CN207943899U - 一种mvr海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出了一种MVR海水淡化系统,属于海水淡化技术领域。包括新能源发电系统、过滤装置、一级换热器、二级换热器、电加热装置、蒸发器、汽液分离器、MVR蒸汽压缩机等。利用MVR蒸汽压缩机对二次蒸汽进行余热回收利用,采用电加热装置提供启动蒸汽,并在二次蒸汽不足时为MVR蒸汽回收系统提供外部能量,有效提高了MVR系统运行的稳定性、可靠性和效率。同时可充分利用可再生能源,无需外引电源,直接独立安装在海上运行;结合自动控制系统,实现海水淡化系统的免维护及无人值守运行。整个系统具有体积小、成本低、免维护、独立运行、能量需求少、操作简单、节能环保等优点,非常适合于大规模推广应用。

Description

一种MVR海水淡化系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种MVR海水淡化系统,特别是一种基于新能源发电的、利用MVR 技术进行海水淡化的系统。属于海水淡化技术领域。
背景技术
[0002] 随着社会经济的发展,沿海地区和海岛居民的淡水用量与日倶增,淡水缺乏严重, 使得海岛的建设停滞,甚至海岛居民放弃岛屿居住,回迁到内陆生活,造成沿海岛屿荒废。 由于淡水资源日趋紧缺,发展海水淡化技术具有极其深远的意义。传统的单效及多效蒸发 技术需要提供大量生蒸汽,并需配置燃煤锅炉及冷却系统,会造成难以避免的能源消耗和 产生大量的废物排放,同时造成系统整体结构复杂,体积庞大,操作和维护困难,系统效率 较低,运行成本高。
[0003] 总体来说,当前的海水淡化系统存在四方面的问题:一是传统的海水淡化装置的 能源主要来自煤炭和石油等化石燃料,能源消耗高并且污染环境,对于海岛来说,化石燃料 增加了运输成本;二是传统的海水淡化技术的能源利用率低,体现在冷却水的热量流失以 及蒸汽中的大量能量流失;三是目前的海水淡化技术缺乏整体性,产生的大量浓海水直接 排放,没有得到有效利用,与含盐矿物提炼等技术缺乏协同联产利用;四是传统的海水淡化 装置,将产生的浓海水直接排放到海里,长久下去将影响海岛附近海域动植物的繁衍生息, 对海岛附近的海产养殖造成直接的经济损失。
[0004]为了解决传统海水淡化装置的能源消耗问题,中国专利“一种利用风能的蒸汽压 缩海水淡化装置”(申请号:201710076385.3)提出了利用风能的蒸汽压缩海水淡化装置,采 用五效蒸发器,相邻两效的蒸发温度差约为5°C,最后一效的蒸汽温度约为48。(:。虽然该专 利实现了风能的利用,也采用了蒸汽压缩机进行蒸汽回收利用,但是该专利没有加热装置, 一方面系统没有^始外源蒸汽无法启动,另一方面在蒸汽量不足的情况下无法维持蒸发系 统的工作;此外,采用MVR蒸汽压缩技术进行蒸汽回收利用时,只用一效蒸发就可以达到10_ 30效的多效蒸发效果,该专利采用五效,导致了整个系统结构复杂、成本高昂、体积庞大等 诸多缺点。
[0005]为了解决传统的海水淡化技术的能源利用率低问题,中国专利“一种高效MVR集成 化海水淡化装置及海水淡化方法”(申请号:201410546383 • 2)虽然在余热回收方面采用MVR 提高了能源利用率,但是该专利仍然没有加热装置,同时也没有考虑海水蒸发淡化的现场 环境导致的电源难以提供的问题。中国专利“潮汐能太阳能和机械式蒸汽再压缩海水淡化 综合系统”(申请号:2〇151011〇258.1)实现了利用新能源发电对整个系统供电,虽然采用太 阳能板式预热器为补充的海水进行了预热,但是一方面预热温度不足以启动[^!^蒸发系统 运行,另一方面在蒸汽量不足的情况下仍然无法维持蒸发系统的工作。
发明内容
[0006]为了克服现有技术的不足,本实用新型提出了一种MVR海水淡化系统,充分利用可 再生能源如太阳能、风能和潮汐能发电,无需外引电源,可直接独立安装在海上运行;采用 MVR蒸汽压缩回收利用系统,大大减少了能源的浪费,极大地降低了对外部能源的需求,对 可再生能源发电系统的容量要求也随之降低,减少了整体投资;采用MVR单效蒸发,降低了 系统的复杂性和投资成本;采用电加热系统为MVR蒸汽压缩回收利用系统的启动和正常稳 定运行提供外部热源,有效提高了MVR系统运行的稳定性、可靠性和效率,同时结合自动控 制系统,实现海水淡化系统的免维护及无人值守运行。整个系统具有体积小、成本低、免维 护、独立运行、能量需求少、操作简单、节能环保等优点,非常适合于大规模推广应用。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008] 所述的一种MVR海水淡化系统,包括新能源发电系统(1)、进水泵(2)、过滤装置 (3)、一级换热器(4)、二级换热器(5)、电加热装置(6)、蒸发器(7)、汽液分离器(8)、MVR蒸汽 压缩机(9)、冷凝水栗(10)、浓海水出水泵(11)、循环水栗(12)。
[0009] 新能源发电系统(1)为进水泵(2)、电加热装置(6)、MVR蒸汽压缩机(9)、冷凝水泵
[10] 、浓海水出水泵(11)、循环水栗(12)等用电装置提供电能,新能源是清洁、无污染的可 再生能源,采用新能源供电,不需要外引电源,可直接独立安装在海上运行,具有方便、节 能、环保的功效。
[0010] 海水首先经进水泵(2)进入过滤装置(3)过滤,防止大块砂石或者海生物进入系 统,影响系统正常运行,再经一级换热器(4)与冷凝水换热,将冷凝水中的余热回收利用,则 海水温度升高、冷凝水温度降低并成为最终生产出的淡水,随后海水经二级换热器(5)与浓 海水换热将浓海水中的余热回收利用,则海水温度进一步升高,浓海水温度降低后排出,随 后海水经电加热装置(6)加热,进入蒸发器(7),进入循环蒸发过程。
[0011] 海水蒸发后的汽水混合物进入汽液分离器(8),将蒸汽和海水有效分离,蒸汽送给 MVR蒸汽压缩机(9)。
[0012] 由于MVR的理论基础是波义耳定律,即PV/T = K,其含义是一定质量的气体的压强 X体积/温度为常数,也就意味着当气体的体积减小,压强增大时,气体的温度也会随之升 高;根据此原理,当稀薄的二次蒸汽在经体积压缩后其温度会随之升高,从而实现将低温、 低压的蒸汽变成高温高压的蒸汽,则蒸汽部分经MVR蒸汽压缩机(9)压缩后,回送给蒸发器 (7)进行余热回收利用,浓海水部分经浓海水出水泵(11)送给二级换热器(5)进行余热利 用。
[0013] 蒸汽在蒸发器(7)中用于蒸发海水,释放出潜热变为冷凝水,这里的冷凝水就是淡 水,经冷凝水泵(10)送一级换热器(4)进行余热利用。整个过程中,一级换热器(4)、二级换 热器(5)和MVR蒸汽压缩机(9)构成余热回收系统,冷凝水进入一级换热器(4)为海水预热, 浓海水进入二级换热器(5)为海水再次预热,MVR蒸汽压缩机(9)将蒸汽压缩,提高蒸汽温度 和压力后,才能用于蒸发海水,从而有效回收蒸汽中所含大量潜热。
[0014] 循环水泵(12)强制对蒸发器(7)内的海水进行循环蒸发,控制海水的浓度。
[0015] MVR蒸汽压缩回收利用系统在一开始启动时,必须先有蒸汽,所以必须要用电加热 装置(6)对开始的冷海水进行加热使其蒸发;当电加热装置(6)加热海水产生足够的二次蒸 汽,能够维持MVR蒸汽压缩机(9)正常工作时,停止采用电加热装置(6)加热;在理想状态下, MVR蒸汽压缩回收利用系统没有能量损失,仅靠维持MVR蒸汽压缩机(9)运行的电能就可以 使整个系统连续地运行下去。
[0016]但是,实际运行时,MVR蒸汽压缩回收利用系统或多或少总是有能量损失的,仅依 靠维持MVR蒸汽压缩机(9)运行的电能不足以补充这些能量损失,就会导致MVR蒸汽压缩回 收利用系统运行一段时间后,蒸汽量会越来越少,直至停止运行。因此,采用电加热装置(6) 可有效解决这一问题,当MVR蒸汽压缩机(9)循环压缩的蒸汽量不足时,启动电加热装置(6) 补充一部分能量。
[0017]所述系统启动时,由新能源发电系统(1)为进水栗(2)、电加热装置(6)供电,当海 水在蒸发器(7)中开始产生蒸汽时,MVR蒸汽压缩机(9)启动,将产生的二次蒸汽压缩,提高 其温度和压力,送到蒸发器(7)进行余热利用。
[0018] 所述的蒸发器(7)包括进水口(701)、喷淋头(702)、冷凝水出水口(703)、蒸汽入口 (704)、上水箱(705)、列管(706)、加热室(707)、下水箱(708);进水口(701)—端与喷淋头 (702)相连接并置于上水箱(705)内,其另一端与循环水栗(12)—端相连接,循环水泵(12) 的另一端与下水箱(708)相连,同时下水箱(708)与汽液分离器(8)相连,列管(706)排列在 加热室(707)内,接收喷淋头(702)喷洒的海水,安装在加热室(707)上的蒸汽入口(704)与 MVR蒸汽压缩机⑼相连接,电加热装置(6)置于蒸发器(7)的下水箱(708)底部,为待蒸发海 水进行加热,冷凝水出水口(703)置于加热室(707)底部,将冷凝淡水送出。
[0019] MVR蒸发系统启动时,首先海水送入电加热装置(6)中进行加热,直至在下水箱 (708)中产生蒸汽,送往汽液分离器(8)中,循环水栗(12)将待蒸发海水经进水口(701)送入 喷淋头(702),喷淋头(702)将待蒸发海水向列管(706)喷洒;同时MVR蒸汽压缩机(9)将汽液 分离器(8)中的蒸汽进行压缩,压缩后的蒸汽送入蒸发器(7)的加热室(707)内,为列管 (706)内的待蒸发海水进行蒸发。
[0020] 汽液分离器(8)中的浓海水经浓海水出水栗(11)送入二级换热器(5)内,为海水预 热利用,冷凝的淡水经冷凝水栗(10)送出入送一级换热器(4)内,与新进海水交换热量后, 作为最终淡水送出。
[0021] 所述的电加热装置(6)加热功率可调。MVR蒸汽压缩系统在初始启动和维持运行 时,对电加热装置(6)所需的功率不同,初始启动为产生蒸汽,要求电加热装置(6)大功率运 行;随后,MVR蒸汽压缩回收利用系统进入正常工作,为维持其稳定运行,仅需电加热装置 (6)间断或小功率连续运行即可。
[0022]所述的一种MVR海水淡化系统,包括变频驱动装置(13),为MVR蒸汽压缩机(9)供 电,并根据需要通过调节转速调节MVR蒸汽压缩机(9)的排气量。MVR蒸汽压缩机(9) 一般用 变频电机拖动。
[0023] 所述的一种MVR海水淡化系统,包括测控系统(14)、MVR进口温度传感器(15)、MVR 进口压力传感器(16)、MVR出口压力传感器(17)、MVR出口温度传感器(18)、电加热装置出口 温度传感器(19)。测控系统(14)与上述的温度和压力传感器相连,根据测得的各处实时温 度和压力,控制所述系统的运行,实现新能源MVR海水淡化全自动控制。
[0024]所述的一种MVR海水淡化系统,包括储能装置(20),储存新能源发电系统(〇多余 的电能,并在所述系统需要时向外输出电能。所述的系统在启动时、正常运行时需要的能量 是波动的,尤其是在启动时需求的能量较大;新能源发电系统(1)受气候等环境因素影响, 发出的电能也是不稳定的,因此需要采用储能装置(20)进行能量的储存和缓冲。
[0025]与现有技术相比较,本实用新型具有如下优点:
[0026] 1、采用新能源发电系统为海水淡化系统进行供电,充分利用可再生能源如海上太 阳能、海上风能和潮汐能发电,则无需外引电源,可直接独立安装在海上运行,有效降低了 设备投资,还具有节能、环保等优点。
[0027] 2、采用MVR蒸汽压缩回收利用系统,对二次蒸汽进行回收、压缩、再供热,充分利用 蒸汽能量,大大减少了能源的浪费,极大地降低了对外部能源的需求,对可再生能源发电系 统的容量要求也随之降低,减少了整体投资,有效降低海水淡化成本,更加便于新能源发电 系统在海水淡化中的实施。
[0028] 3、采用电加热系统为MVR蒸汽压缩回收利用系统的启动和正常稳定运行提供外部 热源,有效提高了MVR系统运行的稳定性、可靠性和效率,便于实现海水淡化系统的免维护 和无人值守的独立运行,也进一步降低了运行维护成本。
[0029] 4、将冷凝出的淡水与待蒸发的海水进行换热,进一步实现对余热的回收利用,从 而也降低了整个系统对能量的需求。
[0030] 5、采用传感器及测控系统,对MVR蒸汽压缩设备的温度和压力实时测量,保证系统 安全可靠地工作,并进行整个海水淡化系统的全自动控制,操作简单,实现海水淡化系统的 免维护及无人值守运行。
[0031] 6、采用MVR单效蒸发,在保证系统蒸发效率的前提下,降低了系统的复杂性和投资 成本,并减少了整个系统的体积,同时MVR蒸汽压缩回收利用系统对外部能源的需求少,使 得整个海水淡化系统非常适合于大规模推广应用。
附图说明
[0032]图1:新能源MVR海水淡化系统示意图。
[0033]图2:蒸发器结构图。
[0034]图3:新能源发电系统结构图。
[0035]图4:传感器及测控系统结构图。
[0036]图中:1-新能源发电系统、2-进水栗、3-过滤装置、4-一级换热器、5-二级换热器、 6-电加热装置、7-蒸发器、8-汽液分离器、9-MVR蒸汽压缩机、10-冷凝水泵、11-浓海水出水 泵、12-循环水泵、13-变频驱动装置、14-测控系统、15-MVR进口温度传感器、16-MVR进口压 力传感器、17-MVR出口压力传感器、18-MVR出口温度传感器、19-电加热装置出口温度传感 器、20-储能装置、701-进水口、702-喷淋头、703-冷凝水出水口、704-蒸汽入口、705-上水 箱、7〇6_列管、707-加热室、708-下水箱。
具体实施方式
[0037]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明:
[0038]如图1所示,本实用新型的一种MVR海水淡化系统,包括新能源发电系统(1)、进水 泵(2)、过滤装置(3)、一级换热器(4)、二级换热器(5)、电加热装置(6)、蒸发器(7)、汽液分 离器(8)、MVR蒸汽压缩机(9)、冷凝水栗(10)、浓海水出水栗(11)、循环水栗(12)、变频驱动 装置(13)、测控系统(14)、MVR进口温度传感器(15)、MVR进口压力传感器(16)、MVR出口压力 传感器(17)、MVR出口温度传感器(18)、电加热装置出口温度传感器(19)、储能装置(20)。 [0039]例如,约2(TC海水首先经进水泵(2)进入过滤装置(3)过滤,将大块砂石或海生物 过滤掉,再经一级换热器(4)与冷凝水换热,则海水温度升高约至35。(:,随后约35°C海水经 二级换热器(5)与浓海水换热,则海水温度进一步升高约至50 r,随后约5〇°C海水经电加热 装置(6)加热约至8(TC,进入蒸发器(7),进入循环蒸发过程,海水蒸发后的汽水混合物进入 汽液分离器(8),蒸汽部分经MVR蒸汽压缩机(9)压缩后,回送给蒸发器(7)进行余热回收利 用,约65。(:浓海水部分经浓海水出水栗(11)送给二级换热器⑸进行余热利用,浓海水温度 降低约至55°C并作为废水排出。
[0040] 蒸汽在蒸发器(7)中用于蒸发海水,释放出潜热变为冷凝水,温度降低约至7〇°C, 经冷凝水泵(10)送一级换热器(4)进行余热利用,冷凝水温度降低约至4〇°C,并成为最终生 产出的淡水。
[0041] 循环水栗(12)强制对蒸发器(7)内的海水进行循环蒸发,当电加热装置(6)加热海 水产生足够的蒸汽,能够维持MVR蒸汽压缩机(9)正常工作时,停止采用电加热装置(6)加 热,当MVR蒸汽压缩机(9)循环压缩的蒸汽量不足时,启动电加热装置(6)补充一部分能量。 [0042]为进一步说明蒸发系统的工作原理,如图2所示的蒸发器结构图,所述的蒸发器 (7)包括进水口(701)、喷淋头(702)、冷凝水出水口(703)、蒸汽入口(704)、上水箱(705)、列 管(706)、加热室(707)、下水箱(708)。
[0043]电加热装置(6)将下水箱(708)中的待蒸发海水加热约至80°C左右,循环水泵(12) 将80°C海水经进水口(701)送入喷淋头(702),向列管(706)内喷洒,同时MVR蒸汽压缩机(9) 将压缩后的蒸汽送入加热室(707)用于蒸发向列管(706)内的海水,浓海水和新生蒸汽进入 下水箱(708),冷凝水经冷凝水出水口(703)送出,完成海水淡化过程。
[0044]为进一步说明新能源发电系统,如图3所示的新能源发电系统结构图,新能源发电 系统(1)为进水栗(2)、电加热装置⑹、MVR蒸汽压缩机(9)、冷凝水泵(10)、浓海水出水泵 (11)、循环水栗(12)、变频驱动装置(13)提供电能,其中的电加热装置(6)加热功率可调,变 频驱动装置(13)为MVR蒸汽压缩机(9)供电,并根据需要调节MVR蒸汽压缩机(9)的排气量。 [0045]例如,新能源发电系统(1)可为海上太阳能光伏发电系统,作为一种将太阳能转换 成电能直接使用或将电能储存在储存装置(20)蓄电池中的新能源供电系统,通过将太阳能 光伏阵列和其他辅助装置结合起来实现发电过程;结构简单,可直接在海上建立独立的工 作平台,不需要外引电源,应用方便、节能环保,具有很好的实用效果。
[0046] 为保证整个系统的自动化运行和可靠工作,如图4所示的传感器及测控系统结构 图,包括测控系统(14)、MVR进口温度传感器(15)、MVR进口压力传感器(16)、MVR出口压力传 感器(17)、MVR出口温度传感器(18)、电加热装置出口温度传感器(19)。测控系统(14)与上 述的温度和压力传感器相连,根据测得的各处实时温度和压力,控制所述系统的运行,保证 系统安全可靠地工作。
[0047]以上所述仅为本实用新型的较佳实施实例,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 (6)

1. 一种MVR海水淡化系统,其特征在于:包括新能源发电系统(1)、进水栗(2)、过滤装置 (3)、一级换热器(4)、二级换热器(5)、电加热装置(6)、蒸发器(7)、汽液分离器(8)、MVR蒸汽 压缩机(9)、冷凝水泵(10)、浓海水出水栗(11)、循环水泵(I2); 新能源发电系统(1)为进水栗(2)、电加热装置(6)、MVR蒸汽压缩机©)、冷凝水泵(1〇)、 浓海水出水栗(11)、循环水泵(12)提供电能; 海水首先经进水泵(2)进入过滤装置(3)过滤,再经一级换热器(4)与冷凝水换热,则海 7JC温度升高、冷凝水温度降低并成为最终生产出的淡水; 随后海水经二级换热器(5)与浓海水换热,则海水温度进一步升高,浓海水温度降低后 排出; 随后海水经电加热装置(6)加热,进入蒸发器(7),进入循环蒸发过程; 海水蒸发后的汽水混合物进入汽液分离器(8),蒸汽部分经MVR蒸汽压缩机(9)压缩后, 回送给蒸发器(7)进行余热回收利用,浓海水部分经浓海水出水栗(11)送给二级换热器(5) 进行余热利用; 蒸汽在蒸发器(7)中用于蒸发海水,释放出潜热变为冷凝水,经冷凝水栗(1〇)送一级换 热器(4)进行余热利用; 循环水栗(12)强制对蒸发器(7)内的海水进行循环蒸发; 当电加热装置(6)加热海水产生足够的二次蒸汽,能够维持MVR蒸汽压缩机(9)正常工 作时,停止采用电加热装置(6)加热; 当MVR蒸汽压缩机(9)循环压缩的蒸汽量不足时,启动电加热装置(6)补充一部分能量。
2. 根据权利要求1所述的一种MVR海水淡化系统,其特征在于:所述的蒸发器(7)包括进 水口(701)、喷淋头(702)、冷凝水出水口(703)、蒸汽入口(704)、上水箱(705)、列管(706)、 加热室(707)、下水箱(708); 进水口(701)—端与喷淋头(702)相连接并置于上水箱(705)内,其另一端与循环水栗 (12) —端相连接,循环水泵(12)的另一端与下水箱(708)相连,同时下水箱(708)与汽液分 离器(8)相连; 列管(706)排列在加热室(707)内,接收喷淋头(702)喷洒的海水,安装在加热室(707) 上的蒸汽入口(704)与MVR蒸汽压缩机(9)相连接,电加热装置(6)置于蒸发器(7)的下水箱 (708)底部,为待蒸发海水进行加热,冷凝水出水口(703)置于加热室(707)底部,将冷凝淡 水送出。
3. 根据权利要求1所述的一种MVR海水淡化系统,其特征在于:所述的电加热装置(6)加 热功率可调。
4. 根据权利要求1所述的一种MVR海水淡化系统,其特征在于:包括变频驱动装置(13), 为MVR蒸汽压缩机(9)供电,并根据需要通过调节转速调节MVR蒸汽压缩机(9)的排气量。
5. 根据权利要求1所述的一种MVR海水淡化系统,其特征在于:包括测控系统(14)、MVR 进口温度传感器(15)、MVR进口压力传感器(16)、MVR出口压力传感器(17)、MVR出口温度传 感器(18)、电加热装置出口温度传感器(19); 测控系统(14)与上述的温度和压力传感器相连,根据测得的各处实时温度和压力,控 制所述系统的运行。
6. 根据权利要求1所述的一种MVR海水淡化系统,其特征在于:包括储能装置(2〇),储存 新能源发电系统(1)多余的电能,并在所述系统需要时向外输出电能。
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