CN207175512U - 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，利用热泵循环系统的冷凝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。

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)海水淡化技术是指盐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、第一盐水水泵，第二盐水水泵至第n盐水水泵、第一淡水水泵，第n-1淡水水泵至第n淡水水泵、盐水管道、淡水管道以及抽真空系统，其中n≥2；所述第一换热器换热管束作为热泵的冷凝器，与节流阀、热泵蒸发器换热管束、热泵压缩机依次连通构成热泵循环系统；所述第一盐水水泵至第n盐水水泵的入口并联以后连通于盐水管道，其出口分别与对应的所述第一储液罐至第n储液罐连通；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储液罐内的盐水连通，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储液罐内盐水的上部，第n储液罐内盐水的上部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为冷凝淡水的出口，其分别连接于淡水管道；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；该系统海水淡化工作过程为：第一换热器作为海水淡化的高温热源，热泵蒸发器作为海水淡化的低温热源；需要淡化的盐水经第一盐水水泵至第n盐水水泵分别送入第一储液罐至第n储液罐；第一储液罐内的盐水经第一换热器循环泵抽送到第一换热器管壳内，吸收第一换热器换热管束内制冷剂的热量，部分盐水蒸发变为蒸汽，该气液两相混合物再回到第一储液罐中进行气液分离，产生启动蒸汽，启动蒸汽进入第二换热器换热管束内与从第二储液罐内经第二换热器循环泵送入第二换热器管壳内盐水进行换热，启动蒸汽放热冷凝成淡水；同时盐水吸收蒸汽的热量，部分盐水蒸发为蒸汽，第二换热器管壳内流出的气液两相混合物进入第二储液罐中进行气液分离，第二储液罐内的蒸汽进入到第三换热器换热管束内与其管壳内的盐水进行换热，蒸汽冷凝成淡水，盐水吸收蒸汽热量部分气化，一直至第n-1储液罐中的蒸汽进入第n换热器换热管束内与从第n储液罐内经第n换热器循环泵送入第n换热器管壳内盐水进行换热，蒸汽放热冷凝成淡水，盐水吸收蒸汽的热量，部分盐水蒸发为蒸汽，该气液两相混合物进入第n储液罐中进行气液分离；最后，第n储液罐中的蒸汽进入热泵蒸发器管壳内与热泵循环过程中热泵蒸发器换热管束内的制冷剂进行热交换，蒸汽放热冷凝成淡水。

进一步地，所述第j换热器换热管束的出口与淡水管道之间还设有第j淡水水泵，第j淡水水泵给第j-1储液罐的蒸汽提供抽压力，使其进入第j换热器，其中j=2~n-1；热泵蒸发器管壳的淡水出口与淡水管道之间设有第n淡水水泵。

进一步地，所述第i储液罐上还设有废水出口，用于释放经过多次蒸发的高浓度盐水，其中i=1~n。

进一步地，所述第i储液罐的废水出口出处连接第i废水水泵入口，第i废水水泵出口连接于废水通道，其中i=1~n。

进一步地，所述每个废水水泵出口与废水管道之间分别设有控制废水的进出废水截止阀。

进一步地，所述每个淡水水泵的出口与淡水管道之间分别设有控制淡水的进出淡水截止阀。

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，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浓度检测设备内海水的浓度，当第i浓度检测设备内海水的浓度达到一定值时，通过废水出口排空储液罐内的高浓度海水，其中i=1~n。

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。

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；71、第一盐水水泵；72、第二盐水水泵；7n、第n盐水水泵；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、海水水泵；13、海水预处理设备；14、盐水管道；15、废水管道；16、淡水管道；17、真空泵；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；191、第一淡水截止阀；19n-1、第n-1淡水截止阀；19n、第n淡水截止阀；201、第一废水截止阀；202、第二废水截止阀；20n、第n废水截止阀；21、盐水截止阀。

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、盐水水泵71~7n、淡水水泵81~8n、废水水泵91~9n、海水水泵12、海水预处理设备13、盐水管道14、废水管道15、淡水管道16、淡水截止阀191~19n、废水截止阀201~20n以及盐水截止阀21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。

所述盐水水泵71~7n的入口分别连接于盐水管道14，其出口通过管道与对应的储液罐51~5n的e5端口连接。

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出口分别设有对应的废水截止阀201~20n，废水截止阀201~20n的另一端与废水管道15连接。

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，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的盐水换热小循环。

所述换热器31~3n管壳的出口通过管道连接于储液罐51~5n的e2端口；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的出口连接有淡水截止阀191~19n，淡水截止阀191~19n的另一端连接于淡水管道16，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内盐水的高度，根据设定值通过盐水水泵71~7n进行补充储液罐51~5n内盐水的量；浓度检测设备111~11n用于检测储液罐51~5n内盐水的浓度，当储液罐51~5n内盐水的浓度达到一定值时，废水水泵91~9n和废水截止阀201~20n开启，放空储液罐51~5n内的浓盐水。

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17入口相连，真空泵的出口与大气相连。

所述盐水管道14与海水之间依次设有盐水截止阀21、海水预处理设备13和海水水泵12，海水水泵12从大海中抽取海水送入海水预处理设备13，海水预处理设备13对海水进行预处理，过滤掉海水中的大颗粒杂质得出盐水，供海水淡化系统进行海水淡化。

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管壳内的盐水进行换热，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：海水水泵12，海水水泵12从大海中抽取海水送入海水预处理设备13，海水预处理设备13对海水进行预处理，过滤掉海水中的大颗粒杂质得到盐水；盐水水泵71~7n通过盐水管道14根据水位检测设备101~ 10n的指令不断的抽取经过海水预处理设备13得到的盐水，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内的盐水送入第一换热器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，部分盐水蒸发变为蒸汽，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内的盐水送入第二换热器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送入淡水管道16（完成第一次淡水产出），同时盐水吸收蒸汽的热量，部分盐水蒸发为蒸汽，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，蒸汽进入到下一个换热器换热管束内与管壳内的盐水进行换热，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内的盐水送入第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送入淡水管道16（完成第n-1次淡水产出），同时盐水吸收蒸汽的热量，部分盐水蒸发为蒸汽，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送入淡水管道16（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内盐水的浓度，当储液罐51~5n内盐水的浓度达到一定值时，废水水泵91~9n和废水截止阀201~20n开启，放空储液罐51~5n内的浓盐水，然后盐水水泵71~7n通过盐水管道14抽取经过海水预处理设备13得到的盐水，补充到储液罐51~5n内。

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，关闭淡水截止阀191~19n、废水截止阀201~20n和盐水截止阀21，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，淡水截止阀191~19n、废水截止阀201~20n和盐水截止阀21分别控制淡水、废水和盐水的进出。

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，然后开启海水水泵12，海水水泵12从大海中抽取海水送入海水预处理设备13，海水预处理设备13对海水进行预处理，过滤掉海水中的大颗粒杂质得出盐水。开启盐水水泵71~7n和盐水截止阀21，盐水水泵71~7n通过盐水管道14抽取经过海水预处理设备13得到的盐水，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内的盐水送入换热器31~3n管壳内，在第一换热器31中，第一换热器31管壳内的盐水与第一换热器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管壳内的盐水与换热器32~3n换热管束内蒸汽进行换热，然后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和淡水截止阀191~19n，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管壳内盐水进行热交换，蒸汽放热冷凝成淡水，被淡水水泵81~8n-1送入淡水管道16，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送入淡水管道16。

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 (9)

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、第一盐水水泵，第二盐水水泵至第n盐水水泵、第一淡水水泵，第n-1淡水水泵至第n淡水水泵、盐水管道、淡水管道以及抽真空系统，其中n≥2；所述第一换热器换热管束作为热泵的冷凝器，与节流阀、热泵蒸发器换热管束、热泵压缩机依次连通构成热泵循环系统；所述第一盐水水泵至第n盐水水泵的入口并联以后连通于盐水管道，其出口分别与对应的所述第一储液罐至第n储液罐连通；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储液罐内的盐水连通，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储液罐内盐水的上部，第n储液罐内盐水的上部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为冷凝淡水的出口，其分别连接于淡水管道；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；该系统海水淡化工作过程为：第一换热器作为海水淡化的高温热源，热泵蒸发器作为海水淡化的低温热源；需要淡化的盐水经第一盐水水泵至第n盐水水泵分别送入第一储液罐至第n储液罐；第一储液罐内的盐水经第一换热器循环泵抽送到第一换热器管壳内，吸收第一换热器换热管束内制冷剂的热量，部分盐水蒸发变为蒸汽，该气液两相混合物再回到第一储液罐中进行气液分离，产生启动蒸汽，启动蒸汽进入第二换热器换热管束内与从第二储液罐内经第二换热器循环泵送入第二换热器管壳内盐水进行换热，启动蒸汽放热冷凝成淡水；同时盐水吸收蒸汽的热量，部分盐水蒸发为蒸汽，第二换热器管壳内流出的气液两相混合物进入第二储液罐中进行气液分离，第二储液罐内的蒸汽进入到第三换热器换热管束内与其管壳内的盐水进行换热，蒸汽冷凝成淡水，盐水吸收蒸汽热量部分气化，一直至第n-1储液罐中的蒸汽进入第n换热器换热管束内与从第n储液罐内经第n换热器循环泵送入第n换热器管壳内盐水进行换热，蒸汽放热冷凝成淡水，盐水吸收蒸汽的热量，部分盐水蒸发为蒸汽，该气液两相混合物进入第n储液罐中进行气液分离；最后，第n储液罐中的蒸汽进入热泵蒸发器管壳内与热泵循环过程中热泵蒸发器换热管束内的制冷剂进行热交换，蒸汽放热冷凝成淡水。

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，所述第j换热器换热管束的出口与淡水管道之间还设有第j淡水水泵，第j淡水水泵给第j-1储液罐的蒸汽提供抽压力，使其进入第j换热器，其中j=2~n-1；热泵蒸发器管壳的淡水出口与淡水管道之间设有第n淡水水泵。

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，所述第i储液罐上还设有废水出口，用于释放经过多次蒸发的高浓度盐水，其中i=1~n。

4.根据权利要求3所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述第i储液罐的废水出口出处连接第i废水水泵入口，第i废水水泵出口连接于废水通道，其中i=1~n。

5.根据权利要求4所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述每个废水水泵出口与废水管道之间分别设有控制废水的进出废水截止阀。

6.根据权利要求2所述的一种低温多效海水淡化系统，其特征在于，所述每个淡水水泵的出口与淡水管道之间分别设有控制淡水的进出淡水截止阀。

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，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浓度检测设备内海水的浓度，当第i浓度检测设备内海水的浓度达到一定值时，通过废水出口排空储液罐内的高浓度海水，其中i=1~n。

9.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。