CN101687668A - 脱盐装置和产生淡水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种脱盐装置，其具有多效蒸发器；多个传热管；除去包含于未处理的原水中的至少一部分结垢组分以产生结垢组分减少的水的结垢组分除去设备；将未处理的原水和结垢组分减少的水的混合物作为原料水供给至所述多个蒸发罐组中位于最上游的第一蒸发罐组中每个蒸发罐的传热管的混合水供给设备；和将通过混合所述浓缩盐水和由所述混合水供给设备所制备的所述混合物而制备的稀释水作为原料水，供给至位置靠近温度较低侧的所述第一蒸发罐组的第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的传热管的稀释水供给设备。

Description

脱盐装置和产生淡水的方法
技术领域
本发明涉及用于产生淡水的脱盐装置的构建。
背景技术
由海水产生可饮用水的已知方法包括：例如在专利文献1和2中所公开的那些。在这些方法中，通过以下步骤产生可饮用的冷凝水：利用纳滤膜将结垢组分从原海水中除去，将所得结垢减少的海水与原海水混合，将所得混合物作为原料水供给到多效蒸发器以蒸馏所述混合物。
专利文献1：日本未经审查的专利公开No.2003-507183
专利文献2：King Abdulaziz City for Science and Technology，沙特***，专利号1000；30/7/2006
发明内容
本发明待解决的问题
包含于通过供给到多效蒸发器来进行处理的水中的结垢组分如硫酸钙，当其温度升高且其溶解度相应降低时，容易沉积在蒸发器中的传热管的表面上。为了防止硫酸钙结垢的沉积，有必要将蒸发器的最高操作温度和未处理水的浓缩倍率值设置为尽可能低。这使得难以有效地产生用于饮用等的纯净水。
如专利文献#1所述，在产生淡水的方法中，不能完全防止蒸发器内的结垢沉积。结果，蒸发器的热效率不利地降低，不能有效地产生可饮用的冷凝水。同时，专利文献#2的一个权利要求涉及利用纳滤预处理的多效蒸馏(MED)或蒸汽压缩蒸馏(VCD)型脱盐体系，而没有对该脱盐体系进行具体描述。
作出本发明以提供基于专利文献2中所要保护体系的多效脱盐装置的具体结构，使得能够有效地产生冷凝水并同时防止结垢沉积。
解决问题的方法
本发明的上述目的可以通过脱盐装置来实现，所述脱盐装置包括：具有多个蒸发罐的多效蒸发器；和通过其传输蒸汽的多个传热管；其中通过将原料水供给至所述多个传热管的外表面以由所述原料水产生蒸汽和浓缩盐水；以将在在前的蒸发罐中产生的蒸汽引入在后的蒸发罐中的所述传热管中的方式将所述多个蒸发罐彼此连接，从而使得所述蒸汽可用作所述在后的蒸发罐的热源；和所述多个蒸发罐分为从上游至下游分别设置的多个组。所述脱盐装置还包括：结垢组分除去设备，其除去包含于未处理的原水中的至少一部分结垢组分以产生结垢组分减少的水；混合水供给设备，其将未处理的原水和结垢组分减少的水的混合物作为原料水，供给至所述多个蒸发罐组中位于最上游的第一蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管；和稀释水供给设备，其将通过混合所述浓缩盐水和由所述混合水供给设备所制备的所述混合物而制备的稀释水作为原料水，供给至位置靠近温度较低侧的所述第一蒸发罐组的第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管。
在该脱盐装置中，所述稀释水供给设备优选构建为将通过混合在所述第一蒸发罐组中产生的浓缩盐水和所述混合物而制备的稀释水，供给至所述第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管。
优选除了所述第一和第二蒸发罐组之外的每个所述蒸发罐组均包括浓缩盐水供给设备，所述浓缩盐水供给设备将在除了所述第一和第二蒸发罐组之外的所述多个蒸发罐组的任一个中产生的浓缩盐水，作为原料水，供给至每个蒸发罐的传热管。
还优选所述稀释水供给设备构建为将通过混合由闪蒸所产生的浓缩盐水、在所述第二蒸发罐组中产生的浓缩盐水、以及由所述混合水供给设备所制备的混合物而制备的稀释水，供给至所述第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管。
所述结垢组分除去设备优选是纳滤膜设备。
本发明的上述目的可以通过一种利用脱盐装置产生淡水的方法来实现，所述脱盐装置包括：多个蒸发罐和通过其传输蒸汽的多个传热管；其中通过将原料水供给至所述多个传热管的外表面以由所述原料水产生蒸汽和浓缩盐水；以将在在前的蒸发罐中产生的蒸汽引入在后的蒸发罐中的所述传热管中的方式将所述多个蒸发罐彼此连接，从而使得所述蒸汽可用作所述在后的蒸发罐的热源；和所述多个蒸发罐分为从上游至下游分别设置的多个组。所述产生淡水的方法包括结垢组分除去步骤，其除去包含于未处理的原水中的至少一部分结垢组分以产生结垢组分减少的水；混合水供给步骤，其将未处理的原水和结垢组分减少的水的混合物作为原料水，供给至所述多个蒸发罐组中位于最上游的第一蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管；和稀释水供给步骤，其将通过混合所述浓缩盐水和在所述混合水供给步骤中制备的所述混合物而制备的稀释水作为原料水，供给至位置靠近温度较低侧的所述第一蒸发罐组的第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管。
发明效果
本发明提供脱盐装置和产生淡水的方法，能够通过在高温下操作脱盐装置处理高浓缩倍率值的未处理水来有效地产生冷凝水且同时防止结垢沉积。
附图说明
图1是显示根据本发明一个实施方案的脱盐装置的示意框图。
图2是显示图1中所示的脱盐装置的蒸发罐的示意框图。
图3是显示图1中所示的脱盐装置的一个改变方案的示意框图。
图4是显示图1中所示的脱盐装置的另一个改变方案的示意框图。
图5是显示图1中所示的脱盐装置的另一个改变方案的示意框图。
图6是显示图6中所示的脱盐装置的另一个改变方案的示意框图。
图7是当通过使用图1中所示的脱盐装置将混合水进行2倍浓缩时的流程图。
图8是当通过使用图1中所示的脱盐装置将混合水进行3倍浓缩时的流程图。
图9是当通过供给混合水至第三蒸发罐组将混合水进行2倍浓缩时的流程图。
图10是当通过供给混合水至第三蒸发罐组将混合水进行3倍浓缩时的流程图。
图11是当通过供给混合水至第五蒸发罐组将混合水进行2倍浓缩时的流程图。
图12是当通过供给混合水至第五蒸发罐组将混合水进行3倍浓缩时的流程图。
附图标记描述
1     脱盐装置
2     蒸发器
2a至2t蒸发罐
3A    第一蒸发罐组
3B    第二蒸发罐组
3C    第三蒸发罐组
3D    第四蒸发罐组
3E    第五蒸发罐组
4     水箱
5     结垢组分除去设备(纳滤膜设备)
6     混合水供给设备
7     稀释水供给设备
8     冷凝器
9      浓缩盐水供给设备
实施发明的最优模式
下文参照附图描述根据本发明的脱盐装置。图1是根据本发明一个实施方案的脱盐装置的示意框图，图2是脱盐装置的蒸发罐的示意框图。应说明，为了促进理解该装置，附图中的每个组件均进行了部分放大或者缩小，因此未显示其实际尺寸。
如图1所示，脱盐装置1包括：容纳海水等未处理的原水的水箱4、除去包含在未处理的原水中的结垢组分的纳滤膜设备5、多效蒸发器2、将通过锅炉(未显示)等产生的高温驱动蒸汽引入蒸发器2中的驱动蒸汽管10、混合水供给设备6、稀释水供给设备7和冷凝器8。
纳滤膜设备5是结垢组分除去设备，其除去包含在水箱4中储存的海水等未处理原水中的至少部分结垢组分例如硫酸钙(CaSO4)，以产生结垢组分减少的水，并且设置在冷凝器8和水箱4之间。纳滤膜设备5具有主要除去二价离子的能力。特别地，优选能有效地除去硫酸根离子的纳滤膜设备5。这种设备使得能够产生结垢组分减少的水，其中从供给到纳滤膜设备的未处理原水(海水)中有效除去结垢组分。
蒸发器2通过串联连接多个蒸发罐(蒸发罐2a至2t)来构建，如图2所示，每个蒸发罐具有：封闭的蒸发室21、间接加热器22和用于喷洒原料水的喷嘴23。蒸发室21的内侧底部用作储存部分浓缩盐水的浓缩盐水储存部24，所述浓缩盐水通过使经由喷嘴23喷射到间接加热器22中的传热管221的外表面上的原料水由于与传热管221的热交换所导致的蒸发而产生。蒸发室21的内侧底部还具有：浓缩盐水入口26a，用于引入在前一蒸发罐中产生的浓缩盐水；和浓缩盐水出口26b，用于将在浓缩盐水储存部24中储存的浓缩盐水排出至在后的蒸发罐。在蒸发室21的顶部上设置有用于将蒸汽排到外部的蒸汽出口25a，所述蒸汽通过与传热管221进行热交换而在传热管221外侧表面上产生。
间接加热器22具有：设置在蒸发室21中的多个传热管221、第一集管(header)222和第二集管223，第一集管222和第二集管223各自连接至所述多个传热管221的任一端。第一集管222具有：蒸汽入口部25b，用于将蒸汽引入传热管221；和冷凝水入口27a，用于引导在另一蒸发罐中的传热管221中产生的冷凝水。第二集管223具有冷凝水出口27b，用于排出在传热管221中通过与传热管221进行热交换而产生的冷凝水。当储存于第一集管222中的冷凝水的量超过预定量时，冷凝水通过最底下的传热管221的内部引入第二集管223。
设置在间接加热器22上方的喷嘴23是用于将原料水喷洒到传热管221外表面上的设备。
如图1所示，蒸发罐以如下方式相互连接：上游蒸发罐中的蒸汽出口25a经由蒸汽管25连接至紧邻的下游蒸发罐的蒸汽入口25b，使得将在上游蒸发罐中产生的蒸汽输入紧邻的下游蒸发罐中的传热管221中作为热源。上游蒸发罐中的浓缩盐水出口26b经由浓缩盐水管26连接至紧邻的下游蒸发罐中的浓缩盐水入口26a，使得将在上游蒸发罐中产生然后储存于浓缩盐水存储部24中的浓缩盐水输入紧邻的下游蒸发罐中的浓缩盐水储存部24。在上游蒸发罐中的冷凝水出口27b经由冷凝水管27连接至紧邻的下游蒸发罐中的冷凝水入口27a，使得将在上游蒸发罐中的传热管221中产生然后储存于第二集管223中的冷凝水输入紧邻的下游蒸发罐中的间接加热器22的第一集管222中。
用于引导由锅炉等产生的驱动蒸汽的驱动蒸汽管10连接至最上游蒸发罐2a中的间接加热器22的第一集管222的蒸汽入口25b。在最上游的蒸发罐2a中，冷凝水入口27a和浓缩盐水入口26a不是必须的。
将蒸汽引导至下文描述的冷凝器8的蒸汽排出管51连接至最下游蒸发罐2p中的间接加热器22的第二集管223的蒸汽出口25a，用于排出冷凝水至外部的冷凝水排出管53连接至冷凝水出口27b。此外，用于将储存的浓缩盐水排出至外部的浓缩盐水排出管54连接至在蒸发室21的底部上形成的浓缩盐水出口26b。
由此构建的蒸发器2中的多个蒸发罐(蒸发罐2a至2t)分成从上游至下游布置的多个组。更具体地，所述多个蒸发罐分成按以下顺序从上游至下游布置的第一蒸发罐组3A、第二蒸发罐组3B、第三蒸发罐组3C、第四蒸发罐组3D和第五蒸发罐组3E。各蒸发罐组3A至3E均构建为具有4个蒸发罐。各蒸发罐组3A至3E中的蒸发罐数目可根据设计条件等来适当地选择。在该结构中，因为将驱动蒸汽引入在第一蒸发罐组3A中最上游处设置的蒸发罐2a，所以第一蒸发罐组3A中的操作温度是五个组中最高的。操作温度从第二蒸发罐组3B向第五蒸发罐组3E降低。各蒸发罐组的蒸发罐中的操作温度从上游向下游降低。
混合水供给设备6将通过利用纳滤膜设备5从未处理原水中除去至少部分结垢组分获得的结垢组分减少的水与从水箱4供给的未处理原水的混合物作为待处理的水，供给到第一蒸发罐组3A的蒸发罐中的传热管，所述第一蒸发罐组3A位于多个蒸发罐组3A至3E中的最上游。该混合水供给设备6具有供给泵(未显示)和混合水供给管61，所述混合水供给管61连接至第一蒸发罐组3A的各蒸发罐2a至2d的喷嘴23。结垢组分减少的水供给管61的一部分构建为穿过设置在冷凝器8中的冷却器部分(未显示)，使得穿过结垢组分减少的水供给管61的结垢组分减少的水用作冷凝供给至冷凝器8的蒸汽的冷却剂。
稀释水供给设备7将通过混合第二蒸发罐组3B(设置为靠近低温侧的第一蒸发罐组3A)中产生的浓缩盐水与通过混合水供给设备制备的混合物而制备的稀释水，作为待处理的水，供给到第二蒸发罐组3B中的蒸发罐2e至2h中的传热管。更具体地，稀释水供给设备7设置有浓缩盐水管71、混合水排出管72和供给泵(未显示)，其中浓缩盐水管71将储存在位于第二蒸发罐组3B最下游处的蒸发罐2h中的浓缩盐水引至第二蒸发罐组3B中的各蒸发罐2e至2h的喷嘴23，混合水排出管72将浓缩盐水管71连接至混合水供给管61并将经由混合水供给设备6供给的部分混合水引至浓缩盐水管71。该结构能够降低待处理水中的结垢组分(例如硫酸钙)的浓度并供给至第二蒸发罐组3B中的蒸发罐2e至2h中的传热管221。
除了第一蒸发罐组3A和第二蒸发罐组3B之外的各蒸发罐组3C、3D和3E具有浓缩盐水供给设备，其将在除了第一蒸发罐组3A和第二蒸发罐组3B之外的任意蒸发罐组中产生的浓缩盐水作为待处理的水供给到各蒸发罐组3C、3D、3E的各蒸发罐。在图1所示的实施方案中，第三蒸发罐组3C中的浓缩盐水供给设备9构建为：将储存在位于第三蒸发罐组3C中最下游侧的蒸发罐2l中的浓缩盐水作为待处理水，供给到第三蒸发罐组3C中的蒸发罐2i至2l。第四蒸发罐组3D中的浓缩盐水供给设备9构建为：将储存在位于第四蒸发罐组3D中最下游侧的蒸发罐2p中的浓缩盐水作为待处理水，供给到第四蒸发罐组3D中的蒸发罐2m至2p。第五蒸发罐组3E中的浓缩盐水供给设备9构建为：将储存在位于第五蒸发罐组3E中最下游侧的蒸发罐2t中的浓缩盐水作为待处理水，供给到第五蒸发罐组3E中的蒸发罐2q至2t。各浓缩盐水供给设备9具有供给泵(未显示)和浓缩盐水供给管91，浓缩盐水供给管91将浓缩盐水引至蒸发罐组3C、3D、3E的各蒸发罐的喷嘴23。
冷凝器8是利用穿过混合水供给管61的混合水来间接冷却从位于多效蒸发器2最下游侧蒸发罐2t的排出部分25a排出的蒸汽以产生冷凝水的设备。所产生的冷凝水经由管52排出到外部。
下文描述利用具有上述结构的脱盐装置1来产生用于可饮用水等的冷凝水的方法。首先将通过锅炉等产生的驱动蒸汽经由驱动蒸汽管10供给到蒸发器2，然后通过混合水供给设备6将通过混合结垢组分减少的水与未处理原水获得的混合水供给到蒸发器2。
将供给到蒸发器2的驱动蒸汽引入位于第一蒸发罐组3A中最上游侧的蒸发罐2a中的传热管221中。将通过混合水供给设备6供给的混合水分配到第一蒸发罐组3A的各蒸发罐2a至2d中的喷嘴23，并且作为待处理水喷洒到蒸发罐2a至2d的传热管221的外表面上。
喷洒到第一蒸发罐组3A中最上游的蒸发罐2a中的传热管221外表面上的混合水与穿过传热管221内部的驱动蒸汽进行热交换。一部分混合水蒸发，并将所得蒸汽作为热源引至最靠近的下游蒸发罐中的蒸发罐2b中的传热管221。而且，在传热管221外表面上未蒸发的混合水变成含盐量和结垢组分浓度增加的浓缩盐水。所得浓缩盐水沿传热管221的外表面向下流动，并随后储存在蒸发室21的底部。然后，浓缩盐水经由浓缩盐水供给管26从浓缩盐水出口26b供给至最靠近的下游蒸发罐2b。而且，穿过传热管221内部的驱动蒸汽通过与喷洒到传热管221外表面上的混合水进行热交换而转变成冷凝水。冷凝水储存在间接加热器22的第二集管223中，然后经由冷凝水管27引至最靠近的下游蒸发罐2b中的间接加热器22的第一集管222。
在设置为邻近第一蒸发罐组3A中下游侧的最上游蒸发罐2a的蒸发罐2b中，在从喷嘴23喷洒到传热管221外表面上的混合水和在最靠近的上游蒸发罐2a中产生并穿过传热管221内部的蒸汽之间进行热交换。该过程产生蒸汽和浓缩盐水，并且还在传热管221中产生冷凝水。在第一蒸发罐组3A的2c、2d中依次进行相同的过程。
下文描述第二蒸发罐组3B的操作。将通过混合储存在位于第二蒸发罐组3B中最下游处的蒸发罐2h中的浓缩盐水和经由混合水混合设备33引入的混合水所制备的稀释水作为待处理水，喷洒到第二蒸发罐组3B中的蒸发罐2e至2h中的传热管221的外表面上。在位于第二蒸发罐组3B中最上游侧的蒸发罐2e中，在喷洒到传热管221外表面上的稀释水和在第一蒸发罐组3A中最下游处的蒸发罐2d中产生并穿过传热管221内部的蒸汽之间进行热交换。该过程产生蒸汽和浓缩盐水以及传热管221中的冷凝水。在位于第二蒸发罐组3B中与最上游蒸发罐2e最靠近的下游处的蒸发罐2f中，在从喷嘴23喷洒到传热管221外表面上的稀释水和在最靠近的上游蒸发罐2e中产生并穿过传热管221内部的蒸汽之间进行热交换。这产生蒸汽和浓缩盐水以及传热管221中的冷凝水。在第二蒸发罐组3B的后续蒸发罐2g和2h中依次进行相同过程。
将储存在位于第三蒸发罐组3C中最下游处的蒸发罐2l中的浓缩盐水喷洒到第三蒸发罐组3C中的蒸发罐2i至2l的传热管221的外表面上。在位于第三蒸发罐组3C中最上游侧的蒸发罐2i中，在喷洒到传热管221外表面上的浓缩盐水和在第二蒸发罐组3B最下游侧的蒸发罐2h中产生并穿过传热管221内部的蒸汽之间进行热交换。这产生蒸汽和含盐量等进一步增加的浓缩盐水以及传热管221中的冷凝水。在位于第三蒸发罐组3C中与最上游蒸发罐2i最靠近的下游侧的蒸发罐2j中，在从喷嘴23喷洒到传热管221外表面上的浓缩盐水和在最靠近的上游蒸发罐2i中产生并穿过传热管221内部的蒸汽之间进行热交换。这产生蒸汽和浓缩盐水以及传热管221中的冷凝水。在第三蒸发罐组3C的其它蒸发罐2k和2l中依次进行相同过程。
在第四和第五蒸发罐组3D和3E中也重复进行与在第三蒸发罐组3C中相同的过程。
在蒸发器2的蒸发罐2a至2t中的传热管221中产生的冷凝水经由冷凝水管27依次引入下游的蒸发罐中。最后，冷凝水经由排水管53从位于蒸发器2最下游处的蒸发罐2t(第五蒸发罐组3E中的最下游蒸发罐)的冷凝水出口27b排出。而且，在蒸发器2中的最下游蒸发罐2t中的传热管221表面上产生的蒸汽经由蒸汽排出管51引至冷凝器8以转化成冷凝水，然后经过管52排出。从蒸发器2排出的冷凝水和从冷凝器8排出的冷凝水可用作可饮用水、工艺用水和用于各种行业如电子行业中的其它应用的水。
储存在蒸发器2中的最下游蒸发罐2t中的浓缩盐水的一部分经由浓缩盐水排出管54从浓缩盐水出口26b排出到外部。
该实施方案的脱盐装置1具有如下结构：其中将具有最低结垢组分浓度的混合水作为待处理的水，供给至在所有的蒸发罐组中操作温度最高的第一蒸发罐组3A的蒸发罐2a至2d(其中诸如硫酸钙的结垢组分在蒸发-冷凝过程中容易沉积)，以获得冷凝水。这可靠地防止结垢沉积在蒸发罐2a至2d中的传热管221等之上。
此外，因为脱盐装置1构建为：将具有低结垢组分浓度的稀释水供给到在第一蒸发罐组3A之后具有第二最高操作温度的第二蒸发罐组3B的蒸发罐2e至2h，所以也可以可靠地防止结垢沉积在第二蒸发罐组3B的蒸发罐2e至2h的传热管等的表面上。
通过可靠地防止结垢沉积在蒸发罐的传热管221等的表面上，可以防止传热管221中传热效率的降低。这实现了用于饮用和其它应用的冷凝水的有效产生。
由于可以防止结垢的沉积，所以能够进一步提高供给到蒸发器2的驱动蒸汽的温度，以在甚至更高的操作温度条件和/或高的浓度条件下操作蒸发罐2a至2t。这允许有效地产生大量冷凝水。此外，由于可以提高蒸发罐2a至2t中的操作温度，所以可以减小蒸发罐2a至2t中的蒸汽的比容。因此，可以减小蒸发罐2a至2t的体积，因此可以减小脱盐装置1的尺寸。
将在第二蒸发罐组3B的蒸发罐2e至2h中进行蒸发-冷凝过程的待处理水的一部分是经由混合水排出管72供给的未处理原水和结垢组分减少的水的混合物。因此，能够将待供给到第一蒸发罐组3A的蒸发罐2a至2d的混合水的流量保持在使蒸发罐2a至2d中的过程可以以最有效的方式进行并同时增加将在整个脱盐装置1中进行淡水产生过程的混合水的流量的水平。结果，可由大量混合水有效地产生用于饮用和其它应用的冷凝水。
上文描述了根据本发明的脱盐装置1的实施方案，但是本发明的具体结构不限于这些实施方案。在该实施方案中，稀释水供给设备7构建为将通过混合第二蒸发罐组3B中产生的浓缩盐水与经由混合水排出管72引入的混合水制备的稀释水，供给到第二蒸发罐组中的蒸发罐的传热管。然而，例如如图3所示，可以构建为将通过混合第一蒸发罐组中产生的浓缩盐水与经由混合水排出管72供给的混合水制备的稀释水，供给到第二蒸发罐组3B中的蒸发罐2e至2h中的传热管。
如图1所示，该实施方案构建为将设置有浓缩盐水供给设备9的蒸发罐组3C、3D和3E中产生和储存的浓缩盐水的一部分作为待处理的水，经由浓缩盐水供给设备9供给到蒸发罐组3C、3D和3E的蒸发罐。然而，本发明不限于该结构。例如，如图3所示，浓缩盐水供给设备9可以构建为：将在蒸发罐组3C、3D和3E的紧邻上游的设置有浓缩盐水供给设备9的蒸发罐组3B、3C和3D的最下游蒸发罐2h、2l、2p中产生和储存的浓缩盐水的一部分，供给到每个蒸发罐。
该实施方案构建为将通过混合浓缩盐水和混合水制备的稀释水仅仅供给到第二蒸发罐组3B的蒸发罐2e至2h；然而，本发明的结构不限于此。例如，当在第三蒸发罐组3C的蒸发罐2i至2l中也存在形成结垢例如硫酸钙的风险时，可以采用其中将通过混合浓缩盐水和混合水制备的稀释水也供给到第三蒸发罐组3C的蒸发罐2i至2l的结构。
在该实施方案中，还可以采用如下结构，其中例如如图4所示，设置预热设备100作为用于加热穿过混合水供给管61的混合水的设备。图4显示了其中利用在第二蒸发罐组3B至第五蒸发罐组3E中的蒸发罐2e至2t中产生的蒸汽作为热源来加热混合水的结构。该结构使得可以有效地升高喷洒到第一蒸发罐组3A中的蒸发罐2a至2d中的传热管221表面上的混合水的温度，并且减小混合水和穿过蒸发罐2a至2d的传热管221的驱动蒸汽之间的温差。这增加了蒸发罐2a至2d中产生的蒸汽量，从而可由混合水有效地产生冷凝水。
或者，该实施方案可具有如下结构：其中设置有反渗透膜设备(RO设备)，使得将已穿过纳滤膜设备5的结垢减少的水作为原料水，供给至反渗透膜设备(RO设备)来产生纯水，同时通过混合利用反渗透膜设备(RO设备)产生的RO盐水和未处理原水来产生混合水，然后将该混合水作为待处理的水供给到第一蒸发罐组3A的蒸发罐2a至2d。这使得也能够由反渗透膜设备产生用于饮用的水，从而实现淡水的有效产生。如果必要的话，还能够将已经通过纳滤膜处理过的海水和RO盐水的额外混合溶液，供给到第一蒸发罐组3A的蒸发罐2a至2d。
在图1所示的实施方案中，当穿过驱动蒸汽管10的驱动蒸汽的压力高至足以压缩在蒸发器2中任一个蒸发罐中产生的蒸汽时，可以采用图5中显示的结构，其中可以在驱动蒸汽管10的流中设置蒸汽再压缩喷射器101并且可以将在蒸发罐中产生的蒸汽的一部分供给至蒸汽再压缩喷射器101。在图5中，将在第一蒸发罐组3A中的最下游蒸发罐2d中产生的蒸汽的一部分经由蒸汽排出管102供给至蒸汽再压缩喷射器101。在该结构中，在蒸发罐2d中产生的蒸汽可用作用于位于蒸发罐2d上游的其它蒸发罐2a至2c的热源。因此，利用较少的蒸发罐可以获得期望的冷凝水(产物水)。通过用蒸发器2的操作温度范围(其对应于最上游蒸发罐2a和最下游蒸发罐2t之间的操作温度差)除以蒸发罐的数目所得的值与相邻蒸发罐之间的操作温度差基本相同。因此，所必要的蒸发罐越少，则相邻蒸发罐之间的操作温度差越大。这种结构允许由混合水有效地产生用于饮用等的冷凝水。与蒸汽排出管102相连的蒸发罐可以根据设计条件等来适当选择。
还可以采用例如图6中显示的结构，其中设置有多个蒸汽再压缩喷射器101，并且将在不同蒸发罐2d、2h中产生的蒸汽供给至多个蒸汽再压缩喷射器101中的一个。将穿过一个蒸汽再压缩喷射器101的驱动蒸汽引入第一蒸发罐组3A中的最上游蒸发罐2a中的传热管211中，并且将穿过另一蒸汽再压缩喷射器101的驱动蒸汽引入第一蒸发罐组3A中除了最上游蒸发罐2a的传热管211之外的那些中。
在该实施方案中，为了防止软结垢如碳酸钙沉积在蒸发罐中，可以在将酸加入未处理的原水如海水之后进行脱碳酸过程。
在该实施方案中，还可以采用以下结构：其中具有将在第一蒸发罐组3A中产生的浓缩盐水导入第二蒸发罐组3B的蒸发罐2e至2h中的闪蒸管和用于使第二蒸发罐组3B的蒸发罐2e至2h的内部减压的减压设备，并且将在第一蒸发罐组3A中产生的浓缩盐水供给到第二蒸发罐组3B的蒸发罐2e至2h以进行闪蒸。该结构可更有效地产生用于饮用和其它应用的冷凝水。当采用这种结构时，稀释水供给设备7将通过闪蒸产生的浓缩盐水、通过与传热管211进行热交换产生的浓缩盐水和包含经由混合水排出管72引入的混合水的稀释水供给到第二蒸发罐组3B中的蒸发罐2e至2h的传热管。
本发明人通过如下文计算溶解度积已证实了上述的效果。当使用具有相同性质的水作为待供给至脱盐装置的原料水时，期望采用在不引起结构沉积的范围内可产生尽可能多的冷凝水(产物水)的液体供给方法。换言之，如果可增加供给到多效蒸发器2的待处理水的浓缩倍率值，则可以更为有效地获得产物水。下文描述通过根据本发明的脱盐装置2和产生淡水的方法来实现的冷凝水(产物水)的有效产生。表1显示通常的未处理原水(未处理海水)、其结垢组分已经通过纳滤膜设备5部分除去的结垢组分减少的水(NF产物水)和RO盐水中的结垢组分的浓度。对于表1中NF产物水的水品质，显示了利用由Dow ChemicalCompany制造的NF膜(XUS-229323)作为纳滤膜设备5，产生的NF水中的结垢组分的浓度。对于RO盐水的水品质，显示了利用由DowChemical Company制造的RO膜(SW30HRLE-400)的反渗透膜设备(RO设备)产生的RO盐水中的结垢组分的浓度。
表1
  结垢组分   未处理的水   NF产物水   RO盐水
  Ca(ppm)   480   180   1025
  SO4(ppm)   3200   100   255
  Cl(ppm)   23000   21000   46740
  TDS(ppm)   102000   33000   77545
利用通过以一定比例混合表1中所示的未处理的海水(未处理的水)、NF产物水和RO盐水所制备的混合水作为经由混合水供给设备6供给到第一蒸发罐组3A中的蒸发罐2a至2d的混合水。特别地，该混合水包含55wt％的未处理的海水(未处理的水)、18wt％的NF产物水和27wt％的RO盐水。由此产生的混合水中的结垢组分的浓度示于表2中。
表2
  结垢组分   混合水
  Ca(ppm)   411
  SO4(ppm)   1849
  Cl(ppm)   29050
  TDS(ppm)   49977
表3示出当利用具有图1所示结构的脱盐装置1由具有表2所示结垢组分浓度的混合水以24000吨/天的速率来产生冷凝水(产物水)时，蒸发罐中的蒸发和操作温度(蒸发温度)。表3显示作为实例的蒸发罐组3A至3E中的最上游蒸发罐2a、2e、2i、2m和2q的蒸发和操作温度(蒸发温度)。如图1中所示，将加热蒸汽供给到第一蒸发罐组3A中的最上游蒸发罐2a，并且蒸发罐中的温度和压力从第一蒸发罐组3A中的最上游蒸发罐2a向第五蒸发罐组3E中的最下游蒸发罐2t逐渐降低。在蒸发罐组3A至3E中，将待处理的水以并行方式供给到各蒸发罐中并且使蒸发罐中的蒸发量相同，因此蒸发罐中传热管表面上的浓缩盐水的浓度也相同。表3中显示的蒸发罐2a、2e、2i、2m和2q是所有蒸发罐组中最容易出现结垢沉积的蒸发罐。
表3
  蒸发罐组  第1蒸发罐组的第1蒸  第2蒸发罐组的第5蒸  第3蒸发罐组的第9蒸   第4蒸发罐组的第13蒸   第5蒸发罐组的第17蒸
  发罐(2a)   发罐(2e)   发罐(2i)   发罐(2m)   发罐(2q)
  蒸发量(kg/h)   50000   50000   50000   50000   50000
  蒸发温度(℃) 125 109 93.5 77.5 61.5
表4显示当具有表2所示结垢组分浓度的混合水在脱盐装置1中进行蒸发-浓缩过程，直至其浓缩倍率值在如表3所示的蒸发条件(即蒸发温度和蒸发量)下变成2或3时，溶解度积的计算结果。图7是当脱盐装置1中的浓缩倍率值为2时的流程图。图8是当脱盐装置1中的浓缩倍率值为3时的流程图。在此处溶解度积的计算中，假定从混合水供给设备6引至稀释水供给设备7的混合水的流量是0。
表4显示蒸发罐中传热管表面上的浓缩溶液的最高浓度(总的溶解固体，TDS)、钙离子和硫酸根离子的溶解度积以及最高可容许溶解度积。当装置运行期间溶解度积超过最高可容许溶解度积时，出现结垢沉积。在此处，基于美国内政部盐水局(United State Department ofInterior，Office of Saline Water)的技术数据手册(OSW 14.16页1A，14.16页1B)，计算图4的图中显示的最高可容许溶解度积的值([Ca]×[SO4])。然而，该数据是通过将(无水)硫酸钙溶解在未处理原水和浓缩盐水中以确定溶解度积的极限来测量的，因此难以直接应用到将结垢组分减少的水和未处理的原水(未处理的原海水)的混合物作为原料水进行处理的情形。当利用氯化物组分的浓度作为参考进行比较时，在比结垢减少的水更为苛刻的条件下获得了美国内政部盐水局的数据。因此，在判定溶解度极限中不存在权宜之计的问题，故而会更安全。为了更精确地评价溶解度积，可以使用原料水的离子强度作为参考。
下面描述表4中的溶解度积的计算。将脱盐装置中浓缩倍率值为2时确定第一蒸发罐组3A中的蒸发罐2a中的溶解度积的方法作为实例进行阐述。根据图7，通过下式可以获得供给到第一蒸发罐组3A中的蒸发罐2a的混合水的流量：(2000吨/小时)/4蒸发罐＝500吨/小时，通过下式可以获得蒸发罐2a中产生的蒸汽流量：(200吨/小时)/4蒸发罐＝50吨/小时。因此，通过下式可以获得蒸发罐2a中的浓缩倍率值(500吨/小时)/(500吨/小时-50吨/小时)＝1.1111。因此，蒸发罐2a中的浓缩盐水的钙组分浓度为411×1.1111＝457ppm，硫酸根离子组分的浓度为1849×1.1111＝2054ppm。因此，通过下式可以获得钙组分含量：457/40/1000＝0.011425摩尔/升(其中40是钙的原子量)，并且通过下式可以获得硫酸根离子组分：2054/96/1000＝0.021396摩尔/升(其中96是硫酸根离子的分子量)。因此，硫酸钙的溶解度积是(钙组分)×(硫酸根离子组分)＝0.011425×0.021396＝0.000244。
表4
Figure G2007800530792D00161
如从表4中显示的结果清楚可见的，在分别位于容易沉积结垢组分的蒸发罐组3A至3E最上游侧的所有蒸发罐2a、2e、2i、2m和2q中的钙离子和硫酸根离子的溶解度积，均低于最高可容许溶解度积。这表明，即使脱盐装置在极高的温度条件例如125℃下运行，也不存在结垢沉积在蒸发罐中的传热管表面和其它部分处的风险。因此，该实施方案的脱盐装置实现了用于饮用和其它应用的冷凝水(产物水)的有效产生。
为了比较，计算将混合水供给到第三蒸发罐组3C中的蒸发罐的情况下和将混合水供给到第五蒸发罐组3E中的蒸发罐的情况下的溶解度积。表5和6示出结果。脱盐装置1中的浓缩倍率值为2或3。图9是在假定脱盐装置1中的浓缩倍率值为2的情况下将将混合水供给到第三蒸发罐组3C中的蒸发罐时的流程图，图10是浓缩倍率值为3时的流程图。图11是是在假定脱盐装置1中的浓缩倍率值为2的情况下将混合水供给到第五蒸发罐组3E中的蒸发罐时的流程图，图12是浓缩倍率值为3时的流程图。
表5
Figure G2007800530792D00172
Figure G2007800530792D00181
表6
Figure G2007800530792D00182
Figure G2007800530792D00191
如从表5和6中显示的结果清楚可见的，在将混合水供给到第三和第五蒸发罐组3C和3E时，在浓缩倍率值为2和3的两种情况下均观察到了结垢在传热管表面上的沉积。这表明，为了有效地产生用于饮用或其它用途的冷凝水(产物水)，控制浓缩倍率值不大于2是必要的。

Claims (6)

1.一种脱盐装置，包括：
具有多个蒸发罐的多效蒸发器；和
通过其传输蒸汽的多个传热管；
其中通过将原料水供给至所述多个传热管的外表面以由所述原料水产生蒸汽和浓缩盐水；
以将在在前的蒸发罐中产生的蒸汽引入在后的蒸发罐中的所述传热管中的方式将所述多个蒸发罐彼此连接，从而使得所述蒸汽可用作所述在后的蒸发罐的热源；和
所述多个蒸发罐分为从上游至下游分别设置的多个组；
所述脱盐装置还包括：
结垢组分除去设备，其除去包含于未处理的原水中的至少一部分结垢组分以产生结垢组分减少的水；
混合水供给设备，其将未处理的原水和结垢组分减少的水的混合物作为原料水，供给至所述多个蒸发罐组中位于最上游的第一蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管；和
稀释水供给设备，其将通过混合所述浓缩盐水和由所述混合水供给设备所制备的所述混合物而制备的稀释水作为原料水，供给至位置靠近温度较低侧的所述第一蒸发罐组的第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管。
2.根据权利要求1所述的脱盐装置，其中所述稀释水供给设备设计为将通过混合在所述第一蒸发罐组中产生的浓缩盐水和由所述混合水供给设备所制备的所述混合物而制备的稀释水，供给至所述第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管。
3.根据权利要求2所述的脱盐装置，其中除了所述第一和第二蒸发罐组之外的每个所述蒸发罐组均包括浓缩盐水供给设备，所述浓缩盐水供给设备将在除了所述第一和第二蒸发罐组之外的所述多个蒸发罐组的任一个中产生的浓缩盐水，作为原料水，供给至同一蒸发罐组的每个蒸发罐的所述传热管。
4.根据权利要求1所述的脱盐装置，还包括闪蒸设备，其将在所述第一蒸发罐组中产生的浓缩盐水供给至所述第二蒸发罐组中的每个蒸发罐以进行闪蒸；和
所述稀释水供给设备构建为将通过混合由闪蒸所产生的浓缩盐水、在所述第二蒸发罐组中产生的浓缩盐水、以及由所述混合水供给设备所制备的混合物而制备的稀释水，供给至所述第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的脱盐装置，其中所述结垢组分除去设备是纳滤膜设备。
6.一种通过利用脱盐装置产生淡水的方法，所述脱盐装置包括：多个蒸发罐和通过其传输蒸汽的多个传热管；
其中通过将原料水供给至所述多个传热管的外表面以由所述原料水产生蒸汽和浓缩盐水；
以将在在前的蒸发罐中产生的蒸汽引入在后的蒸发罐中的所述传热管中的方式将所述多个蒸发罐彼此连接，从而使得所述蒸汽可用作所述在后的蒸发罐的热源；和
所述多个蒸发罐分为从上游至下游分别设置的多个组；
所述产生淡水的方法包括：
结垢组分除去步骤，其除去包含于未处理的原水中的至少一部分结垢组分以产生结垢组分减少的水；
混合水供给步骤，其将未处理的原水和结垢组分减少的水的混合物作为原料水，供给至所述多个蒸发罐组中位于最上游的第一蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管；和
稀释水供给步骤，其将通过混合所述浓缩盐水和在所述混合水供给步骤中制备的所述混合物而制备的稀释水作为原料水，供给至位置靠近温度较低侧的所述第一蒸发罐组的第二蒸发罐组中的每个蒸发罐的所述传热管。
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