CN207175511U - 一种低温多效海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

一种低温多效海水淡化系统，包括第一换热器、第二换热器、第n换热器、第一储液罐、第二储液罐、第n储液罐、节流阀、热泵压缩机、热泵蒸发器、第一换热器循环泵、第二换热器循环、第n换热器循环泵、第一淡水水泵、第n‑1淡水水泵、第n淡水水泵、第一废水水泵、第二废水水泵、第n废水水泵、海水总管道、废水总管道以及淡水总管道，其中n≥2；本实用新型利用热泵循环系统的冷凝器作为海水淡化的高温热源，人蒸发器作为海水淡化的低温热源，高温热源和低温热源之间设有多级海水淡化系统，整个海水淡化循环在低温差下完成，换热接近卡诺循环，CUP值接近10。

Description

一种低温多效海水淡化系统

技术领域

本实用新型涉及低温多效海水淡化技术领域，尤其是涉及一种低温多效海水淡化系统。

背景技术

沿海工矿企业是耗能和用水大户，如果将这些工矿企业低温余热利用于海水淡化，既合理利用了余热资源，又解决了淡水资源短缺的问题，不失为节能减排、开源节流的重大举措。

低温多效蒸馏(LT-MED)海水淡化技术是指海水的最高蒸发温度约70℃的海水淡化技术，将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效，用一定量的蒸汽输入蒸发器，通过多次的蒸发和冷凝，得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。

目前，低温多效蒸馏海水淡化技术所用的余热均为蒸汽形式，即将工矿企业产生的蒸汽直接供给海水淡化装置，使海水发生低温蒸发和冷凝，从而产生淡水。直接利用蒸汽进行海水淡化存在蒸汽成本高，高压低用造成浪费、海水淡化设备结垢倾向相对较大等问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供了一种低温多效海水淡化系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：一种低温多效海水淡化系统，包括第一换热器，第二换热器至第n换热器、第一储液罐，第二储液罐至第n储液罐、节流阀、热泵压缩机和热泵蒸发器，其特征在于：还包括第一换热器循环泵，第二换热器循环至第n换热器循环泵、第一淡水水泵，第n-1淡水水泵至第n淡水水泵、第一废水水泵，第二废水水泵至第n废水水泵、海水入口水泵、海水总管道、废水总管道以及淡水总管道，其中n≥2；所述第一换热器作为热泵的冷凝器，与节流阀、热泵蒸发器、热泵压缩机依次连通构成热泵循环系统；所述海水入口水泵的入口连接在海水总管道的入口上；所述第一储液罐至第n储液罐分别通过管道与海水总管道连通；所述第一废水水泵至第n废水水泵分别通过管道连接在对应的第一储液罐至第n储液罐和废水总管道之间，用于抽空对应的储液罐内的浓海水；所述第一换热器循环泵至第n换热器循环泵的出口通过管道与对应的第一储液罐至第n储液罐连通，其入口与对应的第一换热器至第n换热器管壳的入口连通，所述第一换热器至第n换热器管壳的出口通过管道连接于对应的第一储液罐至第n储液罐；所述第二换热器至第n换热器换热管束的入口通过管道连接于对应的第一储液罐至第n-1储液罐，第n储液罐连接于热泵蒸发器管壳的入口；第二换热器至第n换热器换热管束的出口连接对应的第一淡水泵至第n-1淡水泵的入口，第n淡水水泵的入口连接于热泵蒸发器管壳的出口；第一淡水泵至第n淡水泵的出口连接于淡水总管道。

进一步地，所述海水入口水泵的出口连接有海水电磁阀或者海水单向阀。

进一步地，所述废水总管道的出口连接有废水电磁阀或者废水单向阀。

进一步地，所述淡水总管道的出口连接有淡水电磁阀或者淡水单向阀。

进一步地，所述第i换热器和热泵蒸发器均采用壳管式换热器，其中i=1~n。

进一步地，所述第i储液罐内设有第i水位检测设备，第i水位检测设备用于检测第i储液罐内海水的高度，根据设定值通过海水水泵补充第i储液罐内海水的量，其中i=1~n。

进一步地，所述第i储液罐内设有第i浓度检测设备，第i浓度检测设备用于检测第i储液罐内海水的浓度，当第i储液罐内海水的浓度达到一定值时，通过第i废水水泵抽空储液罐内的高浓度海水，其中i=1~n。

进一步地，所述的系统还包括所述抽真空系统，抽真空系统分别与各个换热器和热泵蒸发器连接进行抽真空。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：利用热泵循环系统的冷凝器（第一换热器）作为海水淡化的高温热源，热泵循环系统的蒸发器作为海水淡化的低温热源，高温热源和低温热源的温差在30℃~40℃之间，高温热源初次与海水进行换热，产生启动蒸汽，启动蒸汽与第二效海水淡化系统的海水进行热交换冷凝成为淡水，第二效海水淡化系统的海水产生新的蒸汽进入下一个换热器进行换热冷凝，最后一效的蒸汽与热泵循环系统的蒸发器进行换热，冷凝成淡水；整个海水淡化循环在低温差下完成，换热接近卡诺循环，CUP值接近10；另外海水蒸发过程中部分产生蒸汽，蒸汽和海水在换热器内部均匀分布，快速的流动，防止换热器的内部换热管壁的结垢。

附图说明

图1 本实用新型海水淡化系统结构示意图。

图2为图1中储液罐的结构示意图。

图中：1、热泵蒸发器；2、热泵压缩机；31、第一换热器；32、第二换热器；3n、第n换热器； 4、节流阀；51、第一储液罐；52、第二储液罐；5n、第n储液罐；61、第一换热器循环泵；62、第二换热器循环泵；6n、第n换热器循环泵；7、海水入口水泵；81、第一淡水水泵；8n-1、第n-1淡水水泵；8n、第n淡水水泵；91、第一废水水泵；92、第二废水水泵；9n、第n废水水泵；101、第一水位检测设备；102、第二水位检测设备；10n、第n水位检测设备；111、第一浓度检测设备；112、第二浓度检测设备；11n、第n浓度检测设备；12、海水总管道；13、海水单向阀；14、淡水总管道；15、淡水单向阀；16、废水总管道；17、废水单向阀；181、真空泵入口第一截止阀；182、真空泵入口第二截止阀；18n、真空泵入口第n截止阀；18n+1、真空泵入口第n+1截止阀；19、真空泵。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参阅图 1，本实用新型提供了一种低温多效海水淡化系统，包括热泵循环系统以及多效蒸发系统。

热泵循环系统包括第一换热器31 (热泵冷凝器)，第一换热器31换热管束的制冷剂出口与节流阀4的高压入口相连通，节流阀4的低压出口与热泵蒸发器1换热管束的制冷剂入口相连通，热泵蒸发器1换热管束的制冷剂出口与热泵压缩机2的入口相连通，热泵压缩机2的出口与第一换热器31换热管束的制冷剂入口相连通，这样构成热泵循环系统，热泵循环系统内部循环的工质为R22、R134a 或R410a 中的任意一种。

多效蒸发系统包括由换热器31~3n、热泵蒸发器1、储液罐51~5n、换热器循环泵61~6n、海水入口水泵7、淡水水泵81~8n、废水水泵91~9n、海水总管道12、废水总管道16、淡水总管道14、海水单向阀13、淡水单向阀15、废水单向阀17组成的第一效蒸发系统至第n效蒸发系统；其中n是大于1的整数。

所述换热器31~3n和热泵蒸发器1均采用壳管式换热器；所述储液罐51~5n用于对进入储液罐内的物质进行气液分离与储存，储液罐51~5n均有五个外接端口，请参阅图2，储液罐51~5n的五个外接端口分别为e1、e2、e3、e4、e5。

所述海水入口水泵7的入口连接在海水总管道12的入口处，其出口连接有海水单向阀13。每个储液罐51~5n的e5端口分别通过管道并联在海水总管道12上。

所述废水水泵91~9n的入口通过管道分别连接于对应储液罐51~5n的e4端口，穿过e4端口的管道端口位于储液罐51~5n内液体的底部，能够实现对储液罐51~5n内部的液体进行放空，废水水泵91~9n出口分别与废水总管道12连接，废水总管的出口处设有废水单向阀17，放置废水的回流。

所述换热器循环泵61~6n的入口通过管道连接于对应的储液罐51~5n的e3端口，穿过e3端口的管道端口位于储液罐51~5n内液体的下部，换热器循环泵61~6n的出口通过管道与对应换热器31~3n管壳的入口连接，换热器31~3n管壳的出口通过管道连接于储液罐51~5n的e2端口；这样形成一个换热器循环泵61~6n、换热器31~3n管壳和储液罐51~5n的海水换热小循环。

换热器32~3n换热管束的入口通过管道连接于储液罐51~5n-1的e1端口，第n储液罐5n的e1端口连接于热泵蒸发器1管壳的入口；穿过储液罐51~5n-1的e1端口的管道端口位于储液罐51~5n内液体的上部。

所述淡水水泵81~8n的出口分别连接于淡水总管道14，淡水总管道14的出口处设有淡水单向阀15；淡水水泵81~8n-1的入口连接于对应的换热器32~3n换热管束的出口；第n淡水水泵8n的入口连接于热泵蒸发器1管壳的出口。

所述储液罐51~5n内均设有对应的水位检测设备101~ 10n和浓度检测设备111~11n；水位检测设备101~ 10n用于检测储液罐51~5n内海水的高度，根据设定值通过海水入口水泵7进行补充储液罐51~5n内海水的量；浓度检测设备111~11n用于检测储液罐51~5n内海水的浓度，当储液罐51~5n内海水的浓度达到一定值时，废水水泵91~9n开启，抽空储液罐51~5n内的浓海水。

所述换热器31~3n和热泵蒸发器1还留有一个用于抽真空的出口通道，换热器31~3n的出口通道分别与真空泵入口截止阀181~18n入口相连，热泵蒸发器1的出口通道与真空泵入口截止阀18n+1入口相连，真空泵入口截止阀181~18n+1的出口与真空泵19入口相连，真空泵19的出口与大气相连。

所述海水入口水泵7与海水之间还设有海水预处理设备，海水在进入淡化系统之前，先送入海水预处理设备，海水预处理设备对海水进行预处理，过滤掉海水中的大颗粒杂质，然后在进入海水淡化系统进行淡化（图1中未标注出来）。

利用本实用新型实施例提供的海水淡化系统在使用时：

热泵循环过程：制冷剂在热泵压缩机3中被压缩成高温高压气体，进入第一换热器31换热管束内，然后与第一换热器31管壳内的海水进行换热，制冷剂放热被冷凝成液体经节流阀4减压膨胀进入热泵蒸发器1换热管束内，热泵蒸发器1换热管束内的制冷剂吸收热泵蒸发器1管壳内蒸汽的热量成为蒸汽并返回热泵压缩机2，从而完成制冷循环。

海水淡化过程：海水入口水泵7根据对应的储液罐51~5n内水位检测设备101~ 10n的指令不断的抽取海水送入储液罐51~5n内；第一换热器循环泵61抽取第一储液罐51内的海水送入第一换热器31管壳内与第一换热器31换热管束内制冷剂进行换热，吸收制冷剂放出的热量，部分海水蒸发变为蒸汽，该气液两相混合物进入第一储液罐51中进行气液分离，第一储液罐51中的蒸汽在第一淡水水泵81的抽压力下进入第二换热器32换热管束内，第二换热器循环泵62抽取第二储液罐52内的海水送入第二换热器32管壳内与第二换热器32换热管束内的蒸汽进行换热，蒸汽放热冷凝成淡水，经第一淡水水泵81送入淡水总管道14（完成第一次淡水产出），同时海水吸收蒸汽的热量，部分海水蒸发为蒸汽，然后该气液两相混合物进入第二储液罐52中进行气液分离，第二储液罐52内的蒸汽进入到第三换热器33换热管束内与其管壳内的海水进行换热，以此类推，经第n-1淡水水泵8 n-1抽压力，前一个储液罐中的蒸汽进入第n换热器3n换热管束内，同时第n换热器循环泵6n抽取第n储液罐5n内的海水送入第n换热器3n管壳内与第n换热器3n换热管束内的蒸汽进行换热，蒸汽放热冷凝成淡水，经第n-1淡水水泵8 n-1送入淡水总管道14（完成第n-1次淡水产出），同时海水吸收蒸汽的热量，部分海水蒸发为蒸汽，该气液两相混合物进入第n储液罐5n中进行气液分离，第n储液罐5n中的蒸汽经第n淡水水泵8 n抽压力进入热泵蒸发器1管壳内与热泵循环过程中热泵蒸发器1换热管束内的制冷剂进行热交换，热泵蒸发器1管壳内的蒸汽放热冷凝成淡水，经第n淡水水泵8 n送入淡水总管道14（完成第n次淡水产出），从而完成海水淡化过程。

另外，在海水淡化过程中，浓度检测设备111~11n不断检测储液罐51~5n内海水的浓度，当储液罐51~5n内海水的浓度达到一定值时，废水水泵91~9n开启，抽空储液罐51~5n内的浓海水，然后海水入口水泵7重新注入储液罐51~5n内新的海水进行淡化。

结合图1，对本实用新型海水淡化系统的具体运行过程进行进一步的描述：

首先，进行抽真空，打开真空泵入口截止阀181~18n+1，开启真空泵17，将热泵制冷循环系统和多效蒸发系统抽至设定好的真空度，真空泵入口截止阀181~18n+1用于控制每效蒸发系统内的气压。

抽完真空后，关闭真空泵入口截止阀181~18n+1，再关闭真空泵17，然后开启海水入口水泵7，海水入口水泵7通过海水总管道12将需要淡化海水送入储液罐51~5n内。开启热泵压缩机3，开启换热器循环泵61~6n，换热器循环泵61~6n抽取储液罐51~5n内的海水送入换热器31~3n管壳内，在第一换热器31中，第一换热器31管壳内的海水与第一换热器31换热管束内的制冷剂进行换热，在换热器32~3n中，换热器32~3n管壳内的海水与换热器32~3n换热管束内蒸汽进行换热，然后海水的气液两相混合物被送入储液罐51~5n内进行气液分离；开启淡水水泵81~8n，淡水水泵81~8n-1抽取储液罐51~5n-1内的蒸汽进入换热器31~3n换热管束内，蒸汽在换热器31~3n换热管束内与换热器31~3n管壳内海水进行热交换，蒸汽放热冷凝成淡水，被淡水水泵81~8n-1送入淡水总管道14，同时第n淡水水泵8n抽取储液罐5n内的蒸汽进入热泵蒸发器1管壳内，与热泵蒸发器1换热管束内的制冷剂进行热交换，热泵蒸发器1管壳内的蒸汽放热冷凝成淡水，经第n淡水水泵8 n送入淡水总管道14。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低温多效海水淡化系统，包括第一换热器，第二换热器至第n换热器、第一储液罐，第二储液罐至第n储液罐、节流阀、热泵压缩机和热泵蒸发器，其特征在于：还包括第一换热器循环泵，第二换热器循环至第n换热器循环泵、第一淡水水泵，第n-1淡水水泵至第n淡水水泵、第一废水水泵，第二废水水泵至第n废水水泵、海水入口水泵、海水总管道、废水总管道以及淡水总管道，其中n≥2；所述第一换热器作为热泵的冷凝器，与节流阀、热泵蒸发器、热泵压缩机依次连通构成热泵循环系统；所述海水入口水泵的入口连接在海水总管道的入口上；所述第一储液罐至第n储液罐分别通过管道与海水总管道连通；所述第一废水水泵至第n废水水泵分别通过管道连接在对应的第一储液罐至第n储液罐和废水总管道之间，用于抽空对应的储液罐内的浓海水；所述第一换热器循环泵至第n换热器循环泵的出口通过管道与对应的第一储液罐至第n储液罐连通，其入口与对应的第一换热器至第n换热器管壳的入口连通，所述第一换热器至第n换热器管壳的出口通过管道连接于对应的第一储液罐至第n储液罐；所述第二换热器至第n换热器换热管束的入口通过管道连接于对应的第一储液罐至第n-1储液罐，第n储液罐连接于热泵蒸发器管壳的入口；第二换热器至第n换热器换热管束的出口连接对应的第一淡水泵至第n-1淡水泵的入口，第n淡水水泵的入口连接于热泵蒸发器管壳的出口；第一淡水泵至第n淡水泵的出口连接于淡水总管道。

2.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述海水入口水泵的出口连接有海水电磁阀或者海水单向阀。

3.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述废水总管道的出口连接有废水电磁阀或者废水单向阀。

4.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述淡水总管道的出口连接有淡水电磁阀或者淡水单向阀。

5.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述第i换热器和热泵蒸发器均采用壳管式换热器，其中i=1~n。

6.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述第i储液罐内设有第i水位检测设备，第i水位检测设备用于检测第i储液罐内海水的高度，根据设定值通过海水水泵补充第i储液罐内海水的量，其中i=1~n。

7.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述第i储液罐内设有第i浓度检测设备，第i浓度检测设备用于第i储液罐内海水的浓度，当第i储液罐内海水的浓度达到一定值时，通过第i废水水泵抽空储液罐内的高浓度海水，其中i=1~n。

8.根据权利要求1所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述的系统还包括抽真空系统，抽真空系统分别与各个换热器和热泵蒸发器连接进行抽真空。