CN104261497B - 一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置及生产方法 - Google Patents

一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置及生产方法，包括内部设有换热器及底部设有鼓泡器的原料海水储存器、连接有一淡水收集器的热泵一级蒸发器、压气机、热泵冷凝器和内部设有热泵二级蒸发器和旋转刮板装置的浓溶液后处理器，原料海水储存器、热泵一级蒸发器、压气机、热泵冷凝器依次通过蒸汽管道连接形成一回路，原料海水储存器通过一连接管道与浓溶液后处理器连接，气体经热泵冷凝器加热后经鼓泡器从原料海水储存器底部形成气泡，海水表面蒸发逸出的水蒸气及气泡带出的水蒸气一起进入热泵一级蒸发器中冷凝为淡水，如此循环制取淡水，同时海水淡化后的高浓度海水可进入浓溶液后处理器内降温静置析盐。因而可提高海水淡化的效率，实现水盐联产。

Description

一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置及生产方法
技术领域
本发明主要涉及海水淡化技术领域，尤其是指一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置及生产方法。
背景技术
海水淡化是一种利用海水脱盐生产淡水的技术，海水淡化技术可增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好且价格渐趋合理，对于保障沿海居民钦用水和工业锅炉补水等稳定供水具有重要意义。而现有的海水淡化技术中包括有鼓泡蒸发式海水淡化技术，鼓泡蒸发式海水淡化技术的基本思想就是：利用空气通入热海水中形成气泡，在气泡上升过程中吸收海水的热量和蒸发出的水蒸气，收集水蒸气，冷凝以获得淡水。但现有技术中的鼓泡蒸发海水淡化装置存有以下缺陷：
1.现有鼓泡蒸发海水淡化装置中通过海水的气泡内包裹的是常温空气，因而海水蒸发的速率较慢，海水淡化的效率不高；
2.现有鼓泡蒸发海水淡化装置一般只具有淡化海水的功能，功能较为单一，且对于海水淡化后剩下的高浓度海水，通常是当污水排掉，造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置，该装置的海水蒸发速率高，效率加快，且可充分利用海水淡化后的高浓度海水，更节约资源。
本发明的另一目的在于提供一种鼓泡负压蒸发海水淡化生产方法，该生产方法的生产速率高，且可实现水盐联产。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置，包括底部设有鼓泡器的原料海水储存器、淡水收集器、设有压气机的蒸汽管道，所述原料海水储存器的顶部通过蒸汽管道与热泵一级蒸发器连接，热泵一级蒸发器通过蒸汽管道与热泵冷凝器连接，热泵冷凝器通过蒸汽管道与原料海水储存器内的鼓泡器连接，形成第一回路，所述热泵一级蒸发器通过收集管道与淡水收集器连接；所述原料海水储存器通过连接管道连接内设有热泵二级蒸发器的浓溶液后处理器，所述热泵二级蒸发器与热泵一级蒸发器连接，所述热泵二级蒸发器另与热泵压缩机连接，热泵压缩机与热泵冷凝器连接，热泵冷凝器通过节流装置与热泵一级蒸发器连接，形成第二回路。
该鼓泡负压蒸发海水淡化装置的工作过程为：往原料海水储存器内加入海水，对原料海水储存器内的海水进行加热，同时蒸汽管道中经热泵冷凝器加热后的气体在压气机作用下经鼓泡器从原料海水储存器底部以气泡形式大量喷出，气泡在海水内上升过程中逐渐吸收水蒸汽，压气机不断抽吸原料海水储存器内原料海水液面上方的空气以形成较大负压，海水表面蒸发逸出的水蒸气及气泡带出的水蒸气一起进入热泵一级蒸发器中冷凝为淡水，淡水收集器收集淡水，部分未完全凝结的饱和水蒸汽再由压气机压入热泵冷凝器内进行加热成不饱和热蒸汽后再经由鼓泡器以气泡形式大量喷出，如此循环；而海水淡化后的高浓度海水进入浓溶液后处理器内，热泵二级蒸发器吸收高浓度海水中的热量，高浓度海水降温静置析盐。由于鼓泡器鼓出的气泡内包裹的是经热泵冷凝器加热后的气体，因而气泡在海水内上升时会使得海水蒸发的速率大大提高，进而提高海水淡化的效率。另外，该装置还可在淡化海水的同时从高浓度海水提取粗盐，充分利用资源。再者，热泵一级蒸发器、热泵二级蒸发器、热泵冷凝器、节流装置及热泵压缩机构成第二回路，即一热泵循环回路，该热泵循环回路的工作过程为：过热液体经过热泵一级蒸发器、热泵二级蒸发器吸热蒸发成气体，该气体经热泵压缩机的压缩变成高温高压气体，该高温高压气体经过热泵冷凝器放热液化成高压液体，该高压液体经节流装置减压变为过热液体进入热泵一级蒸发器、热泵二级蒸发器内，完成整个循环。第二回路可实现蒸汽管道及浓溶液后处理器的热量传递，更节省能源。
进一步的，所述的浓溶液后处理器内设有旋转刮板装置。该旋转刮板装置可用于刮起浓溶液后处理器内的盐分。所述的浓溶液后处理器可内设有一海盐传送带，所述海盐传送带位于前述旋转刮板装置的下方。该海盐传送带可将旋转刮板装置刮起的盐分输出至指定后处理装置。
所述原料海水储存器还可内设有换热器，该换热器与余热废热收集装置相连接。余热废热收集装置可收集多种低品位能源，如各种余热、废热或清洁能源(如太阳光热、地热等)，能源利用率高，更环保。
所述的收集管道上可设有一单向阀。该单向阀可防止淡水收集器内的水发生倒流。
本发明还提供了利用上述装置鼓泡负压蒸发海水淡化的生产方法，包括以下步骤：
A.往原料海水储存器内加入海水，热泵一级蒸发器、压气机、热泵冷凝器及鼓泡器同时工作，淡水收集器收集淡水；
B.当原料海水储存器内的海水浓度达到海水的饱和浓度时，原料海水储存器内的海水经过连接管道流入浓溶液后处理器内；
C.热泵二级蒸发器工作，浓溶液后处理器内海水中的盐分逐渐从浓溶液后处理器的底部离析出来。
所述步骤C后还可包括步骤D：旋转刮板装置旋转工作，进而将浓溶液后处理器底部的盐分刮离。
所述步骤D后还可包括步骤E：刮离的盐分落入海盐传送带上，海盐传送带将该盐分输出浓溶液后处理器外。
本发明所带来的有益效果有：
1.由于鼓泡器通过蒸汽管道连接有一热泵冷凝器，鼓泡器鼓出的气体会先经由热泵冷凝器加热，进入原料海水中的气泡包裹的是高温气体，因而气泡在原料海水内上升时可加快海水蒸发的速率，进而提高海水淡化的效率；
2.该装置内还设置有浓溶液后处理器、热泵二级蒸发器和旋转刮板装置，因而还可在淡化海水的同时从高浓度海水中提取粗盐，充分利用资源，环保节能；
3.第二回路可实现蒸汽管道及浓溶液后处理器的热量传递，更节省能源。
4.由于该装置中加入了余热废热收集装置，合理利用余热、废热等低品位热源，使得装置的能源利用效率提高，能耗降低。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明：
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中鼓泡器的结构示意图；
图3为本发明实施例中浓溶液后处理器的截面结构示意图。
附图标记说明：原料海水储存器1，换热器2，鼓泡器3，余热废热收集装置4，入水管道5，浮球阀6，蒸汽管道7，热泵一级蒸发器8，单向阀9，收集管道10，淡水收集器11、压气机12、热泵冷凝器13、节流装置14、热泵压缩机15、热泵二级蒸发器16、浓溶液处理器17、连接管道18、管道阀门19、气泡孔301、海盐传送带1701、旋转刮板装置1702。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明的一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置包括内部设有换热器2的原料海水储存器1、热泵一级蒸发器8、压气机12、热泵冷凝器13、淡水收集器11和浓溶液后处理器17，原料海水储存器1、热泵一级蒸发器8、压气机12、热泵冷凝器13依次通过蒸汽管道7连接为一循环回路：原料海水储存器1的顶部通过蒸汽管道7与热泵一级蒸发器8连接，热泵一级蒸发器8通过蒸汽管道7与压气机12连接，压气机12通过蒸汽管道7与热泵冷凝器13连接，热泵冷凝器13通过蒸汽管道7与鼓泡器3连接，鼓泡器3位于原料海水储存器1的底部，以形成第一回路。热泵一级蒸发器8通过一收集管道10与淡水收集器11相连接，原料海水储存器1的一侧通过一连接管道18与浓溶液后处理器17连接，浓溶液后处理器17内设有热泵二级蒸发器16和旋转刮板装置1702，当浓溶液处理器17内装载有海水时，热泵二级蒸发器16位于浓溶液后处理器17内的液面以下位置，旋转刮板装置1702靠近浓溶液后处理器17的底部设置。
其中，热泵一级蒸发器8、热泵二级蒸发器16、热泵冷凝器13依次连接成第二回路16，该回路上，热泵一级蒸发器8与热泵冷凝器13之间设有一节流装置14，热泵二级蒸发器16与热泵冷凝器13之间设有热泵压缩机15。即热泵一级蒸发器8、热泵二级蒸发器16、热泵压缩机15、热泵冷凝器13及节流装置14依次构成第二回路16，第二回路16即为一热泵循环回路，该第二回路16的工作过程为：过热液体经过热泵一级蒸发器8、热泵二级蒸发器16吸热蒸发成气体，该气体经热泵压缩机15的压缩变成高温高压气体，该高温高压气体经过热泵冷凝器13放热液化成高压液体，该高压液体经节流装置14减压变为过热液体回到热泵一级蒸发器8、热泵二级蒸发器16内，完成整个循环。该第二回路16可实现蒸汽管道7及浓溶液后处理器17间的热量传递，更节省能源。
鼓泡器3为一具有复数个气泡孔301的热气鼓泡盘结构，如图2所示。浓溶液后处理器17内还设有一海盐传送带1701，该海盐传送带1701位于旋转刮板装置1702的下方，如图3所示。
换热器2与原料海水储存器1外部的一余热废热收集装置4相连接。该余热废热收集装置4可收集多种低品位能源，如各种余热、废热或清洁能源(如太阳光热、地热等)，能源利用率高，更环保。
收集管道10上设有一单向阀9。该单向阀9可防止淡水收集器11内的淡水发生倒流。
浓溶液后处理器17的连接管道18上设有管道阀门19，原料海水储存器1上连接有一入水管道5，该入水管道5上设有浮球阀6，原料海水可从该入水管道5进入原料海水储存器1中，而入水管道5上的浮球阀6可准确控制原料海水储存器1中的海水液位。
该鼓泡负压蒸发海水淡化装置的工作过程为：通过入水管道5往原料海水储存器1内加入海水，换热器2对原料海水储存器1内的海水进行加热，同时在压气机12的作用下，蒸汽管道7中的气体由热泵冷凝器13加热后再经由鼓泡器3从原料海水储存器1的底部以热气泡形式大量喷出，热气泡在海水内上升过程中逐渐吸收水蒸汽，压气机12不断抽吸原料海水储存器1内原料海水液面上方的空气以形成较大负压，在负压下，被加热的海水表面蒸发逸出水蒸气，热气泡亦带出大量的水蒸气，这两部分水蒸气一起进入热泵一级蒸发器8中，经热泵一级蒸发器8吸热冷凝为淡水，淡水聚集在热泵一级蒸发器8外壳底部，当淡水达到一定量形成一定压力后沿收集管道10经过单向阀9流入淡水收集器11中，实现对淡水的收集，经过热泵一级蒸发器8后的部分未完全凝结的饱和水蒸汽再由压气机12压入热泵冷凝器13内加热形成不饱和热蒸汽，该不饱和热蒸汽沿蒸汽管道7进入鼓泡器3内，并经由鼓泡器3以热气泡形式从原料海水储存器1的底部大量喷出，如此循环；随着淡水的不断制取，原料海水储存器1中的原料海水浓度持续增大，当原料海水的浓度接近原料海水对应的饱和浓度时，打开管道阀门19，原料海水储存器1内的高浓度海水通过连接管道18进入浓溶液后处理器17内，热泵二级蒸发器16吸收浓溶液后处理器17内高浓度海水中的热量，高浓度海水降温静置析盐，析出的盐分由旋转刮板装置1702及时刮起并落在海盐传送带1701上，进而由海盐传送带1701输出至指定后处理装置。
由于鼓泡器3鼓出的热气泡内包裹的是经热泵冷凝器13加热后的气体，因而热气泡在海水内上升时会与海水发生热传递，进而使得海水蒸发的速率大大提高，进而提高海水淡化的效率。
再者，该装置还可在淡化海水的同时从高浓度海水中提取粗盐，实现连续的水盐联产，充分利用资源，提高生产效率。
另外，由于该装置中加入了余热废热收集装置4，合理利用余热、废热等低品位热源，使得装置的能源利用效率提高，能耗降低。
本发明的一种鼓泡负压蒸发海水淡化的生产方法，包括以下步骤：
A.往原料海水储存器1内加入海水，热泵一级蒸发器8、压气机12、热泵冷凝器13及鼓泡器3同时工作，淡水收集器收集淡水；
B.当原料海水储存器1内的海水浓度达到海水的饱和浓度时，原料海水储存器1内的海水经过连接管道18流入浓溶液后处理器17内；
C.浓溶液后处理器17内的热泵二级蒸发器16工作，浓溶液后处理器17内海水中的盐分逐渐从浓溶液后处理器17的底部离析出来。
步骤C后还包括有步骤D：旋转刮板装置1702旋转工作，以将浓溶液后处理器17底部的盐分刮离。
步骤D后还包括步骤E：刮离的盐分落入海盐传送带1701上，海盐传送带1701将该盐分输出至浓溶液后处理器17外。
该生产方法可高效地进行海水淡化，提高海水淡化速率，且可实现在连续生产淡化海水的同时制取粗盐，可实现连续的水盐联产。小型试验测试表明：当对盐度为3.1％、平均温度为20℃的原料海水进行淡化时，应用鼓泡负压蒸发海水淡化装置进行淡水生产的电耗为2.8-3.67kW.h/m3，如果利用余热或废热时该电耗还可降低10％-20％，同时能够产出大量的工业粗盐。
上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种鼓泡负压蒸发海水淡化装置，包括底部设有鼓泡器的原料海水储存器、淡水收集器、设有压气机的蒸汽管道，其特征在于：所述原料海水储存器的顶部通过蒸汽管道与热泵一级蒸发器连接，热泵一级蒸发器通过蒸汽管道与热泵冷凝器连接，热泵冷凝器通过蒸汽管道与原料海水储存器内的鼓泡器连接，形成第一回路，所述热泵一级蒸发器通过收集管道与淡水收集器连接；所述原料海水储存器通过连接管道连接内设有热泵二级蒸发器的浓溶液后处理器，所述热泵二级蒸发器与热泵一级蒸发器连接，所述热泵二级蒸发器另与热泵压缩机连接，热泵压缩机与热泵冷凝器连接，热泵冷凝器通过节流装置与热泵一级蒸发器连接，形成第二回路。
2.根据权利要求1所述的鼓泡负压蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述浓溶液后处理器内设有旋转刮板装置。
3.根据权利要求2所述的鼓泡负压蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述的浓溶液后处理器内设有海盐传送带，所述海盐传送带位于所述旋转刮板装置的下方。
4.根据权利要求1所述的鼓泡负压蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述原料海水储存器内设有换热器，该换热器与余热废热收集装置相连接。
5.根据权利要求1所述的鼓泡负压蒸发海水淡化装置，其特征在于：所述收集管道上设有单向阀。
6.一种基于权利要求1所述装置的鼓泡负压蒸发海水淡化的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.往原料海水储存器内加入海水，热泵一级蒸发器、压气机、热泵冷凝器及鼓泡器同时工作，淡水收集器收集淡水；
B.当原料海水储存器内的海水浓度达到海水的饱和浓度时，原料海水储存器内的海水经过连接管道流入浓溶液后处理器内；
C.热泵二级蒸发器工作，浓溶液后处理器内海水中的盐分逐渐从浓溶液后处理器的底部离析出来。
7.根据权利要求6所述的鼓泡负压蒸发海水淡化生产方法，其特征在于：所述步骤C后还包括步骤D：旋转刮板装置旋转工作，进而将浓溶液后处理器底部的盐分刮离。
8.根据权利要求7所述的鼓泡负压蒸发海水淡化生产方法，其特征在于：所述步骤D后还包括步骤E：刮离的盐分落入海盐传送带上，海盐传送带将该盐分输出浓溶液后处理器外。
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