CN220502834U - 一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海水淡化技术领域，其公开了一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统，包括水泵三、混凝沉淀池、双介质过滤器、保安过滤器、融冰槽、换热器一、结晶器、换热器二、工质泵、洗涤器、水泵一、水泵二、换热器三、中间水箱、高压泵、增压泵、反渗透膜、能量回收装置、后置活性炭、紫外线杀菌器、产水箱；海水预处理后进行冷能梯级回收，经结晶器产生冰晶，洗涤器洗涤冰晶，经融冰槽与海水换热形成冰融水，一部分作为洗涤水回到洗涤器，另一部分经换热器升温后进入反渗透工艺完成海水淡化，将冷冻法与反渗透法相结合，在对LNG冷能进行梯级利用的基础上降低了海水淡化高压泵的能耗和反渗透膜的成本。

Description

一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统

技术领域

本实用新型涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统。

背景技术

淡水资源的紧缺已成为世界性问题，在一些淡水资源丰富的国家或地区，由于人口增长、环境污染，淡水资源也日益短缺，解决这一问题的主要途径有废水回收利用和海水淡化等，由于地球上的海水资源丰富，海水淡化技术成为了解决海水资源匮乏难题极具潜力的技术手段。

冷冻法与反渗透法均为海水淡化技术之一，冷冻法海水淡化包括真空冷冻法、直接冷冻法和间接冷冻法，其中，间接冷冻法具有易于大规模连续生产和制取淡化水的能源消耗低等特点，但得到的冰块中含有一定量的盐分，不符合饮用水的标准，单独使用反渗透法，对于反渗透膜的要求和使用条件有很多限制，为延长反渗透膜的使用寿命，进入反渗透装置的水溶液中又不允许含有会危害膜和造成膜孔堵塞的物质，具有一定的局限性，基于此，本实用新型提出了一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统。

实用新型内容

为解决上述背景中提到的问题，本实用新型提供了一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统，将两级预冷间接冷冻法和反渗透法相结合，提高了海水淡化提取纯净水的纯度，在冷能梯级利用的基础上降低了反渗透的能耗和工艺成本。

为实现上述技术目的，本实用新型所采用的技术方案如下。

一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统，其特征在于：其包括用于接收海水并基于冷冻法与反渗透法结合的方式对海水进行淡化处理的淡化装置；其还包括用于对海水进行过滤的过滤单元，过滤单元的输出端与淡化装置的输入端连接。

进一步的，过滤单元包括水泵三、混凝沉淀池、双介质过滤器以及保安过滤器，水泵三与混凝沉淀池相连接，混凝沉淀池与双介质过滤器相连接，双介质过滤器与保安过滤器相连接，完成过滤工艺流程；

进一步的，淡化装置包括冷冻单元与反渗透单元。

进一步的，冷冻单元包括融冰槽、换热器一、结晶器、换热器二、工质泵、洗涤器、水泵一、水泵二、换热器三以及中间水箱；

过滤单元输出端与融冰槽管程入口相连接，融冰槽管程出口与换热器一相连接，换热器一出口与结晶器入口相连接，结晶器出口与洗涤器冰晶入口相连接，洗涤器冰晶出口与融冰槽壳程入口相连接，融冰槽壳程出口存在两个分流并分别与水泵二入口、换热器三相连接，水泵二出口与洗涤器溶液入口相连接，洗涤器溶液出口与水泵一相连接，水泵一与结晶器入口相连接，换热器三出口与中间水箱入口相连接，完成冷冻工艺流程；

结晶器与换热器二相连接，换热器二出口经工质泵与结晶器相连接，完成制冷子循环。

进一步的，反渗透单元包括高压泵、增压泵、反渗透膜、能量回收装置、后置活性炭、紫外线杀菌器以及产水箱；

中间水箱出口存在两个分流并分别与高压泵、能量回收装置相连接，高压泵出口与反渗透膜相连接，能量回收装置经增压泵与反渗透膜相连接，反渗透膜出口与后置活性炭相连接，后置活性炭与紫外线杀菌器相连接，紫外线杀菌器与产水箱相连接，完成反渗透工艺流程。

进一步的，所述融冰槽吸收海水热量实现一级预冷，所述换热器一进一步吸收海水热量实现二级预冷，所述结晶器使海水形成冰晶和浓海水，所述洗涤器对冰晶进行洗涤净化，所述水泵一将洗涤水输送至结晶器，所述融冰槽吸收海水热量使冰晶融化为融冰水，所述水泵二输送冰融水作为洗涤水进入洗涤器，所述换热器三将冰融水与冷冻水进行换热回收冷能，所述中间水箱暂存来自冷冻工艺的冰融水起到调节峰谷和缓冲作用，完成冷冻工艺流程；

所述冷冻水通过换热器三对冰融水进行冷能回收，再经水泵供应给空调房间；

所述换热器二将冷媒与LNG进行换热制取低温冷媒，所述工质泵输送冷媒进入结晶器，所述结晶器将冷媒与海水进行间接换热使海水产生冰晶，完成制冷子循环；

所述高压泵对来自中间水箱的冰融水进行加压输送，所述能量回收装置通过压力能的传递对冰融水进行加压实现压力能的回收，所述增压泵对加压后的冰融水进行再次加压，所述反渗透膜使冰融水形成淡水和浓盐水，所述后置活性碳吸附淡水中的杂质，所述紫外线杀菌器杀除淡水中的微生物，所述产水箱暂存产品水起到调节峰谷和缓冲的作用，完成整个工艺流程。

进一步的，所述能量回收装置利用正位移原理，直接实现高压海水和低压冰融水间的能量传递，系统工作时，低压冰融水在能量回收装置中先由高压海水直接增压，再经过增压泵的增压后进入反渗透膜组件产出淡水，上述过程是通过降低高压泵的流量来减少能耗。

进一步的，换热器一、换热器二以及换热器三中的冷媒采用R410A，其具有无毒、不易燃、不易爆和对温室效应影响小的特点。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：

1、本申请充分利用了LNG气化时产生的巨大冷能，工艺流程中的冷媒、进口海水和冷冻水对冷能进行了梯级利用。

2、传统的介质过滤技术产水水质较差且不稳定，而本申请中，冷冻工艺流程可进一步提高水质，与传统的反渗透工艺相比，能让更加纯净且盐度更低的冰融水被送入反渗透模块中，延长反渗透膜寿命。

3、本申请中，冷冻工艺流程可一定程度地降低溶液盐浓度，与传统的反渗透工艺相比，对关键设备的要求和损耗更小，可以降低泵的能耗和反渗透膜的成本。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

附图中的标号为：水泵三1、混凝沉淀池2、双介质过滤器3、保安过滤器4、融冰槽5、换热器一6、结晶器7、换热器二8、工质泵9、洗涤器10、水泵一11、水泵二12、换热器三13、中间水箱14、高压泵15、增压泵16、反渗透膜17、能量回收装置18、后置活性炭19、紫外线杀菌器20、产水箱21。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1中，S1至S6表示海水，S10和S13表示冰晶，S11和S12表示洗涤水，S7表示冷媒，S14和S22表示冰融水，S8至S9和S23至S24表示浓海水，S25和S26表示淡水，S27至S28表示LNG(液化天然气)，S29至S30表示冷冻水。该工艺流程包括间接冷冻法和反渗透法，其中该工艺采用两级预冷的间接冷冻法制取盐度较低的冰融水，然后冰融水与冷冻水进行换热升温后进入反渗透工艺做进一步海水淡化。

一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统，包括水泵三1、混凝沉淀池2、双介质过滤器3、保安过滤器4、融冰槽5、换热器一6、结晶器7、换热器二8、工质泵9、洗涤器10、水泵一11、水泵二12、换热器三13、中间水箱14、高压泵15、增压泵16、反渗透膜17、能量回收装置18、后置活性炭19、紫外线杀菌器20、产水箱21，具体的：

参照图1，海水的过滤工艺流程包括依次连接的水泵三1、混凝沉淀池2、双介质过滤器3和保安过滤器4。

其中，海水S1经水泵三1进入混凝沉淀池2去除水中的细微悬浮物后得到海水S2，海水S2依次被双介质过滤器3、保安过滤器4进一步去除悬浮杂质后得到了海水S3，保证了进入冷冻工艺流程的水质合格。

参照图1，冷冻工艺流程包括依次连接的融冰槽5、换热器一6、结晶器7、换热器二8、工质泵9、洗涤器10、水泵一11、水泵二12、换热器三13、中间水箱14。

其中，来自安保过滤器的海水S3进入融冰槽5吸收冷热量实现一级预冷，再经换热器一6实现二级预冷，预冷后的海水S5与来自水泵一11的洗涤水S12汇合得到海水S6，海水S6的其中一部分进入结晶器7形成浓海水S8，再经换热器一6进行换热升温后排出，另外一部分进入结晶器7产生冰晶，得到的冰晶S10进入洗涤器10进行洗涤净化，被净化后的冰晶S13进入融冰槽5融化为冰融水S14；抽出其中一部分冰融水S15经水泵二12进入洗涤器10去除冰晶表面粘附和内部夹带的盐分得到洗涤水S11，洗涤水S11经水泵一11抽取得到洗涤水S12，洗涤水S12与海水S5汇合形成海水S6进入结晶器7重新淡化，另一部分冰融水S16进入换热器三13与冷却水进行换热升温后进入中间水池14。

参照图1，制冷子系统包括依次连接的结晶器7、换热器二8和工质泵9。

其中，冷媒S7在结晶器7与海水进行间接换热为其提供冷能，在冷媒S7吸热升温后进入换热器二8与液化天然气S27进行换热冷却，再经工质泵9回到结晶器7完成整个循环，其中，冷媒可采用R410A，具有无毒、不易燃、不易爆和对温室效应影响小的特点，但不局限于R410A。

冷媒S7通过换热器二8与LNG进行热交换为结晶器7提供冷能，海水S3利用融冰槽5实现一级预冷得到海水S4，海水S4利用结晶器7流出的浓海水S8实现二级预冷，冷冻水S29利用融冰槽5流出的冰融水S16进行冷能回收后可通过管道送入空调房间，从而实现能量梯级利用。

参照图1，反渗透工艺流程包括中间水箱14、高压泵15、增压泵16、反渗透膜17、能量回收装置18、后置活性炭19、紫外线杀菌器20、产水箱21。

其中，升温后的冰融水S17流入中间水箱14，其中一部分冰融水S18经过高压泵15进行加压，另外一部分冰融水S20进入能量回收装置18通过压力能的传递实现压力能的回收，再经过增压泵16进行加压，高压泵15输送的冰融水S19与增压泵16输送的冰融水S21等压混合后进入反渗透膜17，其中冰融水S22的一部分形成浓海水S23进入能量回收装置18，另外一部分形成淡水S25进入后置活性炭19吸附杂质后，再进入紫外线杀菌器20杀除微生物，最后进入产水箱21为城市提供合格淡水S26，完成整个工艺流程。

其中，反渗透膜17是一种半透膜，允许溶剂通过，但会将溶质截留在表面，利用反渗透法，通过施加高于海水渗透压的压力将水分子与盐离子分开，从而产生淡水S25；从反渗透膜17中析出的浓海水S23进入能量回收装置18，利用正位移原理，直接实现高压海水和低压冰融水间的能量传递，从而提升冰融水S20的压力。

其中，冷冻工艺流程所用的冷能完全来自于LNG汽化冷能，成本低廉，并在此基础上大幅的降低了反渗透工艺流程的能耗和成本。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统，其特征在于：其包括用于接收海水并基于冷冻法与反渗透法结合的方式对海水进行淡化处理的淡化装置以及用于对海水进行过滤的过滤单元，过滤单元的输出端与淡化装置的输入端连接；

过滤单元包括水泵三(1)、混凝沉淀池(2)、双介质过滤器(3)以及保安过滤器(4)，水泵三(1)与混凝沉淀池(2)相连接，混凝沉淀池(2)与双介质过滤器(3)相连接，双介质过滤器(3)与保安过滤器(4)相连接；

淡化装置包括冷冻单元与反渗透单元。

2.根据权利要求1所述的一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统，其特征在于：冷冻单元包括融冰槽(5)、换热器一(6)、结晶器(7)、换热器二(8)、工质泵(9)、洗涤器(10)、水泵一(11)、水泵二(12)、换热器三(13)以及中间水箱(14)；

过滤单元输出端与融冰槽(5)管程入口相连接，融冰槽(5)管程出口与换热器一(6)相连接，换热器一(6)出口与结晶器(7)入口相连接，结晶器(7)出口与洗涤器(10)冰晶入口相连接，洗涤器(10)冰晶出口与融冰槽(5)壳程入口相连接，融冰槽(5)壳程出口存在两个分流并分别与水泵二(12)入口、换热器三(13)相连接，水泵二(12)出口与洗涤器(10)溶液入口相连接，洗涤器(10)溶液出口与水泵一(11)相连接，水泵一(11)与结晶器(7)入口相连接，换热器三(13)出口与中间水箱(14)入口相连接，结晶器(7)与换热器二(8)相连接，换热器二(8)出口经工质泵(9)与结晶器(7)相连接。

3.根据权利要求2所述的一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统，其特征在于：反渗透单元包括高压泵(15)、增压泵(16)、反渗透膜(17)、能量回收装置(18)、后置活性炭(19)、紫外线杀菌器(20)以及产水箱(21)；

中间水箱(14)出口存在两个分流并分别与高压泵(15)、能量回收装置(18)相连接，高压泵(15)出口与反渗透膜(17)相连接，能量回收装置(18)经增压泵(16)与反渗透膜(17)相连接，反渗透膜(17)出口与后置活性炭(19)相连接，后置活性炭(19)与紫外线杀菌器(20)相连接，紫外线杀菌器(20)与产水箱(21)相连接。

4.根据权利要求2所述的一种冷能利用与反渗透组合式海水淡化混合工艺系统，其特征在于：换热器一(6)、换热器二(8)以及换热器三(13)中的冷媒采用R410A。