CN102381734A - 一种低温多效蒸馏海水淡化***及淡化海水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温多效蒸馏海水淡化***及淡化海水的方法，提高低温多效蒸馏海水淡化***的性能，该***包括：至少两效串联的蒸发器，与末效蒸发器连接的降膜冷凝器，与首效蒸发器和其余任意一效蒸发器分别连接的热泵装置，与所述首效蒸发器和所述降膜冷凝器分别连接的抽真空装置，以及与所述降膜冷凝器并联的强制冷凝器，辅助所述降膜冷凝器冷凝所述末效蒸发器产生的二次蒸汽。

Description

一种低温多效蒸馏海水淡化***及淡化海水的方法

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，特别涉及一种低温多效蒸馏海水淡化***及淡化海水的方法。

背景技术

低温多效蒸馏海水淡化技术是指海水的最高蒸发温度低于70℃的淡化技术，其特征是将一系列的蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。

在低温多效蒸馏过程中，进料海水在冷凝器内被预热和脱除不凝气，海水在蒸发器内气化时会释放一定量的不凝气，另外在真空运行环境下空气也会漏入蒸发器成为不凝气。这些不凝气体的存在，影响热传导效率并引起腐蚀，因此这些不凝气和少量水蒸气必需由抽真空装置从***中去除，以维持和保证***运行的真空度。

传统的去除海水中不凝气的方法有多种，其中，一种方法包括：进料海水不脱气进入蒸发器，大量不凝气在各蒸发器脱气，即抽真空装置直接与蒸发器连接，抽出不凝气。这就要求蒸发器的换热管必须采用高耐腐蚀、高热传导系数的材质，并且，还需采用抽气容量巨大的抽真空装置，另外***抽气点的设置也比较复杂，这样就造成设备投资和运行成本急剧增加。

另一种方法是采用降膜冷凝器对进料海水进行预热和脱气，此种方法进料海水的预热和脱气量减小，***耗电量也减小，蒸发器的换热管也不必采用高耐腐蚀、高热传导系数的材质。但此种方法为了冷凝末效蒸发器的全部蒸汽，仍需要通入过量的进料海水进入降膜冷凝器。这样，大量进料海水被加热后形成一部分料液只能外排，造成了物料和热量的很大浪费。因此，该低温多效蒸馏海水淡化***不能灵活适应海水温度变化。同时因为是过量的进料海水在降膜冷凝器内脱气，***内不凝气量仍然偏大。

可见，现有的低温多效蒸馏海水淡化***去除海水中不凝气的成本高，***复杂，造成了资源的浪费，因此，还需进一步提高低温多效蒸馏海水淡化***的性能。

发明内容

本发明实施例提供一种低温多效蒸馏海水淡化***及淡化海水的方法，用以节省低温多效蒸馏海水淡化***去除海水中不凝气过程中使用的资源，提高低温多效蒸馏海水淡化***的性能。

本发明实施例提供一种低温多效蒸馏海水淡化***，包括：至少两效串联的蒸发器，与末效蒸发器连接的降膜冷凝器，与首效蒸发器和其余任意一效蒸发器分别连接的热泵装置，与所述首效蒸发器和所述降膜冷凝器分别连接的抽真空装置，以及与所述降膜冷凝器并联的强制冷凝器，辅助所述降膜冷凝器冷凝所述末效蒸发器产生的二次蒸汽。

本发明实施例提供一种低温多效蒸馏海水淡化***淡化海水的方法，该低温多效蒸馏海水淡化***中的降膜冷凝器与强制冷凝器并联后，与至少两效串联的蒸发器中的末效蒸发器连接，该方法包括：

所述降膜冷凝器对从所述末效蒸发器输入的二次蒸汽进行冷凝生成产品水，并利用冷凝过程释放的潜热对换热管外的进料海水进行预热，对预热后的海水进行脱气形成进料液并输入所述至少两效串联的蒸发器中；

所述强制冷凝器利用冷却介质对从所述末效蒸发器输入的二次蒸汽进行冷凝生成产品水，其中，所述冷却介质包括：循环冷却水或海水。

本发明实施例中，在低温多效蒸馏海水淡化***增加强制冷凝器，该强制冷凝器与降膜冷凝器并联后，与末效蒸发器连接，这样，根据进料海水温度的变化，末效蒸发器产生的二次蒸汽可分两股分别进入降膜冷凝器和强制冷凝器，进入降膜冷凝器的二次蒸汽只需要用***所需量的进料海水冷凝，剩余二次蒸汽由强制冷凝器用已有的冷却介质进行冷凝，这样就降低了***进料海水量，避免了用过量进料海水对末效蒸发器产生的全部二次蒸汽进行冷凝，节省低温多效蒸馏海水淡化***去除海水中不凝气过程中使用的资源，提高低温多效蒸馏海水淡化***的性能。

附图说明

图1为本发明实施例中低温多效蒸馏海水淡化***的架构图。

图中标号说明：

1～9-蒸发器；10-降膜冷凝器；11-强制冷凝器；

12～19-浓盐水闪蒸罐；20-浓盐水缓冲罐；21～28-产品水闪蒸罐；29-产品水缓冲罐；30-冷凝水缓冲罐；

31-抽真空装置；32-热泵装置；33-进料海水泵；

34～35-浓盐水泵；36-冷凝水泵；37-产品水泵；38-浓盐水泵；

39-浓盐水换热器；40-产品水换热器；

41-进料海水；42-降膜冷凝器与强制冷凝器连接管

具体实施方式

本发明实施例中，在低温多效蒸馏海水淡化***增加强制冷凝器，该强制冷凝器与降膜冷凝器并联后，与末效蒸发器连接，这样，末效蒸发器产生的二次蒸汽可以由降膜冷凝器和强制冷凝器共同冷凝。其中，降膜冷凝器只需利用进料海水对从末效蒸发器输入的二次蒸汽进行冷凝，而剩余的二次蒸汽由强制冷凝器采用已有的冷却介质进行冷凝，该已有的冷却介质包括循环冷却水或海水。这样，就降低了***进料海水量，避免了用过量进料海水对末效蒸发器产生的全部二次蒸汽进行冷凝。

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

参见图1，本实施例中，低温多效蒸馏海水淡化***，包括9效蒸发器1～9，其中蒸发器分为3个效组，第1～2效为第1效组，第3～5效为第2效组，第6～9效为第3效组。1～9效蒸发器串联，即前一效的蒸发器的壳体与后一效的蒸发器的换热管束连接，并且，前一效的蒸发器的蒸发温度大于后一效的蒸发器的蒸发温度，第一效蒸发器的蒸发温度不超过70摄氏度。

第9效蒸发器9即为末效蒸发器，与降膜冷凝器10相连，强制冷凝器11与降膜冷凝器10并联后，与末效蒸发器连接。

一般，末效蒸发器与降膜冷凝器连接的通道上少有一、二，或多个管口，强制冷凝器的蒸汽通道通过管口与末效蒸发器连接。较佳地，末效蒸发器与降膜冷凝器接的通道有1-6个管口，从而，强制冷凝器有1-6根管道和末效蒸发器与降膜冷凝器之间连接的通道连接。

这里，强制冷凝器11与通道之间通过3根管道42相连。

以图1为例，降膜冷凝器10和强制冷凝器11都采用管壳式换热器。降膜冷凝器10为主冷凝器，强制冷凝器11为辅冷凝器。即强制冷凝器11，辅助降膜冷凝器10冷凝末效蒸发器9产生的二次蒸汽。

进料海水41根据温度是否通过浓盐水换热器39和产品水换热器40进行换热后，以固定温度进入降膜冷凝器10。降膜冷凝器10采用管壳式换热器，该管壳式换热器包括：壳体，位于壳体内的双层排布的换热管束，位于换热管束上方的喷淋装置，位于换热管束两端的管箱收集冷凝的产品水，位于换热管束下方的收集盘收集进料液。

进料海水41被预热到固定温度并脱气，进料海水变成蒸发器1～9所需的进料液。

进料液加入阻垢剂之后，由进料海水泵33打到第3效组的蒸发器6～9，从蒸发器6～9的喷淋装置中喷淋出进料液，完成蒸发过程后，被浓缩的剩余料液用浓盐水泵34打入到第2效效组蒸发器3～5中，在第2效效组中又重复了上述的喷淋和蒸发过程。剩余的料液由浓盐水泵35接着往前打到第1效组，直到最后以浓缩液的形式离开该效组。

热泵装置32与第1效蒸发器连接，抽取动力蒸汽进入第1效蒸发器1中，这里，热泵装置32还与第6效蒸发器连接，这样，从6效蒸发器6抽吸低压蒸汽后与动力蒸汽混合形成生蒸汽进入第1效蒸发器1换热管内。

第1效效蒸发器1，即首效蒸发器的换热管内输入生蒸汽后，利用换热管外的进料液对管内的生蒸汽进行冷凝，生成冷凝水，被引入冷凝水缓冲罐30中。于此同时，冷凝过程释放的潜热使得管外也产生了与冷凝量基本相同的蒸发，即冷凝过程释放的潜热对换热管外的进料液进行蒸发形成二次蒸汽。由于，前一效的蒸发器的壳体与后一效的蒸发器的换热管束连接，因此，形成的二次蒸汽在穿过浓盐水液滴分离器以保证蒸馏水的纯度之后，又引入第到2效蒸发器2的换热管内。

第2效蒸发器2对换热管内输入的二次蒸汽进行冷凝生成产品水，并且冷凝过程释放的潜热对换热管外的进料液进行蒸发形成二蒸汽，将该二次蒸汽引入到第3效蒸发器3的换热管内。

依次类推，这种蒸发和冷凝过程沿着串联的蒸发器的各效一直重复，每效都产生了相当数量的产品水，直至到第9效蒸发器9形成二次蒸汽。

由于强制冷凝器11与降膜冷凝器10并联后，与第9效蒸发器9连接，因此，部分二次蒸汽流入降膜式冷凝器10的换热管内。降膜式冷凝器10利用进料海水对换热管内的二次蒸汽进行冷凝，并形成产品水。于此同时，冷凝释放的潜热将进料海水加热到固定的温度，即对进料海水进行预热。

剩余的二次蒸汽通过管道42自动分配到强制冷凝器11。强制冷凝器11利用冷却介质对二次蒸汽进行冷凝生成产品水。这里，强制冷凝器11采用管壳式换热器时，壳体内换热管束水平排布。强制冷凝器内的二次蒸汽位于换热管束的管外，冷却介质即循环冷却水位于换热管束的管内，这样，第9效蒸发器9剩余的二次蒸汽被冷凝，将余热传递给循环冷却水。

强制冷凝器11与降膜冷凝器10通过管道42相连，管道上不设置阀门，依靠强制冷凝器冷却介质流量自动分配进入强制冷凝器的第9效蒸发器9二次蒸汽量。

如图1所示，产生的产品水和浓盐水分别流入产品水闪蒸罐21～28和浓盐水闪蒸罐12～19中，每个闪蒸罐连接到本效蒸发器的壳体侧，其中，产品水闪蒸罐21～28和浓盐水闪蒸罐12～19分别与蒸发器2-9对应。而产品水闪蒸罐29和浓盐水闪蒸罐20与降膜冷凝器11对应。

这样产品水和浓盐水呈阶梯状流动并逐级闪蒸冷却，放出的热量提高了***的总效率。被冷却的产品水和浓盐水最后分别用相应的产品水泵37和浓盐水泵38抽走，冷凝水由冷凝水泵36送出。

二次蒸汽中还有些不凝气，该不凝气不能冷凝成液体，仍以气体的形式存在，因此，还需将不凝气从每一根换热管中抽出，并从一效蒸发器的板孔流到另一效蒸发器。这些不凝气在第1效蒸发器1和降膜冷凝器10富集，并用3级抽真空装置31从抽气口抽出。

如图1所示，抽真空装置31分别与第1效蒸发器1，降膜冷凝器10，以及强制冷凝器11连接，抽取***中的不凝气和少量水蒸气。

本发明实施例中，强制冷凝器11采用管壳式换热器，但是，强制冷凝器11还可包括：板式换热器。其中，当进入强制冷凝器11的蒸汽量较小时，强制冷凝器11可采用板式换热器。当进入强制冷凝器11的蒸汽量较大时，强制冷凝器采用管壳式换热器。当强制冷凝器11为管壳式换热器时，强制冷凝器壳11体内的换热管束水平排布，进入强制冷凝器的二次蒸汽在壳体内流动，进入强制冷凝器的冷却介质在换热管束内流动。由于冷却介质在换热管束内流动，其流动速度可以很快，从而加快了强制冷凝器11冷凝二次蒸汽的速度。

上述实施例中，降膜冷凝器为管壳式换热器，该降膜冷凝器中的换热管束可以是单层排布，或者多层排布。其中，喷淋装置喷淋出的进料海水在换热管束外以薄膜状向下流动。

本实施例中，抽真空装置，为单级或多级蒸汽喷射泵，一般与首效蒸发器和降膜冷凝器分别连接，还可与强制冷凝器连接。该抽真空装置对蒸发器和冷凝器内的不凝气和少量水蒸气、泄露进的空气抽出，以保证和维持***对真空度的要求。

热泵装置为固定喷嘴式或可调节喷嘴式蒸汽喷射泵，可分别与首效蒸发器和其余任意一效蒸发器连接，这样，热泵装置可抽吸末效或中间某效蒸发器的部分二次汽后与动力蒸汽混合进入首效蒸发器中的换热管内。这样，通过热泵压缩和循环，低温效段的部分二次蒸汽返回首效蒸发器中，显著的改善了工艺的热效率，从而提高了装置的性能比。

上述实施例中，低温多效蒸馏海水淡化***中包括了9效蒸发器，当然本发明实施例不限于此，该***中可以只包括2效蒸发器，或多效蒸发器，例如：20效蒸发器。可将多效蒸发器进行分组，每组蒸发器对应一个浓盐水泵，或者，不将多效蒸发器进行分组，则每个蒸发器对应一个浓盐水泵。

根据上述实施例可知，低温多效蒸馏海水淡化***增加了与强制冷凝器并联的降膜冷凝器后，进行海水淡化的过程中，每效蒸发器的工作过程不变，而降膜冷凝器的工作过程包括：对从末效蒸发器输入的二次蒸汽进行冷凝生成产品水，并利用冷凝过程释放的潜热对换热管外的进料海水进行预热，对预热后的海水进行脱气形成进料液并输入至少两效串联的蒸发器中。

强制冷凝器的工作过程包括：利用冷却介质对从末效蒸发器输入的二次蒸汽进行冷凝生成产品水。

具体海水淡化过程包括：进料海水在降膜冷凝器中被预热和脱气，进料海水形成为蒸发器各效组所需的进料液。进料液经加入阻垢剂之后被引入到末效组的各效蒸发器中，喷淋装置把进料液喷淋分布到各蒸发器中的顶排管上，在沿顶排管向下以薄膜形式自由流动的过程中，一部分海水由于吸收了在蒸发器内冷凝蒸汽的潜热而汽化成二次蒸汽。被轻微浓缩的剩余进料液用泵打入到蒸发器的下一效组中，该组的操作温度要比上一组高一些，在新的组中又重复了蒸发和喷淋过程。剩余的进料液接着往前打，直到最后在温度最高的效组中以浓缩液的形式离开该效组。

由动力蒸汽组成的生蒸汽输入到温度最高一效的蒸发器内部，即首效蒸发器的换热管内，在管内发生冷凝的同时，管外也产生了与冷凝量基本相同的蒸发，即冷凝释放的潜热对进料水进行蒸发产生二次蒸汽。产生的二次蒸汽在穿过浓盐水液滴分离器以保证蒸馏水的纯度之后，又引入到下一效蒸发器的换热管内，第2效蒸发器的操作温度和压力要略低于第一效。这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的一直重复执行，每效蒸发器都产生了相当数量的产品水，到最后一效蒸发器产生的二次蒸汽部分流入降膜式冷凝器的热传导管内，释放的潜热将入料海水加热到固定的温度，剩余的二次蒸汽进入强制冷凝器中冷凝，将余热传递给冷却介质。其中，冷却介质包括：循环冷却水或海水。

产生的产品水和浓盐水分别流入一系列的闪蒸罐中，每个闪蒸罐连接到本效蒸发器的壳体侧，这样产品水和浓盐水呈阶梯状流动并逐级闪蒸冷却，放出的热量提高了***的总效率。被冷却的产品水和浓盐水最后分别用相应的水泵抽出，冷凝水由冷凝水泵抽出。

不凝性气体即不凝气从每一根冷凝管中抽出，并从一效蒸发器的板孔流到另一效蒸发器。这些不凝性气体在蒸发器和降膜冷凝器富集，并用抽真空装置抽出。

本发明实施例中，在低温多效蒸馏海水淡化***增加强制冷凝器，该强制冷凝器与降膜冷凝器并联后，与末效蒸发器连接，这样，根据进料海水温度的变化，末效蒸发器产生的二次蒸汽可分两股分别进入降膜冷凝器和强制冷凝器，进入降膜冷凝器的二次蒸汽只需要用***所需量的进料海水冷凝，剩余二次蒸汽由强制冷凝器用已有的冷却介质进行冷凝，这样就降低了***进料海水量，避免了用过量进料海水对末效蒸发器产生的全部二次蒸汽进行冷凝。，节省低温多效蒸馏海水淡化***去除海水中不凝气过程中使用的资源，提高低温多效蒸馏海水淡化***的性能。

同时，***进料海水量的减少，使进料海水脱气量减少。抽气量的减少降低了抽真空装置容量，简化了***抽不凝气点，提高了蒸发器换热效率，减轻设备腐蚀等，提高了***稳定性和可靠性，降低了***造水成本

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种低温多效蒸馏海水淡化***，包括：至少两效串联的蒸发器，与末效蒸发器连接的降膜冷凝器，与首效蒸发器和其余任意一效蒸发器分别连接的热泵装置，以及与所述首效蒸发器和所述降膜冷凝器分别连接的抽真空装置，其特征在于，还包括：

与所述降膜冷凝器并联的强制冷凝器，辅助所述降膜冷凝器冷凝所述末效蒸发器产生的二次蒸汽。

2.如权利要求1所述的***，其特征在于，

所述降膜冷凝器与所述末效蒸发器连接的通道上至少有一个管口；

所述强制冷凝器的蒸汽通道通过所述管口与所述末效蒸发器连接。

3.如权利要求1所述的***，其特征在于，前一效的蒸发器的壳体与后一效的蒸发器的换热管束连接，且前一效的蒸发器的蒸发温度大于后一效的蒸发器的蒸发温度，第一效蒸发器的蒸发温度不超过70摄氏度。

4.如权利要求1所述的***，其特征在于，

所述降膜冷凝器为管壳式换热器，包括：壳体，位于所述壳体内的单层或多层排布的换热管束，位于所述换热管束上方的喷淋装置，位于所述换热管束两端的收集冷凝的产品水的管箱，以及位于所述换热管束下方的收集进料液的收集盘；其中，

所述喷淋装置喷淋出的进料海水在所述换热管束外以薄膜状向下流动。

5.如权利要求4所述的***，其特征在于，所述末效蒸发器的壳体与所述降膜冷凝器的换热管束连接。

6.如权利要求1或2所述的***，其特征在于，

所述强制冷凝器包括：管壳式换热器或板式换热器，当所述强制冷凝器为管壳式换热器时，所述强制冷凝器壳体内的换热管束水平排布，进入所述强制冷凝器的二次蒸汽在所述壳体内流动，进入所述强制冷凝器的冷却介质在所述换热管束内流动。

7.如权利要求6所述的***，其特征在于，

所述强制冷凝器所用的冷却介质包括：循环冷却水或海水。

8.如权利要求1所述的***，其特征在于，

所述抽真空装置为单极或多级蒸汽喷射泵，还与所述强制冷凝器连接，抽取所述强制冷凝器、所述首效蒸发器和所述降膜冷凝器中的不凝气和少量水蒸气。

9.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述热泵装置为固定喷嘴式或可调节喷嘴式蒸汽喷射泵，抽取所述其余任意一效蒸发器中的部分二次蒸汽后与动力蒸汽混合进入所述首效蒸发器中的换热管内。

10.一种低温多效蒸馏海水淡化***淡化海水的方法，其特征在于，所述低温多效蒸馏海水淡化***中的降膜冷凝器与强制冷凝器并联后，与至少两效串联的蒸发器中的末效蒸发器连接，该方法包括：

所述降膜冷凝器对从所述末效蒸发器输入的二次蒸汽进行冷凝生成产品水，并利用冷凝过程释放的潜热对换热管外的进料海水进行预热，对预热后的海水进行脱气形成进料液并输入所述至少两效串联的蒸发器中；

所述强制冷凝器利用冷却介质对从所述末效蒸发器输入的二次蒸汽进行冷凝生成产品水，其中，所述冷却介质包括：循环冷却水或海水。

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