸罐相连，蒸发器与闪蒸罐之间设置有蒸汽管道和输水管道，末效浓水闪蒸罐连接有浓水平衡罐，末效淡水闪蒸罐连接产品水平衡罐。本发明适合利用火电厂或炼油厂的蒸汽对海水或苦咸水进行淡化。

Description

一种高效的蒸馏法海水淡化装置及淡化方法

                             技术领域

本发明涉及一种海水淡化设备及方法，具体指一种通过海水汽化和冷凝的淡水制取装置和方法。

                            背景技术

蒸馏法海水淡化技术是通过蒸馏过程，将海水蒸发出来的蒸汽冷凝，制造淡水，同时将海水浓缩的过程。

海水淡化蒸馏方法主要多效蒸馏方法。多效蒸馏是利用蒸汽在冷凝管内冷凝使海水在冷凝管外逐级多效蒸发而获取淡水的海水淡化工艺。

现有的利用多效蒸馏方法的海水淡化装置，没有充分利用加热蒸汽的热能，使海水淡化成本的降低受到限制。

                             发明内容

本发明提供了一种高效的蒸馏法海水淡化装置及其淡化方法，其目的是将多级闪蒸与多效两种蒸馏两种工艺方法结合起来，充分利用蒸汽的热能，提高装置的热效率，降低海水淡化的成本。

本发明所涉及的蒸馏法海水淡化装置多个蒸发器首尾相连，末效蒸发器连接冷凝器，蒸发器冷凝管束上方的喷淋系统与海水进口相连，所述蒸发器分别与相应的浓水闪蒸罐和淡水闪蒸罐相连，所述蒸发器与闪蒸罐之间设置有蒸汽管道和输水管道，末效浓水闪蒸罐连接有浓水平衡罐，末效淡水闪蒸罐连接产品水平衡罐。

海水在蒸发器内受热蒸发，多个蒸发器实现多效逐级蒸发。预热的海水在闪蒸罐内多效逐级降压蒸发。

蒸发器连成一排，末效蒸发器连接冷凝器。冷凝器为与蒸发器结构相同的碳钢制圆筒，来自末效蒸发器的热蒸汽在冷凝器内冷凝，并使来自原料水泵的海水预热。

闪蒸罐排列两排，分置于蒸发器两侧。一侧为浓水闪蒸罐，另一侧为淡水闪蒸罐。每效浓水闪蒸罐和淡水闪蒸罐分别于其对应的蒸发器的浓海水出口和淡水出口相连接，使来自蒸发器的浓海水和淡水分别在浓水闪蒸罐和淡水闪蒸罐中降压蒸发。

末效浓水闪蒸罐连接浓水平衡罐，收集来自末效浓水闪蒸罐的浓盐水。

末效淡水闪蒸罐连接产品水平衡罐，收集来自末效淡水闪蒸罐的整个蒸馏装置最终输出淡水产品水。

蒸发器的主要构件包括冷凝管、喷淋系统、淡水箱、捕沫网。冷凝管一端与管板相连，另一端与淡水箱相连。管板、支撑板对冷凝管起支撑作用。淡水箱的上端有接口通过接管与真空抽气接口相连。下端有接口通过接管与淡水出口相连。位于冷凝管束上方的喷淋系统通过接管与海水进口相连。封板与管板形成一个整体，保证蒸发器内管程与壳程形成互不相连的独立空间。蒸发器的右侧安装捕沫网，捕沫网与外壳的内侧相连。捕沫网为双层结构，捕沫网结构为V形板。V形捕沫网可以在较大程度上去除蒸汽中的液滴，保证冷凝水的水质，同时蒸汽的阻力损失比常规捕沫装置小，从而提高淡化设备的效率。

本发明所涉及的高效蒸馏海水淡化方法，其特征是，包括下述步骤：

(1)将所述的高效蒸馏海水淡化装置准备好，

(2)在蒸汽喷射真空泵的作用下，各效蒸发器及冷凝器内部保持负压状态，在蒸发器内部，第一效蒸发器的温度最高为65～75℃，后面各效蒸发器的温度渐次降低，各效之间保持1.5℃～6℃的温差，

(3)海水通过原料水泵输送到冷凝器，在冷凝器内被预热后，一部分海水通过冷却水泵排放，另一部分海水通过效间泵输送到相应蒸发器内蒸发，

(4)海水通过效间泵从末效到首效依次通过；与此同时，蒸汽源通过蒸汽喷射真空泵与中间某效产生的蒸汽混合后，通过首效的管程被冷却，第一效壳程喷淋的海水被蒸发，产生的蒸汽进入第二效管程充当加热蒸汽并在第二效换热被冷凝，如此换热至末效，首效除外，各效均有浓淡水闪蒸罐各一个，首效仅有淡水闪蒸罐。浓盐水自首效排入第二效浓水闪蒸罐，闪蒸产生的蒸汽进入第二效，与此相同，浓盐水依次通过各效浓水闪蒸罐，产生的蒸汽进入各效蒸发器。首效产出的淡水进入首效淡水闪蒸罐，闪蒸产生的蒸汽进入首效，然后淡水与第二效产生的淡水混合进入第二效淡水闪蒸罐，并产生蒸汽进入第二效，与此相同，淡水依次与下一效的淡水混合进入下一效的淡水闪蒸罐，并闪蒸产生蒸汽进入各效。

(5)浓盐水最终进入浓水平衡罐，并由浓水泵排出；淡水最终进入产品水平衡箱，由产品水泵输出。

本发明的工作流程如下：

海水通过原料水泵输送到冷凝器。在冷凝器内被预热后，一部分海水通过冷却水泵排放。另一部分海水通过效间泵输送到相应蒸发器内蒸发。蒸发器蒸发后的浓海水排水通过效间泵输送到蒸发器外。

蒸发器内，蒸汽从左侧进入蒸发器的冷凝管内。海水通过喷淋系统喷洒到冷凝管的表面。由于进入冷凝管内的蒸汽的温度比喷淋的海水温度高，蒸汽将在冷凝管内冷凝为淡水，并自流到淡水箱中，然后通过淡水出口输送到蒸发器外。喷淋到冷凝管外表面的海水在管内蒸汽冷凝放热的作用下蒸发产生饱和二次蒸汽，二次蒸汽通过捕沫网脱除夹带的海水液滴后进入下一效蒸发器。被浓缩的海水通过浓海水出口排出蒸发器外。

第二效蒸发器的工作原理与第一效蒸发器基本相同，区别在与第二效蒸发器的加热蒸汽来源于第一效蒸发器产生的二次蒸汽，第二效蒸发器产生的二次蒸汽输送到第三效蒸发器。后面各效蒸发器的工作原理与第二效蒸发器基本相同。

冷凝器的工作原理与各效蒸发器类似。区别在于冷凝器的喷淋水量较大，足以使二次蒸汽全部冷凝，而海水不发生蒸发，蒸汽冷凝放热全部用于预热海水。

蒸汽喷射真空泵与各效蒸发器及冷凝器6的淡水箱41相连，以抽取不凝性气体，同时保证蒸发器内的负压状态。

在蒸汽喷射循环泵的作用下，蒸发器中产生的二次蒸汽被原料蒸汽抽走，共同作为第一效蒸发器的加热蒸汽。

在蒸汽喷射真空泵的作用下，各效蒸发器及冷凝器内部保持负压状态，在蒸发器内部，第一效蒸发器的温度最高，为65~75℃，后面各效蒸发器的温度渐次降低。各效之间保持1.5℃~6℃的温差。各效的压力接近各自温度对应的水蒸汽饱和压力。

蒸发器的浓海水出口和淡水出口分别与相应的浓水闪蒸罐和淡水闪蒸罐相连。闪蒸罐的主体为圆筒形外壳。外壳的两端用法兰密封。进水口、出水口、蒸汽出口分别与外部管道相连。闪蒸罐的内部安装有封板和导流板。右侧封板上有两个圆孔，下部为进水口，上部为出水口。来水从进水口进入闪蒸罐，在导流板表面呈层状流动，闪蒸后从出水口流出。右侧封板上的进口与出口保证闪蒸罐工作时导流板上侧与下侧都有液体存在，使导流板可以使用较薄的厚度而不致破坏；在闪蒸罐停止工作时，使罐体内的液体全部排出。

浓海水在多效浓水闪蒸罐中发生多级闪蒸过程。第一效蒸发器的浓海水排放到第二效浓水闪蒸罐。第二效浓水闪蒸罐有蒸汽管道与第二效蒸发器的壳程相连，由于第一效蒸发器壳程的温度压力高于第二效蒸发器的壳程，浓海水将在第二效浓水闪蒸罐发生闪蒸，闪蒸出来的蒸汽进入第二效蒸发器的壳程，作为第三效蒸发器的加热蒸汽。第二效蒸发器的浓海水与第二效浓水闪蒸罐的出水汇合，进入第三效浓水闪蒸罐。由于第二效蒸发器壳程的温度压力高于第三效蒸发器的壳程，浓海水将在第三效浓水闪蒸罐发生闪蒸，闪蒸出来的蒸汽进入第三效蒸发器的壳程，作为第三效蒸发器的加热蒸汽。第三效浓水闪蒸罐的出水不再有浓海水汇入，将在以后各效浓水闪蒸罐依次闪蒸。浓盐水最终进入浓水平衡罐，并由浓水泵排出。

淡水在多效淡水闪蒸罐中发生类似于浓海水的多级闪蒸过程。第一效蒸发器的淡水一部分经冷凝水平衡罐被冷凝水返回泵输送给外部的蒸汽发生装置，以保证其水量平衡；其余的部分进入第一效淡水闪蒸罐。第一效淡水闪蒸罐有蒸汽管道与第一效蒸发器的壳程相连，由于第一效蒸发器管程的温度大于其壳程的温度，淡水将在第一效淡水闪蒸罐发生闪蒸，闪蒸出来的蒸汽进入第一效蒸发器的壳程，作为第二效蒸发器的加热蒸汽。第二效蒸发器的淡水与第一效淡水闪蒸罐的出水汇合，进入第二效淡水闪蒸罐。由于第二效蒸发器管程的温度大于其壳程的温度，淡水将在第二效淡水闪蒸罐发生闪蒸，闪蒸出来的蒸汽进入第二效蒸发器的壳程，作为第三效蒸发器的加热蒸汽。如此运行淡水闪蒸罐，接受本效蒸发器的淡水和前效淡水闪蒸罐的出水发生闪蒸。淡水最终进入产品水平衡箱，由产品水泵输出。

本发明结合了多效蒸馏海水淡化工艺与多级闪蒸海水淡化工艺的优点，使产水量可以提高15％。

本发明在冷凝器之前安装了化学电位去除器，延长了装置内冷凝管的寿命。

本发明在蒸发器内部安装V形捕沫装置，提高了产品水水质，提高了设备效率。

本发明适合利用火电厂或炼油厂的蒸汽对海水或苦咸水进行淡化。火电厂或炼油厂可以为淡化装置提供廉价的蒸汽，淡化装置可以为火电厂或炼油厂提供生产用水，也可以向城市供水。

                            附图说明

图1为本发明所涉及的以五效淡化装置为例的海水淡化方法流程图。

图2为本发明所涉及的海水淡化装置蒸发器结构剖面示意图，

图3为本发明所涉及的海水淡化装置蒸发器结构截面示意图，

图4为本发明所涉及的闪蒸罐连接示意图，

图5为本发明所涉及的蒸发器同闪蒸罐连接示意图，

图6为本发明所涉及的海水淡化装置浓水闪蒸罐结构示意图。

                          具体实施方式

为了便于说明，下面以一个五效的装置为例描述技术方案，本发明的海水淡化装置不局限于五效。

如图1所示，本发明主要由第一效～第五效蒸发器1～5，冷凝器6，原料水泵7，化学电位去除器8，蒸汽喷射真空泵9，蒸汽喷射循环泵10，冷凝水返回泵11，效间泵II12，效间泵I13，冷却水泵14，产品水泵15，浓水泵16，冷凝水平衡罐17，第一效～第五效淡水闪蒸罐18～22，产品水平衡罐23，第二效～第五效浓水闪蒸罐24～27，浓水平衡罐28组成。

如图2所示，各效蒸发器的主要组成构件有浓海水出口29，淡水出口30，海水进水接口31，浓水闪蒸蒸汽接口32，淡水闪蒸蒸汽接口33，真空抽汽接口34，循环蒸汽接口35(仅第四效蒸发器)，封板36，管板I37，支撑板I38，支撑板II39，管板II40，淡水箱41，冷凝管42，外壳43，捕沫网44，喷淋系统45。冷凝器6没有捕沫网43，其余部分与各效蒸发器相同。

装置的工作原理如下：

在蒸汽喷射真空泵10的作用下，各效蒸发器1～5及冷凝器6内部保持负压状态。在蒸发器内部，第一效蒸发器1的温度最高，为65～75℃，蒸发器5的温度最低，为40～45℃。各效之间保持1.5℃～6℃的温差。各效的压力接近自温度对应的水蒸汽饱和压力。

在第一效蒸发器1内，蒸汽喷射循环泵出口的蒸汽从左侧进入蒸发器的冷凝管42的管内。冷凝管42的一端与管板I37相连，另一端与管板II40相连。海水通过喷淋系统45喷洒到冷凝管42的表面。由于进入冷凝管42内的蒸汽的温度比喷淋的海水的温度高，蒸汽将在冷凝管42内冷凝为淡水，并自流到淡水箱41中，然后通过淡水出口31输送到第一效蒸发器外。喷淋到冷凝管42外表面的海水在管内蒸汽冷凝放热的作用下蒸发产生饱和二次蒸汽，二次蒸汽通过捕沫网44除掉夹带的海水液滴后进入第二效蒸发器。被浓缩的海水通过浓海水出口29排出蒸发器外。

第二效蒸发器2的工作原理与第一效蒸发器1基本相同，区别在与第二效蒸发器2的加热蒸汽来源于第一效蒸发器1产生的二次蒸汽，第二效蒸发器2产生的二次蒸汽输送到第三效蒸发器3。后面各效蒸发器的工作原理与第二效蒸发器2基本相同。

冷凝器6的工作原理与各效蒸发器类似。区别在于冷凝器6的喷淋水量较大，足以使第五效蒸发器5产生的二次蒸汽全部冷凝，而海水不发生蒸发，蒸汽冷凝放热全部用于预热海水。

第四效蒸发器有蒸汽循环接口35，通过法兰与蒸汽喷射循环泵10相连。蒸汽喷射循环泵10使用外界输入的蒸汽(通常高于100℃)抽取第四效蒸发器4壳程的低压蒸汽，增加进入第一效蒸发器1的蒸汽量，同时保证进入第一效蒸发器1的蒸汽温度为65～75℃。

蒸汽喷射真空泵与各效蒸发器及冷凝器6的淡水箱41相连，以抽取不凝性气体，同时保证蒸发器内的负压状态。

海水通过原料水泵7输送到冷凝器6。在冷凝器6内被预热后，一部分海水通过冷却水泵14排放。另一部分海水通过效间泵I13输送到第三效～第五效蒸发器3～5。第三效～第五效的浓海水排水通过效间泵II12输送到第一效蒸发器1与第二效蒸发器2。

浓海水在第二效浓水闪蒸罐～第五效浓盐水闪蒸罐24～27发生多级闪蒸过程。第一效蒸发器1的浓海水排放到第二效浓水闪蒸罐24。第二效浓水闪蒸罐24有蒸汽管道与第二效蒸发器2的壳程相连，由于第一效蒸发器1壳程的温度压力高于第二效蒸发器2的壳程，浓海水将在第二效浓水闪蒸罐24发生闪蒸，闪蒸出来的蒸汽进入第二效蒸发器2的壳程，作为第三效蒸发器3的加热蒸汽。第二效蒸发器2的浓海水与第二效浓水闪蒸罐24的出水汇合，进入第三效浓水闪蒸罐25。由于第二效蒸发器2壳程的温度压力高于第三效蒸发器3的壳程，浓海水将在第三效浓水闪蒸罐25发生闪蒸，闪蒸出来的蒸汽进入第三效蒸发器3的壳程，作为第三效蒸发器3的加热蒸汽。第三效浓水闪蒸罐25的出水不再有浓海水汇入，将在第四效浓水闪蒸罐26、第五效浓水闪蒸罐27依次闪蒸。浓盐水最终进入浓水平衡罐28，并由浓水泵排出。

淡水在第一效淡水闪蒸罐～第五效淡水闪蒸罐18～22中发生类似于浓海水的多级闪蒸过程。第一效蒸发器1的淡水一部分经冷凝水平衡罐17被冷凝水返回泵输送给外部的蒸汽发生装置，以保证其水量平衡；其余的部分进入第一效淡水闪蒸罐18。第一效淡水闪蒸罐18有蒸汽管道与第一效蒸发器1的壳程相连，由于第一效蒸发器1管程的温度大于其壳程的温度，淡水将在第一效淡水闪蒸罐18发生闪蒸，闪蒸出来的蒸汽进入第一效蒸发器1的壳程，作为第二效蒸发器2的加热蒸汽。第二效蒸发器2的淡水与第一效淡水闪蒸罐18的出水汇合，进入第二效淡水闪蒸罐19。由于第二效蒸发器2管程的温度大于其壳程的温度，淡水将在第二效淡水闪蒸罐19发生闪蒸，闪蒸出来的蒸汽进入第二效蒸发器2的壳程，作为第三效蒸发器3的加热蒸汽。第三效淡水闪蒸罐～第五效淡水闪蒸罐20～22与第二效淡水闪蒸罐19类似，接受本效蒸发器的淡水和前效淡水闪蒸罐的出水发生闪蒸。淡水最终进入产品水平衡箱22，由产品水泵14输出。

如图1所示，在原料水泵7与冷凝器6之间，安装一个化学电位去除器8。化学电位去除器8的作用是去除海水中的重金属离子，减缓海水对装置中冷凝管的腐蚀。化学电位去除器由外壳和其内部的填料组成。填料可选用纯铝或铝合金等的拉西环填料，其材质应比冷凝管的金属活泼。海水通过进水口进入化学电位去除器8，其重金属离子与填料置换而得到去除，处理后的海水通过出水口排出。海水在化学电位去除器8内的水力停留时间应大于10s，以保证去除效果。对化学电位去除器8的出水进行监测，当重金属离子的去除率小于80％时，更换填料。

如图2与图3所示，各效蒸发器的内部结构基本相同。蒸发器的外壳为碳钢制作的圆筒，各效蒸发器及冷凝器之间使用法兰连接。冷凝管42呈正三角形排列，一端与管板I37相连，另一端与管板II40，管板I37与支撑板I38对冷凝管42起支撑作用。淡水箱41的上端有接口通过接管与真空抽汽接口34相连，下端有接口通过接管与淡水出口30相连。位于冷凝管束上方的喷淋系统45通过接管与海水进水接口31相连。封板36与管板I37形成一个整体，保证蒸发器内管程与壳程形成互不相连的独立空间。

如图2所示，蒸发器的右侧安装捕沫网44，捕沫网44与外壳43的内侧相连。捕沫网44为双层结构，捕沫结构为V形板。V形板单边的长度为50～80mm，相邻两块V形板的距离为40～60mm。V形捕沫网可以在较大程度去除蒸汽中的液滴，保证冷凝水的水质，同时蒸汽的阻力损失比常规捕沫装置小，从而提高淡化设备的效率。

图4与图5表示了闪蒸罐(平衡罐)与蒸发器(冷凝器)的安装方式。图4与图5表示了第二效蒸发器2和第三效蒸发器3与对应的闪蒸罐的安装方式，其它蒸发器(冷凝器)与闪蒸罐(平衡罐)的安装方式与此相同。各效蒸发器(冷凝器)由两个蒸发器鞍式支座46承重，两个蒸发器鞍式支座的两侧各焊接一个闪蒸罐支撑梁47，闪蒸罐支撑梁47与闪蒸罐(平衡罐)之间通过闪蒸罐鞍式支座相连。

图6表示了闪蒸罐的结构。闪蒸罐的主体为圆筒形外壳56。外壳56的两端用法兰57密封。进水口53，出水口54，蒸汽出口52分别与外部管道相连。闪蒸罐的内部安装有有封板55，导流板49。右侧封板上有两个圆孔，下部为进口51，上部为出口50。来水从进水口53进入闪蒸罐，在导流板49表面呈层状流动，闪蒸后从出水口54流出。右侧封板上的进口51与出口50保证闪蒸罐工作时导流板49上侧与下侧都有液体存在，使导流板49可以使用较薄的厚度而不致破坏；在闪蒸罐停止工作时，使罐体内的液体全部排出。

Claims (5)

1.一种高效蒸馏海水淡化装置，多个蒸发器首尾相连，末效蒸发器连接冷凝器，蒸发器冷凝管束上方的喷淋系统与海水进口相连，其特征是，所述蒸发器分别与相应的浓水闪蒸罐和淡水闪蒸罐相连，所述蒸发器与闪蒸罐之间设置有蒸汽管道和输水管道，末效浓水闪蒸罐连接有浓水平衡罐，末效淡水闪蒸罐连接产品水平衡罐。

2.根据权利要求1所述的蒸馏海水淡化装置，其特征是，所述所述蒸发器设置有V型捕沫网。

3.根据权利要求1所述的蒸馏海水淡化装置，其特征是，所述浓水闪蒸罐和淡水闪蒸罐设置有导流板。

4.根据权利要求1所述的蒸馏海水淡化装置，其特征是，所述冷凝器连接有化学电位去除器。

5.一种高效蒸馏海水淡化方法，其特征是，包括下述步骤：

(1)将权利要求1所述的装置准备好，

(2)在蒸汽喷射真空泵的作用下，各效蒸发器及冷凝器内部保持负压状态，在蒸发器内部，第一效蒸发器的温度最高为65～75℃，后面各效蒸发器的温度渐次降低，各效之间保持1.5℃～6℃的温差，

(3)海水通过原料水泵输送到冷凝器，在冷凝器内被预热后，一部分海水通过冷却水泵排放，另一部分海水通过效间泵输送到相应蒸发器内蒸发，

(4)海水通过效间泵从末效到首效依次通过；与此同时，蒸汽源通过蒸汽喷射真空泵与中间某效产生的蒸汽混合后，通过首效的管程被冷却，第一效壳程喷淋的海水被蒸发，产生的蒸汽进入第二效管程充当加热蒸汽并在第二效换热被冷凝；如此换热至末效，首效除外；浓盐水自首效排入第二效浓水闪蒸罐，闪蒸产生的蒸汽进入第二效，与此相同，浓盐水依次通过各效浓水闪蒸罐，产生的蒸汽进入各效蒸发器；首效产出的淡水进入首效淡水闪蒸罐，闪蒸产生的蒸汽进入首效，然后淡水与第二效产生的淡水混合进入第二效淡水闪蒸罐，并产生蒸汽进入第二效，与此相同，淡水依次与下一效的淡水混合进入下一效的淡水闪蒸罐，并闪蒸产生蒸汽进入各效；

(5)浓盐水最终进入浓水平衡罐，并由浓水泵排出；淡水最终进入产品水平衡箱，由产品水泵输出。

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