CN112010380A - 一种热纯净水的制备装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热纯净水的制备装置及其制备方法，其中，制备装置包括：N级闪蒸器；K级回流管道，K级回流管道中第J级回流管道的回流液入口与N级闪蒸器中的第P级闪蒸器的浓缩液出口连通，第J级回流管道的回流液出口与N级闪蒸器中的第Q级闪蒸器的原料液入口连通，其中，N≥2，N≥K≥J≥1,N≥P≥Q≥J；加热器，加热器用于将原料液加热至第1级闪蒸器闪蒸所需的温度，加热器的冷介质入口与N级闪蒸器中的第1级闪蒸器的原料液出口连通，加热器的冷介质出口与N级闪蒸器中的第1级闪蒸器的浓缩液入口连通。该装置一方面实现水热同产，另一方面使浓缩液的浓缩程度可控，即热纯净水制备过程中的原料液淡化程度可控，提高热纯净水的生成率。

Description

一种热纯净水的制备装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及淡水制备和集中供热技术领域，特别涉及一种热纯净水的制备装置及其制备方法。

背景技术

由于经济发展的需要，我国工业用水量常年维持在1200亿立方米以上，同时随着城镇化进程的不断深入、人民生活水平的不断提高，生活用水量逐年增加，水资源短缺问题日益突出，尤其是在北方地区。在水资源总量基本稳定的前提下，海水淡化和废水再循环等淡水制备技术是解决水资源短缺问题最根本的手段。以海水淡化为例，目前主要采用蒸馏法、闪蒸法、反渗透法等技术，其中，依靠热驱动的蒸馏法、闪蒸法都存在能量利用效率低的问题，反渗透法尽管单位产水能耗低，但反渗透膜材料需要频繁更换，最终都反映在运行成本上。

因此，发展高能量利用效率、低运行成本的淡水制备技术对于高效解决水资源短缺问题具有重要意义。另外，随着生活水平的提高，民众对于集中供热的需求也越来越强烈，如何将传统淡水制备技术流程中的废热利用起来以用于集中供热从而实现水热同产，将是推广海水淡化等技术的重要驱动力。而在水热同产的同时最大程度地提高淡水制备过程中淡水的淡化程度和淡水生成率也是淡水制备过程中需要留意的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种热纯净水的制备装置及其制备方法，在水热同产的同时最大程度地提高淡水制备过程中淡水的淡化程度和淡水的生成率。

为解决上述技术问题，本发明实施例一方面提供了一种热纯净水的制备装置，包括：N级闪蒸器，每级闪蒸器包括原料液加热区和浓缩液闪蒸区，原料液加热区设有原料液入口和原料液出口，浓缩液闪蒸区设有浓缩液入口和浓缩液出口；K级回流管道，每级回流管道包括回流液入口和回流液出口，K级回流管道中第J级回流管道的回流液入口与N级闪蒸器中的第P级闪蒸器的浓缩液出口连通，第J级回流管道的回流液出口与N级闪蒸器中的第Q级闪蒸器的原料液入口连通，其中，N≥2，N≥K≥J≥1,N≥P≥Q≥J；加热器，加热器包括冷介质入口和冷介质出口，加热器用于将原料液加热至第1级闪蒸器闪蒸所需的温度，加热器的冷介质入口与N级闪蒸器中的第1级闪蒸器的原料液出口连通，加热器的冷介质出口与N级闪蒸器中的第1级闪蒸器的浓缩液入口连通。

进一步地，N级闪蒸器中第M级闪蒸器的浓缩液入口与第M-1级闪蒸器的浓缩液出口连通，第M级闪蒸器的原料液出口与第M-1级闪蒸器的原料液入口连通；N级闪蒸器中第N级闪蒸器的浓缩液出口用于排出浓缩液，N级闪蒸器中第N级闪蒸器的原料液入口用于引入原料液；其中，N≥M≥2。

进一步地，N级闪蒸器中的每级闪蒸器的原料液加热区为间壁式结构，位于闪蒸器顶部；浓缩液闪蒸区闪蒸产生的部分蒸汽在原料液加热区冷凝，释放冷凝热，通过换热壁加热原料液，同时蒸汽自身冷凝生成纯净水。

进一步地，N级闪蒸器中每级闪蒸器还包括纯净水生成区，纯净水生成区包括纯净水入口和纯净水出口；N级闪蒸器中第G级闪蒸器的纯净水出口与第G-1级闪蒸器的纯净水入口连通；其中，N≥G≥2。

进一步地，N级闪蒸器中每级闪蒸器的纯净水生成区为敞口容器结构，纯净水生成区位于浓缩液闪蒸区和原料液加热区之间；纯净水生成区接收浓缩液闪蒸区闪蒸的蒸汽冷凝生成的纯净水。

进一步地，K级回流管道中的每级回流管道均包括：回流泵和连接管；K级回流管道中的第J级回流管道的回流泵的抽液口通过连接管与N级闪蒸器中的第P级闪蒸器的浓缩液出口连通，第J级回流管道的回流泵的排液口通过连接管与N级闪蒸器中的第Q级闪蒸器的原料液入口连通。

进一步地，加热器还包括驱动蒸汽入口和冷凝水出口；原料液从冷介质入口进入加热器，并与从驱动蒸汽入口进入加热器的高温蒸汽进行换热，高温蒸汽换热后生成的冷凝水从冷凝水出口排出，原料液换热后达到第1级闪蒸器闪蒸所需的温度。

本发明实施例另一方面提供了一种热纯净水的制备方法，该热纯净水通过前述的热纯净水制备装置制备得到。

进一步地，原料液为：海水、河水、湖水、地下水、污水、废水或中水。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过该装置，在实现水热同产的同时提高淡水制备过程中淡水的淡化程度和淡水的生成率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的热纯净水制备装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的热纯净水制备装置的结构示意图。

附图标记：

1：闪蒸器；2：回流泵；3：加热器；1-A：原料液加热区；1-B：浓缩液闪蒸区；1-C：纯净水生成区；1-1：原料液入口；1-2：原料液出口；1-3：浓缩液入口；1-4：浓缩液出口；1-5：纯净水入口；1-6：纯净水出口；2-1：回流液入口；2-2：回流液出口；3-1：驱动蒸汽入口；3-2：冷凝水出口；3-3：冷介质入口；3-4：冷介质出口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图中所示出的各种区域、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

请参照图1和图2，本发明实施例提供一种热纯净水的制备装置，包括：N级闪蒸器1，每级闪蒸器1包括原料液加热区1-A和浓缩液闪蒸区1-B，原料液加热区1-A设有原料液入口1-1和原料液出口1-2，浓缩液闪蒸区1-B设有浓缩液入口1-3和浓缩液出口1-4；K级回流管道，每级回流管道包括回流液入口2-1和回流液出口2-2，K级回流管道中第J级回流管道的回流液入口2-1与N级闪蒸器1中的第P级闪蒸器1的浓缩液出口1-4连通，第J级回流管道的回流液出口2-2与N级闪蒸器1中的第Q级闪蒸器1的原料液入口1-1连通，其中，N≥2，N≥K≥J≥1,N≥P≥Q≥J；加热器3，加热器3包括冷介质入口3-3和冷介质出口3-4，加热器3用于将原料液加热至第1级闪蒸器闪蒸所需的温度，加热器3的冷介质入口3-3与N级闪蒸器1中的第1级闪蒸器1的原料液出口1-2连通，加热器3的冷介质出口3-4与N级闪蒸器1中的第1级闪蒸器1的浓缩液入口1-3连通。

请参照图1，在可选的实施方式中，N级闪蒸器1中每级闪蒸器1均对应设置回流管道，即N＝K，第1级闪蒸器1对应设置第1级回流管道。

请参照图2，在可选的实施方式中，N级闪蒸器1中每隔多级闪蒸器1设置一级回流管道，即N＞K。

在具体地实施方式中，K级回流管道中每级回流管道均设置有浓缩液浓度检测装置，以便检测浓缩液的浓度是否合格，当某一级回流管道处的浓缩液浓度达到预设值时，关闭该级回流管道，当某一级回流管道处的浓缩液浓度明显不高时，表明该级回流管道之前的原料液淡化程度较低，此时可根据需求将回流管道打开使浓缩液再次闪蒸浓缩，以最大程度从浓缩液中冷凝纯净水，提高纯净水的生成率。

在一些实施方式中，N级闪蒸器1中第M级闪蒸器1的浓缩液入口1-3与第M-1级闪蒸器1的浓缩液出口1-4连通，第M级闪蒸器1的原料液出口1-2与第M-1级闪蒸器1的原料液入口1-1连通；N级闪蒸器1中第N级闪蒸器1的浓缩液出口1-4用于排出浓缩液，N级闪蒸器1中第N级闪蒸器1的原料液入口1-1用于引入原料液；其中，N≥M≥2。

在一些实施方式中，K级回流管道中第K级回流管道至第1级回流管道的方向与原料液在原料液加热区1-A的流向一致。

在一些实施方式中，N级闪蒸器1中的每级闪蒸器1的原料液加热区1-A为间壁式结构，位于闪蒸器1顶部；浓缩液闪蒸区1-B闪蒸产生的部分蒸汽在原料液加热区1-A冷凝，释放冷凝热，通过换热壁加热原料液，同时蒸汽自身冷凝生成纯净水。

在一些实施方式中，N级闪蒸器1中每级闪蒸器1还包括纯净水生成区1-C，纯净水生成区1-C包括纯净水入口1-5和纯净水出口1-6；N级闪蒸器1中第G级闪蒸器1的纯净水出口1-6与第G-1级闪蒸器1的纯净水入口1-5连通；其中，N≥G≥2。

在一些实施方式中，N级闪蒸器1中每级闪蒸器1的纯净水生成区1-C为敞口容器结构，纯净水生成区1-C位于浓缩液闪蒸区1-B和原料液加热区1-A之间；纯净水生成区1-C接收浓缩液闪蒸区1-B闪蒸的蒸汽冷凝生成的纯净水。

在一些实施方式中，K级回流管道中的每级回流管道均包括：回流泵2和连接管；K级回流管道中的第J级回流管道的回流泵2的抽液口通过连接管与N级闪蒸器1中的第P级闪蒸器1的浓缩液出口1-4连通，第J级回流管道的回流泵2的排液口通过连接管与N级闪蒸器1中的第Q级闪蒸器1的原料液入口1-1连通。

在一些实施方式中，加热器3还包括驱动蒸汽入口3-1和冷凝水出口3-2；原料液从冷介质入口3-3进入加热器3，并与从驱动蒸汽入口3-1进入加热器3的高温蒸汽进行换热，高温蒸汽换热后生成的冷凝水从冷凝水出口3-2排出，原料液换热后达到第1级闪蒸器闪蒸所需的温度。

本发明实施例另一方面提供了一种热纯净水的制备方法，该热纯净水通过前述的热纯净水制备装置制备得到。

在一些实施方式中，原料液为：海水、河水、湖水、地下水、污水、废水或中水。

实施例一

请参照图1，本实施例提供一种闪蒸式水热同产的热纯净水制备装置，将本装置具体应用在纯净水制备和集中供热领域，有效地提高能源利用率，减少制热成本。本装置包括N级闪蒸器1(N≥2)、N级回流管道、加热器3及连接管路。

每级闪蒸器1包括原料液加热区1-A、浓缩液闪蒸区1-B、纯净水生成区1-C，原料液加热区1-A包括原料液入口1-1和原料液出口1-2，浓缩液闪蒸区1-B包括浓缩液入口1-3和浓缩液出口1-4，纯净水生成区1-C包括纯净水入口1-5和纯净水出口1-6，每级回流管道包括回流泵2，第N级闪蒸器1只有纯净水出口1-6。

原料液加热区1-A为间壁式管束结构，位于闪蒸器1顶部；浓缩液闪蒸区1-B为敞口容器结构，位于闪蒸器1底部；纯净水生成区1-C为敞口容器结构，位于原料液加热区和浓缩液闪蒸区之间。

N级闪蒸器1中第M级闪蒸器1的原料液出口1-2与第M-1级闪蒸器1的原料液入口1-1连通，第M级闪蒸器1的浓缩液入口1-3与第M-1级闪蒸器1的浓缩液出口1-4连通，第M级闪蒸器1的纯净水出口1-6与第M-1级闪蒸器1的纯净水入口1-5连通，其中，N≥M≥2。

在第M-1级闪蒸器中，浓缩液从浓缩液入口1-3进入浓缩液闪蒸区1-C进行闪蒸、浓缩，闪蒸所需的热量来自于其自身焓降，因此浓缩液温度下降；闪蒸产生的蒸汽向上流动，分成两部分，一部分蒸汽进入原料液加热区1-A，以间壁式换热形式加热从原料液入口1-1流入的原料液，同时蒸汽发生冷凝，生成的纯净水落入纯净水生成1-C，另一部分蒸汽直接进入纯净水生成区1-C，以直接接触式方式与纯净水生成区1-C中既有的较低温纯净水换热，生成新的热纯净水，并释放冷凝热以加热从纯净水入口1-5流入的第M级纯净水，两部分纯净水共同组成第M-1级闪蒸器1新生成的纯净水，与第M级纯净水混合。

每级回流泵2包括抽液口和排液口，N级回流泵2中第M级回流泵2的抽液口与第M级闪蒸器1的浓缩液出口1-4连通，第M级回流泵2的排液口与第M级闪蒸器1的原料液出口连通。

加热器3包括驱动蒸汽入口3-1、纯净水出口3-2、冷介质入口3-3、冷介质出口3-4，驱动蒸汽入口3-1与外部驱动蒸汽源连通，纯净水出口3-2与纯净水直排管路连通，冷介质入口3-3与第1级闪蒸器的原料液出口1-2连通，冷介质出口3-4与第1级闪蒸器的浓缩液入口1-3连通。

原料液从第N级闪蒸器1的原料液入口1-1进入本发明装置，依次流经第N、N-1、……、2、1级闪蒸器1的原料液加热区1-A，被逐级加热，最后从第1级闪蒸器1的原料液出口1-2流出，再经加热器3进一步加热后进入第1级闪蒸器1的浓缩液闪蒸区1-B，然后依次经第1、2、……、N-1、N级闪蒸器1的浓缩液闪蒸区1-B进行闪蒸，被逐级冷却、浓缩，最后以低温、高浓度状态从第N级闪蒸器1的浓缩液出口1-4流出，部分浓缩液被多级回流泵2抽取，剩余浓缩液被排出本发明装置。

在原料液从第N级闪蒸器1向加热器3的流动过程中，第M级回流泵2从第M级闪蒸器1的浓缩液出口1-4抽取一部分浓缩液送至原料液管路，与从第M级闪蒸器1的原料液出口1-2流出的原料液混合，一起进入第M-1级闪蒸器1的原料液入口1-1。回流管道的作用在于提高整个装置的浓缩率，在原料液流量相同的情况，可以制取更多的纯净水；而逐级分散回流的好处则是可以优化每级的传热温差，最终降低整个装置的总传热面积，从而降低初投资成本。

纯净水依次经第N、N-1、……、2、1级闪蒸器1加热，并接收每级新生成的纯净水，最后从第1级闪蒸器1的纯净水出口1-6流出本发明装置。

实施例二

请参照图2，区别于实施例一每级闪蒸器1都设置一级回流管道，本实施例每隔X级闪蒸器1(共N级)设置一级回流管道，因此总共有N/X级回流管道，其中N是X的倍数。

第N/X级回流管道从第N级闪蒸器1的浓缩液出口1-4抽取部分浓缩液，与从第N-X+1级闪蒸器1的原料液出口1-2流出的原料液混合，进入第N-X级闪蒸器1的原料液入口1-1；第N/X-1级回流管道从第N-X级闪蒸器1的浓缩液出口1-4抽取部分浓缩液，与从第N-2X+1级闪蒸器1的原料液出口1-2流出的原料液混合，进入第N-2X级闪蒸器1的原料液入口1-1……以此类推，最后，第1级回流管道从第X级闪蒸器1的浓缩液出口1-4抽取部分浓缩液，与从第1级闪蒸器1的原料液出口1-2流出的原料液混合，进入加热器3的冷介质入口3-3。

本发明实施例旨在保护一种热纯净水的制备装置及其制备方法，具备如下效果：

本发明装置将纯净水制备与集中供热相结合，在生产纯净水的同时还对纯净水进行加热，并利用供热管网将热纯净水输送至热用户，最后将降温后的纯净水输送至自来水厂进行进一步净化，实现热量与纯净水的同产同送；在制备纯净水的过程中，作为驱动装置运行的热源，驱动蒸汽的热量被充分利用于纯净水的加热，而很少被浪费，相比于普通的单产水装置，本发明装置具有更高的能量利用效率，从而有效降低运行成本。

此外，本发明装置通过设置回流管道，合理控制浓缩液的浓缩程度，在浓缩液的浓度不合格时，有选择地将浓缩液回流至原料液再次进行加热、闪蒸，提高原料液的淡化程度和热纯净水的生成率。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种热纯净水的制备装置，其特征在于，包括：

N级闪蒸器(1)，每级所述闪蒸器(1)包括原料液加热区(1-A)和浓缩液闪蒸区(1-B)，所述原料液加热区(1-A)设有原料液入口(1-1)和原料液出口(1-2)，所述浓缩液闪蒸区(1-B)设有浓缩液入口(1-3)和浓缩液出口(1-4)；

K级回流管道，每级回流管道包括回流液入口(2-1)和回流液出口(2-2)，所述K级回流管道中第J级回流管道的回流液入口(2-1)与所述N级闪蒸器(1)中的第P级闪蒸器(1)的浓缩液出口(1-4)连通，第J级回流管道的回流液出口(2-2)与所述N级闪蒸器(1)中的第Q级闪蒸器(1)的原料液入口(1-1)连通，其中，N≥2，N≥K≥J≥1,N≥P≥Q≥J；

加热器(3)，所述加热器(3)包括冷介质入口(3-3)和冷介质出口(3-4)，所述加热器(3)用于将原料液加热至第1级闪蒸器闪蒸所需的温度，所述加热器(3)的冷介质入口(3-3)与所述N级闪蒸器(1)中的第1级闪蒸器(1)的原料液出口(1-2)连通，所述加热器(3)的冷介质出口(3-4)与所述N级闪蒸器(1)中的第1级闪蒸器(1)的浓缩液入口(1-3)连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述N级闪蒸器(1)中第M级闪蒸器(1)的浓缩液入口(1-3)与第M-1级闪蒸器(1)的浓缩液出口(1-4)连通，第M级闪蒸器(1)的原料液出口(1-2)与第M-1级闪蒸器(1)的原料液入口(1-1)连通；

所述N级闪蒸器(1)中第N级闪蒸器(1)的浓缩液出口(1-4)用于排出浓缩液，所述N级闪蒸器(1)中第N级闪蒸器(1)的原料液入口(1-1)用于引入原料液；

其中，N≥M≥2。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述N级闪蒸器(1)中的每级闪蒸器(1)的原料液加热区(1-A)为间壁式结构，位于闪蒸器(1)顶部；

浓缩液闪蒸区(1-B)闪蒸产生的部分蒸汽在原料液加热区(1-A)冷凝，释放冷凝热，通过换热壁加热原料液，同时蒸汽自身冷凝生成纯净水。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述N级闪蒸器(1)中每级闪蒸器(1)还包括纯净水生成区(1-C)，所述纯净水生成区(1-C)包括纯净水入口(1-5)和纯净水出口(1-6)；

所述N级闪蒸器(1)中第G级闪蒸器(1)的纯净水出口(1-6)与第G-1级闪蒸器(1)的纯净水入口(1-5)连通；

其中，N≥G≥2。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述N级闪蒸器(1)中每级闪蒸器(1)的所述纯净水生成区(1-C)为敞口容器结构，所述纯净水生成区(1-C)位于所述浓缩液闪蒸区(1-B)和所述原料液加热区(1-A)之间；

所述纯净水生成区(1-C)接收所述浓缩液闪蒸区(1-B)闪蒸的蒸汽冷凝生成的纯净水。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述K级回流管道中的每级回流管道均包括：回流泵(2)和连接管；

所述K级回流管道中的第J级回流管道的所述回流泵(2)的抽液口通过所述连接管与所述N级闪蒸器(1)中的第P级闪蒸器(1)的浓缩液出口(1-4)连通，第J级回流管道的所述回流泵(2)的排液口通过所述连接管与所述N级闪蒸器(1)中的第Q级闪蒸器(1)的原料液入口(1-1)连通。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述加热器(3)还包括驱动蒸汽入口(3-1)和冷凝水出口(3-2)；

原料液从所述冷介质入口(3-3)进入所述加热器(3)，并与从所述驱动蒸汽入口(3-1)进入所述加热器(3)的高温蒸汽进行换热，高温蒸汽换热后生成的冷凝水从所述冷凝水出口(3-2)排出，原料液换热后达到第1级闪蒸器闪蒸所需的温度。

8.一种热纯净水的制备方法，其特征在于，该热纯净水通过权利要求1-8任一项所述的热纯净水制备装置制备得到。

9.根据权利要求8的制备方法，其特征在于，

所述原料液为：海水、河水、湖水、地下水、污水、废水或中水。

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