CN104944494A - 一种空调与平流式海水淡化装置联产的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调与平流式海水淡化装置联产的方法，包括以下步骤：将空调制冷过程中的冷凝热作为热源，采用平流式低温多效蒸馏法进行海水淡化；上一效的淡水蒸汽进入下一效进行冷凝，淡水蒸汽的温度逐效降低，最后一效产出的淡水蒸汽温度为低于20℃；取第一海水源的海水冷凝最后一效产出的淡水蒸汽；取第二海水源的海水作为待淡化海水，通过其余效产出的淡水和浓海水预热待淡化海水，所述第二海水源的温度高于第一海水源的温度。本发明还公开了一种空调与平流式海水淡化装置联产的***；本发明利用了空调产生的低温废热和海洋中海水的温差，提高了淡水产率和能源利用率。

Description

一种空调与平流式海水淡化装置联产的方法及***

技术领域

本发明涉及海水淡化技术，特别涉及一种空调与平流式海水淡化装置联产的方法及***。

背景技术

近年来，我国家用空调在城市中日益普及。2001年至2013年，我国家用空调市场的产量以年均复合增长率17.29％的趋势递增，2013年我国家用空调产量为13057万台。在夏季当家用空调制冷时，其主要作用是使室内降温，空调***的冷凝热直接排放到大气中，并未加以利用。制冷机组在空调工况下运行时向大气环境排放大量的冷凝热，通常冷凝热可达制冷量的1.15～1.3倍。大量的冷凝热直接排入大气，白白散失掉，造成较大的能源浪费，这些热量的散发又使周围环境温度升高，造成严重的环境热污染，所以，为了节约能源和保护环境，空调余热回收利用就显得很有必要。

水是维系生命与健康的基本需求，地球虽然有71％的面积为水所覆盖，但是淡水资源却极其有限。目前全世界的淡水资源仅占其总水量的2.5％，其中70％以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有86％的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26％。目前，全世界有1/6的人口、约10亿多人缺水。专家估计，到2025年世界缺水人口将超过25亿。又由于地球上淡水的分布在地域、时间上的不均衡性，以及人类对水源的污染，使淡水可用量不仅受到限制，而且急剧减少。缺水问题已经是一个全世界共同面临的社会可持续发展的难题。在这种严峻的用水形式和现实条件下，海水淡化的提出与应用具有极大的现实意义。

海水淡化是指将水中的多余盐分和矿物质去除得到淡水的工序，其实现技术主要有蒸馏法、反渗透法、电渗析法、冷冻法等。蒸馏法包括多效蒸馏法、多级闪蒸法、膜蒸馏法、太阳能蒸馏法等。蒸馏法的原理是使海水受热汽化、水蒸汽冷凝而得到淡水，它具有设备简单可靠、防污垢性能好、易于大型化、产水量以及可利用低品位热能等优点，但是该方法需要外部供给热能，而且水的气化潜热比较大，所以能耗较高。

目前，蒸馏法技术成熟，其中的低温多效蒸馏海水淡化技术是一种很有发展前景的海水淡化技术，在世界范围内得到了较广泛的应用。申请号为201110398281.7的专利文献公开了一种低温多效海水淡化***，它主要包括多组热管式多效蒸发器、蒸汽喷射器TVC、冷却器、气水释放装置、汽水分离器、水环真空泵、原水泵、淡泵、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸等。该发明的特点在于，所述多效蒸发器为多组，利用热管的传热性能，通过蒸汽喷射器TVC引射冷却器中的循环蒸汽及汽轮机低压缸排汽，使循环蒸汽及汽轮机低压缸排汽变为较高品质的蒸汽进入热管式蒸发器，从而提高了海水蒸发效率。同时，该发明又利用低品质的汽轮机低压缸排汽，提高了能源的利用率以及电厂的效率，通过热管加热产生的蒸汽作为以后几组蒸发器的热源，提高了蒸汽的利用率。由于该发明利用的是低品质的汽轮机低压缸排汽，所以它其实是一种较大型的工业性的海水淡化***。

申请号为201110174880.0的专利文献公开了一种工业余热低温多效海水淡化***，它包括多效海水蒸发器、末效冷凝器、进料海水管、冷却水出水管、冷却水流经管、浓盐水流出管、凝结水输送管、产品水回流管、多个喷淋装置、多个浓盐水流经管、多个产品水流经管等。该发明将工业余热应用到低温多效海水淡化***中，利用工业用户产生的高温余热作为能源，通过工业余热锅炉转换成工作蒸汽，利用此工作蒸汽进行低温多效海水淡化，首效蒸发器产生的产品水回流到工业余热锅炉，循环利用，从而降低了低温多效海水淡化***的制水成本。同样，该发明也是一种较大型的工业性的海水淡化***。

目前中小型的低温多效海水淡化***由于无法获取稳定的废热热源，大多耗用一次能源，制水成本很高，虽然也有研究者提出了采用空调热来淡化海水的装置，申请号为200610124010.1的专利文献公开了一种空调制冷和海水淡化一体化装置，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、引风机、排风机和喷淋***，所述压缩机与冷凝器通过管道连接，排风机设置在冷凝器的一侧，冷凝器和蒸发器之间通过膨胀阀连接，引风机设置在与冷凝器相对的蒸发器的另一边，且冷凝器和蒸发器之间设置有与引风机相通的风道，蒸发器的一侧设置有进风口，所述喷淋***设置在冷凝器与排风机之间。上述装置虽然利用了空调的废热来进行海水淡化，但是只使用单效工作，并且空调产生的废热温度较低，一般只有40～50℃，实际淡水产率低下，无法满足实际的供水应用。

发明内容

本发明公开了一种空调与海水淡化联产方法，利用空调的废热进行低温多效蒸馏来生产淡水，提高了能源利用率，降低了淡化海水的成本，而且减少了环境热污染，同时利用海水温差提高淡水产率，具有良好的经济效益。

一种空调与平流式海水淡化装置联产的方法，包括以下步骤：

将空调制冷过程中的冷凝热作为热源，采用平流式低温多效蒸馏法进行海水淡化；

上一效的淡水蒸汽进入下一效进行冷凝，淡水蒸汽的温度逐效降低，最后一效产出的淡水蒸汽温度为低于20℃；

取第一海水源的海水冷凝最后一效产出的淡水蒸汽；

取第二海水源的海水作为待淡化海水，通过其余效产出的淡水和浓海水预热待淡化海水，所述第二海水源的温度高于第一海水源的温度。

本发明中采用空调的制冷循环过程中的冷凝热作为热源，针对产热温度较低的空调冷凝热，结合低温多效蒸馏法进行海水淡化，提高了能源利用效率，具有良好的海水淡水产率；同时利用海洋中随着深度变化，海水具有温差的现象，采用温度较低的第一海水源冷凝最后一效淡水蒸汽，使最后一效产出的淡水蒸汽的温度可以设置的较低，在第一效温度不变的情况下，增大第一效和最后一效之间的温差，从而增加低温多效蒸馏的效数，提高淡水产率，而待淡化海水则采用温度高于第一海水源的第二海水源，第二海水源提供的待淡化海水的温度越高，则进行预热时所需要的时间和能耗就越少，可以减少预热时间，提高待淡化海水的预热后的温度，进一步提高能源利用效率和淡水产率。

在平流进料方式下，将物料海水平行泵入所有效组即可，不需设置额外的效间泵对物料水反复输送，因此，平流进料的***泵功消耗一般低于逆流进料和顺流进料，而且***控制和运行操作也较为简单。

为了减少能耗，优选的，控制所述的热源温度在40～55℃。40～55℃是普通空调所产生的冷凝热温度，使用本发明方法无需增加空调的功率来提高温度，仍具有较高的淡水产率，从而减少能源的消耗，当热源温度为40℃时，最少效数达7效。

一般情况下在气温较高的情况下使用空调的制冷功能，此时海洋的表层温度较高，深层海水温度较低，水温一般随深度的增加而降低，因此，在夏季使用空调制冷时，温度较低的第一海水源取自深层海水，温度较高的第二海水源取自浅层海水。

本发明中，第一海水源的温度只要低于最后一效产出的淡水蒸汽温度即可实现冷凝，因此，优选的，所述第一海水源的温度为13～18℃。

第二海水源的温度越高越好，可以减少预热所需的能量，优选的，所述第二海水源的温度为27～35℃。

本发明还提供了一种空调与海水淡化联产***，结构紧凑、能源利用率高，且具有较高的淡水产率。

一种空调与平流式海水淡化装置联产的***，包括具有制冷循环单元的空调，还包括平流式低温多效蒸馏装置，所述平流式低温多效蒸馏装置包括：多效蒸馏单元、收集液态淡水的淡水汇集管路、收集末端浓海水的浓废水外排管、冷凝最后一效蒸馏单元产出的淡水蒸汽的淡水冷凝器以及预热待淡化海水的海水预热器，每一效蒸馏单元都设有预热海水进口，每一效蒸馏单元的浓海水出水口连接至浓废水外排管，最后一效蒸馏单元产出的淡水蒸汽的温度低于20℃；

所述制冷循环单元的冷凝器作为第一效蒸馏单元的冷凝模块；

所述淡水冷凝器包括淡水蒸汽通道和冷凝水通道，所述冷凝水通道的两端连通第一海水进管和海水排水管；

所述海水预热器包括连接淡水汇集管路的淡水通道、连接浓废水外排管的浓海水通道以及海水通道，所述海水通道的两端连通第二海水进管和预热海水出水管，所述预热海水出水管接入多效蒸馏单元的预热海水进口，通入第二海水进管的海水温度高于通入第一海水进管的海水温度。

本发明***中，将空调的冷凝器作为第一效蒸馏单元的冷凝模块，从而使***整体更紧凑，减小整体体积；将最后一效淡水蒸汽的冷凝以及待淡化海水的预热通过不同的两个换热单元与不同温度的海水进行换热，使用低温海水冷凝最后一效淡水蒸汽，使最后一效淡水蒸汽温度设置的较低，从而在第一效温度不变的情况下，增加了蒸馏单元的效数，提高淡水产率；并且通入第二海水进管的待淡化海水温度高于通入第一海水进管的海水温度，通入第二海水进管的待淡化海水的温度越高，则进行预热时所需要的时间和能耗就越少，可以减少预热时间，提高待淡化海水的预热后的温度，进一步提高能源利用效率和淡水产率。

在平流进料方式下，将物料海水平行泵入所有效组即可，不需设置额外的效间泵对物料水反复输送，因此，平流进料的***泵功消耗一般低于逆流进料和顺流进料，而且***控制和运行操作也较为简单。

为了简化设备结构，优选的，所述海水预热器为三通道换热器，三通道分别为淡水通道、浓海水通道和海水通道。

蒸馏装置的效数越多，则第一效和最后一效之间所需的温差越大，为了减少能耗，优选的，所述空调的冷凝器发热温度为40～55℃。冷凝器发热温度为40℃时，第一效和最后一效之间至少存在20℃温差，至少可以设置7效蒸馏装置，具有良好的淡水产率。

为了提高换热效果，优选的，所述的海水预热器采用冷热流逆流换热方式连接。

为了提高换热效果，优选的，所述的淡水冷凝器采用冷热流逆流换热方式连接。

本发明的有益效果：

本发明的空调与海水淡化联产方法及***，利用了空调产生的低温废热和海洋中海水的温差，使用低温海水冷凝淡水来增加蒸馏装置的效数，提高淡水产率，同时利用高温海水来作为待淡化海水进行预热，减少海水升温到达蒸发温度所需热量，提高海水蒸发率和能源利用率，进一步提高淡水产率。

附图说明

图1为本发明***的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的空调与海水淡化联产方法及***，包括具有制冷循环单元的空调和平流式低温多效蒸馏装置。

制冷循环单元包括压缩机23、冷凝器22、节流装置2以及蒸发器1。压缩机23出口与冷凝器22入口相连，冷凝器22出口与节流装置2入口相连，节流阀23出口与蒸发器1入口相连，蒸发器1出口与压缩机23入口相连，整成一个完整的制冷循环。

低温多效蒸馏装置包括：n效蒸馏装置3、n个喷淋海水入口截止装置4-1～4-n、n个真空泵入口截止装置5-1～5-n、真空泵6、淡水冷凝器9、第一海水入口过滤器10、第一海水入口水泵11、淡水出口水泵12、浅层海水入口水泵13、浓海水出口水泵14、第二海水入口过滤器15、浓海水出口截止装置16、淡水出口截止装置17、海水预热器18、n-1个海水出口降压装置20-1～20-n-1以及n-2个淡水出口降压装置21-2～21-n-1。

n效蒸馏装置3中，第一效至最后一效依次分别为第一效蒸馏装置3-1，第二效蒸馏装置3-2……第n效蒸馏装置3-n；其第一效蒸馏装置3-1内包含所述空调循环装置的冷凝器22、喷淋装置7和气液分离装置13，第二效至第n效蒸馏装置3-2～3-n的每一效内均包含蒸发冷凝器19、喷淋装置7和气液分离装置13。

第二海水入口Ⅱ与第二海水入口水泵13入口相连、第二海水入口水泵13出口与第二海水入口过滤器15入口相连、第二海水入口过滤器15出口与海水预热器18入口a2相连，海水预热器18出口b2分成n个通道，分别与一个喷淋海水入口截止装置5-1～5-n入口相连，每个喷淋海水入口截止装置5-1～5-n出口与其相对应的喷淋装置7入口相连，每个喷淋装置7出口均位于相应的各效蒸馏装置3顶部。各效蒸馏装置3的底部各有一个浓海水出口通道，除最后一效外分别与一个海水出口降压装置20-1～20-n-1入口相连，每个海水出口降压装置20-1～20-n-1出口均与海水预热器18入口a3相连，最后一效浓海水出口通道直接与海水预热器18入口a3相连，海水预热器18出口b3与浓海水出口截止装置16入口相连，浓海水出口截止装置16出口与浓海水出口水泵14入口相连，浓海水出口水泵14与浓海水出口Ⅰ相连。

各效蒸馏装置内部均设有的气液分离装置8，其入口位于该效蒸馏装置3内部，第一效至n-1效蒸馏装置3-1～3-n-1内的气液分离装置8的出口均与下一效蒸馏装置3内的蒸发冷凝器19入口相通，各效蒸发冷凝器19的出口即各淡水通道，除最后一效外分别与一个淡水出口降压装置21-2～21-n-1入口相连，每个淡水出口降压装置21-2～21-n-1出口均与海水预热器18的入口a1相连，最后一效淡水通道直接与海水预热器18的入口a1相连，海水预热器18的出口b1与淡水出口截止装置17入口相连、淡水出口截止装置17出口与淡水出口水泵12入口相连，淡水出口水泵12出口与淡水出口Ⅲ相连；第n效蒸馏装置3-n内的气液分离装置8出口与淡水冷凝器9的入口c2相连，淡水冷凝器9的出口d2与主换热器9出口b1和淡水出口截止装置17入口间的淡水通道相连。

第一海水入口Ⅳ与第一海水入口水泵11入口相连，第一海水入口水泵11出口与第一海水入口过滤器10入口相连，第一海水入口过滤器10出口与淡水冷凝器9的入口c1相连，淡水冷凝器9的出口d1与低温海水出口Ⅴ相连。各效蒸馏装置3的顶部还留有一个通道，分别与一个真空泵出口截止装置5-1～5-n出口相连，每个真空泵出口截止装置5-1～5-n入口均与真空泵6出口相连，真空泵6入口与大气相通。

空调制冷循环过程：制冷剂在压缩机23中被压缩成高温高压气体进入冷凝器22与海水淡化装置第一效蒸馏装置内的海水换热，被冷却并进一步冷凝成液体后进入节流装置2减压，部分液体闪发成蒸汽，这些气液两相的混合物进入蒸发器1，在蒸发器中从室内吸收热量制冷的同时蒸发成为蒸汽后返回压缩机，从而完成一个制冷循环，本循环过程中空调制冷剂选择R134a，也可以选择其他的制冷剂，例如R1234yf、R410A或R407C，本实施例在日常空调的制冷环境下使用，此时，冷凝器24产生的热量的温度一般在40～50℃。

夏季浅层海水温度较高，一般在27～35℃，将浅层海水作为第二海水源，深层海水的温度较低，采用温度在13～18℃的深层海水作为第一海水源。

海水淡化过程：夏季浅层高温海水由第二海水入口水泵13引入第二海水入口过滤器15过滤后再通入海水预热器18，与淡水以及浓盐水换热升温后通入各效蒸馏装置3，各效蒸馏装置3海水入口与海水预热器18之间均设置了一个喷淋海水入口截止装置4，用于控制海水进出。进入各效蒸馏装置3的海水通过喷淋装置7喷淋至蒸发冷凝器19管道外部(第一效蒸馏装置的海水喷淋至冷凝器22管道外部)，并与蒸发冷凝器19内上一效蒸馏装置3产生的蒸汽或冷凝器22内的制冷剂进行换热蒸发，一部分海水蒸发成蒸汽通过气液分离装置8后进入下一效的蒸发冷凝器19管道内与下一效的海水换热；一部分海水浓缩成浓海水，由各效蒸馏装置3底部出口通道流出，并经由海水出口降压装置20降压后通入海水预热器18，最后一效产生的浓海水直接通入海水预热器18，所有浓海水与进口的高温海水换热降温后再经由浓海水出口水泵14排出，浓海水出口水泵14与海水预热器18之间设有浓海水出口截止装置16，控制浓海水排出；同时蒸发冷凝器19内蒸汽换热后冷却成淡水，通过淡水出口降压装置21降压后经过海水预热器18降温后排出由淡水出口水泵12排出，最后一效产生的淡水直接经过海水预热器18降温后排出由淡水出口水泵12排出，淡水出口水泵12与海水预热器18之间设有淡水出口截止装置17，控制淡水排出。通入第一效蒸馏装置3-1的海水与空调循环装置的冷凝器22进行换热，最后一效蒸馏装置3-n所产生的蒸汽直接通入淡水冷凝器9与深层低温海水换热降温，然后与已经过海水预热器18换热后的其他各效产生的淡水汇合后一起排出。低温海水通过第一海水入口水泵11和第一海水入口过滤器10进入淡水冷凝器9换热升温后直接排出。真空泵6在装置运行前已将各效蒸馏装置3抽至设定好的真空度，真空泵6与各效蒸馏装置3之间均设置了一个真空泵出口截止装置5用于控制各效蒸馏装置3内气压。

循环过程中海水淡化部分的能量来源为空调冷凝器内制冷剂冷凝释放的热量即40～50℃左右的低温冷凝热。

本实施例的空调与海水淡化联产方法及***的工作过程如下：***运行前，首先确认各管路和容器里均无水并密封，关闭淋浴海水入口截止装置4、浓海水出口截止装置16和淡水出口截止装置17，打开真空泵出口截止装置5，开启真空泵6，将各效蒸馏装置3抽至设定好的真空度。然后关闭真空泵出口截止装置5，之后关闭真空泵6，随后启动第一海水入口水泵11、第二海水入口水泵13，再打开淋浴海水入口截止装置4，并启动压缩机23运行空调循环装置。待淡水通道以及浓海水通道充满水之后，启动淡水出水水泵12和浓海水出水水泵14，之后打开浓海水出口截止装置16和淡水出口截止装置17。待整个***运行一段时间稳定后，即可利用空调低温冷凝热及海水温差能产生一定量的淡化海水。

本实施例在实际使用时，

空调的参数：

功率：1.5P；

制冷量：3500W；

制冷剂：R134a；

蒸发温度：7.2℃；

冷凝温度：54.4℃。

低温多效蒸馏装置的参数：

第一效蒸馏装置温度：50℃；

第一海水入口Ⅳ通入的第一海水源的温度：15℃；

第二海水入口Ⅱ通入的第二海水源的温度：30℃；

效数：12；

第二海水源进口流量：0.042kg/s。

末效蒸汽温度：18℃；

模拟产水率约为：0.018kg/s，每小时产水约65kg，每天产水可达1.55吨。

Claims (9)

1.一种空调与平流式海水淡化装置联产的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将空调制冷过程中的冷凝热作为热源，采用平流式低温多效蒸馏法进行海水淡化；

上一效的淡水蒸汽进入下一效进行冷凝，淡水蒸汽的温度逐效降低，最后一效产出的淡水蒸汽温度为低于20℃；

取第一海水源的海水冷凝最后一效产出的淡水蒸汽；

取第二海水源的海水作为待淡化海水，通过其余效产出的淡水和浓海水预热待淡化海水，所述第二海水源的温度高于第一海水源的温度。

2.如权利要求1所述的空调与平流式海水淡化装置联产的方法，其特征在于，控制所述的热源温度在40～55℃。

3.如权利要求1或2所述的空调与平流式海水淡化装置联产的方法，其特征在于，所述第一海水源的温度为13～18℃。

4.如权利要求1或2所述的空调与平流式海水淡化装置联产的方法，其特征在于，所述第二海水源的温度为27～35℃。

5.一种空调与平流式海水淡化装置联产的***，包括具有制冷循环单元的空调，其特征在于，还包括平流式低温多效蒸馏装置，所述平流式低温多效蒸馏装置包括：多效蒸馏单元、收集液态淡水的淡水汇集管路、收集末端浓海水的浓废水外排管、冷凝最后一效蒸馏单元产出的淡水蒸汽的淡水冷凝器以及预热待淡化海水的海水预热器，每一效蒸馏单元都设有预热海水进口，每一效蒸馏单元的浓海水出水口连接至浓废水外排管，最后一效蒸馏单元产出的淡水蒸汽的温度低于20℃；

所述制冷循环单元的冷凝器作为第一效蒸馏单元的冷凝模块；

所述淡水冷凝器包括淡水蒸汽通道和冷凝水通道，所述冷凝水通道的两端连通第一海水进管和海水排水管；

所述海水预热器包括连接淡水汇集管路的淡水通道、连接浓废水外排管的浓海水通道以及海水通道，所述海水通道的两端连通第二海水进管和预热海水出水管，所述预热海水出水管接入多效蒸馏单元的预热海水进口，通入第二海水进管的海水温度高于通入第一海水进管的海水温度。

6.如权利要求5所述的空调与平流式海水淡化装置联产的***，其特征在于，所述海水预热器为三通道换热器，三通道分别为淡水通道、浓海水通道和海水通道。

7.如权利要求6所述的空调与平流式海水淡化装置联产的***，其特征在于，所述空调的冷凝器发热温度为40～55℃。

8.如权利要求5～6任一权利要求所述的空调与平流式海水淡化装置联产的***，其特征在于，所述的海水预热器采用冷热流逆流换热方式连接。

9.如权利要求5～6任一权利要求所述的高效的空调与平流式海水淡化装置联产的***，其特征在于，所述的淡水冷凝器采用冷热流逆流换热方式连接。