(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107381694 A(43)申请公布日 2017.11.24
(21)申请号 201710847568.0(22)申请日 2017.09.19
(71)申请人 四川大学
地址 610207 四川省成都市一环路南一段
24号(72)发明人 谢果 孙立成 唐继国 刘洪涛
莫政宇 鲍静静 杜敏 (74)专利代理机构 成都蓉信三星专利事务所
(普通合伙) 51106
代理人 刘克勤(51)Int.Cl.
C02F 1/04(2006.01)C02F 1/16(2006.01)C02F 103/08(2006.01)
(54)发明名称
一种低温多效蒸馏海水淡化装置(57)摘要
本发明公开了一种低温多效蒸馏海水淡化装置，包括由上而下顺序布置的多级蒸馏室，每级蒸馏室由多个结构相同的蒸馏产水单元并联构成；各级蒸馏室的所有蒸馏产水单元的各种介质进、出管路均通过阀门与相应的总管连接，通过控制阀门启、闭状态，可调整蒸馏产水单元并联的数量；所述各级蒸馏室的级间连接配有阀门和旁通管路，通过控制阀门和旁通管路的运行状态，可调整蒸馏室的串联级数；可以组合出不同能力、不同效数的海水淡化装置，满足任何一个工程的实际需要，模块化部件容易实现标准化、规模化生产，便于运输，安装调试简便快捷，可大幅降低工程造价，缩短施工周期。
权利要求书2页 说明书5页 附图3页
CN 107381694 ACN 107381694 A
权 利 要 求 书
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1.一种低温多效蒸馏海水淡化装置，包括由上而下顺序布置的多级蒸馏室，每级蒸馏室由多个结构相同的蒸馏产水单元并联构成；所述蒸馏产水单元包括壳体、位于壳体内的海水蒸发槽、浸没在海水蒸发槽内海水中的换热管；每一级蒸馏室的顶部有循环水喷淋装置，底部有循环水集水盘，级间配有循环水泵；所述首级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管连通外部热源，通过热介质循环将首级蒸馏室蒸馏产水单元中的海水加热，使之蒸发，顶部的喷淋装置向蒸馏产水单元的壳体外壁喷淋循环水进行冷却，使蒸汽在壳体内壁凝结，成为产品淡水，蒸汽所含的潜热被循环水带走，被加热的循环水汇入集水盘，再由循环水泵泵入次级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管，作为次级的海水加热热源，继续加热次级海水产生蒸汽；次级换热管中的循环水散热后，泵入首级喷淋装置作为首级冷却水，次级所产蒸汽所含的潜热被次级循环冷却水带走，被加热的次级循环水汇入次级集水盘，再由次级循环水泵泵入第三级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管，作为第三级的海水加热热源，继续加热第三级海水产生蒸汽，第三级换热管中的循环水散热后，泵入次级喷淋装置作为次级冷却水；以此类推，直至末级，末级集水盘收集的循环水经冷却器冷却后，再泵入末级喷淋装置，完成整个循环；各级蒸馏室海水蒸发的饱和温度由上而下逐级递减；壳体的底部有淡水出水管，通往淡水储罐；所述海水槽有海水补水管和浓盐水出水管，海水补水管向海水蒸发槽补充海水，使其液位保持稳定，蒸馏后的浓盐水经浓盐水出水管通往浓盐水储罐；所述蒸馏产水单元开有真空抽气口，通过管道连通抽气装置，用于抽出蒸馏产水单元内的不凝物质，并在蒸馏产水单元壳体内形成负压，以利海水蒸发；抽气管路上设有阀门，通过调节阀门开度可调节各级蒸馏室产水单元中的压力，各级蒸馏室产水单元中的压力由上而下逐级递减，与各级海水的饱和温度相对应。
2.如权利要求1所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述各级蒸馏室的所有蒸馏产水单元的各种介质进、出管路均通过阀门与相应的总管可卸连接，便于拆装更换故障蒸馏产水单元，通过控制阀门启、闭状态，可调整蒸馏产水单元并联的数量；所述各级蒸馏室的级间连接配有阀门和旁通管路，通过控制阀门和旁通管路的运行状态，可调整蒸馏室的串联级数。
3.如权利要求2所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述各级蒸馏产水单元的淡水出水管汇集连接淡水出水总管，经淡水出水总管连通淡水储罐；所述各级蒸馏产水单元的浓盐水出水管汇集连接浓盐水出水总管，经浓盐水出水总管连通浓盐水储罐；所述各级蒸馏产水单元的真空抽气口设在淡水出水管/和浓盐水出水管上，使淡水出水管/和浓盐水出水管的管内首先形成负压，以利淡水、浓盐水顺利地进入各自的总管。
4.如权利要求2所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述淡水出水总管上配有回热冷却器，利用常温海水吸收淡水余热；所述浓盐水出水总管上配有回热冷却器，利用常温海吸收浓盐水余热，两回热冷却器的常温海水介质通道串联连接，常温海水被加热升温后再被分配到各级蒸馏室作为补水，以降低能耗，并对排出的淡水、浓盐水水进行冷却，防止其在管路内部闪蒸形成两相流堵塞管路。
5.如权利要求4所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于，本装置所用海水是经预处理的海水，经预处理的海水分成两股，其中一股经淡水回热冷却器、浓盐水回热冷却器加热后作为补水，分别送往各级蒸馏室；另一股通入末级喷淋循环水的冷却器，作为冷源与来自末级循环水收集盘的循环水换热，将循环水冷却，吸热后的海水放空。
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权 利 要 求 书
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6.如权利要求1所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述首级蒸馏室所用外部热源的循环热介质是蒸汽、热水、热风之一。
7.如权利要求1所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于，所述蒸馏产水单元的外壳形状为圆形、三角形、梯形之一。
8.如权利要求1所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述蒸馏产水单元的外壳由金属或钢化玻璃制成，其内部蒸发槽由不锈钢、钛钢或陶瓷材料制成。
9.如权利要求1所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述循环水喷淋装置的结构形式为浴头型喷淋式、水幕喷淋式、雾化喷淋式任意一种。
10.如权利要求1所述的低温多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述抽真空装置是机械真空泵或射流抽气器。
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说 明 书
一种低温多效蒸馏海水淡化装置
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技术领域
[0001]本发明涉及一种低温多效蒸馏海水淡化装置，属于热工设备技术领域。
背景技术
[0002]我国沿海地区大部分城市人均淡水资源量低于500m3，约为世界平均水平的1/20，淡水资源的匮乏制约着沿海地区的经济发展和城市建设。利用海水淡化解决沿海城市、岛屿及偏远地区的淡水问题是实现国家可持续发展战略方针的一条优选途径。[0003]低温多效蒸馏技术（low temperature-multiple effect distillation, LT-MED）是20世纪70年代出现的技术，该技术克服了早期多效蒸馏的结垢问题因而得到了广泛应用，目前约有400台该类装置在世界各地运行。其特点在于：装置内部最高操作温度通常不超过70℃，因此可以有效地避免装置内部蒸发原水在换热壁面上结垢；设备由于低温操作因此更加安全可靠；系统换热系数高，造水比高；操作弹性大，可在40%~110%负荷范围内操作；水质好，产水含盐量不超过5mg/L等。国家“十五”期间，将低温多效蒸馏海水淡化及示范工程研究列入国家重大专项并计划建立千吨级示范工程，本世纪以来，我国已建成多个大型海水淡化工程。[0004]目前，大型化仍是低温多效蒸馏技术的发展趋势，随着处理能力的不断攀升，装置的尺寸越来越庞大，制造、运输、安装难度也越来越大，工程建造成本高、周期长。并且，当装置内部某处出现泄露或者配件出现故障时，整个系统的运行都会受到很大影响甚至会被迫停止运行，系统维护成本高。另外，每一个工程都是单独设计，没有通用性，花费大量人力、财力，只制造一套装置，用于一项工程，经济性很差。发明内容
[0005]针对上述问题，本发明提供一种低温多效蒸馏海水淡化装置，采用模块化设计，通过组装方式可以满足各种处理能力的工程，无需单独设计和制造，大幅降低工程造价；亦可通过调整装置的运行状态，调整处理能力，适应不断变化的市场淡水需求，节约运行成本。[0006]其技术解决方案是：
一种低温多效蒸馏海水淡化装置，包括由上而下顺序布置的多级蒸馏室，每级蒸馏室由多个结构相同的蒸馏产水单元并联构成；所述蒸馏产水单元包括壳体、位于壳体内的海水蒸发槽、浸没在海水蒸发槽内海水中的换热管；每一级蒸馏室的顶部有循环水喷淋装置，底部有循环水集水盘，级间配有循环水泵；所述首级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管连通外部热源，通过热介质循环将首级蒸馏室蒸馏产水单元中的海水加热，使之蒸发，顶部的喷淋装置向蒸馏产水单元的壳体外壁喷淋循环水进行冷却，使蒸汽在壳体内壁凝结，成为产品淡水，蒸汽所含的潜热被循环水带走，被加热的循环水汇入集水盘，再由循环水泵泵入次级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管，作为次级的海水加热热源，继续加热次级海水产生蒸汽；次级换热管中的循环水散热后，泵入首级喷淋装置作为首级冷却水，次级所产蒸汽所含的潜热被次级循环冷却水带走，被加热的次级循环水汇入次级集水盘，再由次级循环水泵
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泵入第三级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管，作为第三级的海水加热热源，继续加热第三级海水产生蒸汽，第三级换热管中的循环水散热后，泵入次级喷淋装置作为次级冷却水；以此类推，直至末级，末级集水盘收集的循环水经冷却器冷却后，再泵入末级喷淋装置，完成整个循环；各级蒸馏室海水蒸发的饱和温度由上而下逐级递减；壳体的底部有淡水出水管，通往淡水储罐；所述海水槽有海水补水管和浓盐水出水管，海水补水管向海水蒸发槽补充海水，使其液位保持稳定，蒸馏后的浓盐水经浓盐水出水管通往浓盐水储罐；所述蒸馏产水单元开有真空抽气口，通过管道连通抽气装置，用于抽出蒸馏产水单元内的不凝物质，并在蒸馏产水单元壳体内形成负压，以利海水蒸发；抽气管路上设有阀门，通过调节阀门开度可调节各级蒸馏室产水单元中的压力，各级蒸馏室产水单元中的压力由上而下逐级递减，与各级海水的饱和温度相对应。
[0007]所述各级蒸馏室的所有蒸馏产水单元的各种介质进、出管路均通过阀门与相应的总管可卸连接，便于拆装更换故障蒸馏产水单元，通过控制阀门启、闭状态，可调整蒸馏产水单元并联的数量；所述各级蒸馏室的级间连接配有阀门和旁通管路，通过控制阀门和旁通管路的运行状态，可调整蒸馏室的串联级数。
[0008]所述各级蒸馏产水单元的淡水出水管汇集连接淡水出水总管，经淡水出水总管连通淡水储罐；所述各级蒸馏产水单元的浓盐水出水管汇集连接浓盐水出水总管，经浓盐水出水总管连通浓盐水储罐；所述各级蒸馏产水单元的真空抽气口设在淡水出水管/和浓盐水出水管上，使淡水出水管/和浓盐水出水管的管内首先形成负压，以利淡水、浓盐水顺利地进入各自的总管。
[0009]所述淡水出水总管上配有回热冷却器，利用常温海水吸收淡水余热；所述浓盐水出水总管上配有回热冷却器，利用常温海吸收浓盐水余热，两回热冷却器的常温海水介质通道串联连接，常温海水被加热升温后再被分配到各级蒸馏室作为补水，以降低能耗，并对排出的淡水、浓盐水水进行冷却，防止其在管路内部闪蒸形成两相流堵塞管路。[0010]本装置所用海水是经预处理的海水，经预处理的海水分成两股，其中一股经淡水回热冷却器、浓盐水回热冷却器加热后作为补水，分别送往各级蒸馏室；另一股通入末级喷淋循环水的冷却器，作为冷源与来自末级循环水收集盘的循环水换热，将循环水冷却，吸热后的海水放空。
[0011]所述首级蒸馏室所用热源的循环热介质是蒸汽、热水、热风之一。[0012]所述蒸馏产水单元的外壳形状为圆形、三角形、梯形之一。[0013]所述蒸馏产水单元的外壳由金属或钢化玻璃制成，其内部蒸发槽由不锈钢、钛钢或陶瓷材料制成。
[0014]所述循环水喷淋装置的结构形式为浴头型喷淋式、水幕喷淋式、雾化喷淋式任意一种。
[0015]所述抽真空装置是机械真空泵或射流抽气器。[0016]本发明的有益效果：
1、由于采用模块化设计，可以组合出不同能力、不同效数的海水淡化装置，满足任何一个工程的实际需要，无需再单独设计和制造，模块化部件容易实现标准化、规模化生产，体积小、重量轻，便于运输，安装调试简便快捷，可大幅降低工程造价，缩短施工周期。[0017]2、可通过自控系统调整蒸馏室的串联级数和蒸馏产水单元的并联数量，从而调整
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装置的产水能力，适应淡水市场需求变化，提高运行经济性，特别适合电力、化工等企业的联产项目。[0018]3、由于采用模块化设计，拆装更换故障部件简便快捷，无需停产，装置的大修周期长，时间短，装置使用率高。附图说明[0019]图1 是本装置的总体结构示意图
图2是蒸馏产水单元的并联连接结构图图3是蒸馏室级间连接结构图
图4是蒸馏产水单元的一种外壳形状图图5是蒸馏产水单元的另一种外壳形状图图6是蒸馏产水单元的再一种外壳形状图图中标注说明：1.循环水泵; 2.循环水喷淋装置; 3.蒸馏产水单元; 4.压力调节阀; 5.抽真空装置; 6.循环水集水盘; 7.循环水末级冷却器; 8.盐水收集罐; 9.淡水收集罐; 10.回热冷却器; 11.补给水截止阀; 12.喷淋截止阀; 13.浓盐水截止阀; 14.循环水出口截止阀; 15.循环水入口截止阀; 16.淡水截止阀; 17.海水补给管; 18.壳体; 19.海水蒸发槽; 20.换热管; 21.淡水管; 22.浓盐水管。具体实施方式
[0020]下面结合附图详细说明本发明。
[0021]首先介绍蒸馏产水单元的基本结构，参见图4、图5、图6，它们的内部结构相同，只是外壳形状不同，故一并说明，该蒸馏产水单元包括壳体18，位于壳体18内的海水蒸发槽19，浸没在海水蒸发槽内海水中的换热管20，从外部引入穿越壳体18通往海水蒸发槽19的海水补给管17，从壳体18底部引出的淡水管21，从海水蒸发槽19底部引出并穿越壳体18的浓盐水管22。其中，图4的外壳是圆筒形；图5的外壳是梯形，其顶面是斜面；图6的外壳是房屋形，其顶面是人字形斜面。[0022]参见图1，将多个蒸馏产水单元3并联，配上循环水喷淋装置2、循环水集水盘6、组成一级蒸馏室，循环水喷淋装置2位于蒸馏产水单元3的上方，其喷头正对蒸馏产水单元3的外壳顶面，循环水集水盘6位于蒸馏产水单元3的下方，用于收集喷淋而下的循环水。再将多级蒸馏室按由上而下顺序布置，配上循环水泵1，抽真空装置5及压力调节阀4，循环水末级冷却器7，浓盐水收集罐8，淡水收集罐9，浓盐水和淡水的回热冷却器10，构成本海水淡化装置。装置中各产水单元通过金属支架固定，由于该支架不与海水接触，因此支架选用常规材料即可。
[0023]本装置各级蒸馏室的所有蒸馏产水单元的各种介质进、出管路均通过阀门与相应的总管可卸连接，参见图2，各级蒸馏室均对应有一根补给水总管、浓盐水排出总管、淡水排出总管和压力调节总管，各个总管上设有多个管路分支，通过补给水截止阀11、喷淋截止阀12、浓盐水截止阀13、循环水出口截止阀14、循环水入口截止阀15及淡水截止阀16将各个支路与各个产水单元连接，便于拆装更换故障蒸馏产水单元，通过控制阀门启、闭状态，可调
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整蒸馏产水单元并联的数量；参见图3，各级蒸馏室的级间连接配有阀门和旁通管路，通过控制阀门和旁通管路的运行状态，可调整蒸馏室的串联级数。[0024]各级蒸馏室的级间串联运行通过循环水泵1来实现，循环水泵1包括下行泵和上行泵，下行泵用于将集水盘中收集到的循环水送入下一级蒸馏室，作为下一级海水蒸发的加热热源；上行泵用于将换热管内散热后的循环水送入上一级循环水喷淋装置，作为上一级蒸汽凝结的冷却冷源。
[0025]各级蒸馏室的操作压力通过压力调节阀4进行调节，其内部负压通过抽真空装置5维持。产水单元内部蒸发槽19中海水的温度通过循环热水和补给水流量共同调节，使水温接近对应压力下的饱和温度。通常低温多效蒸馏系统的海水温度不宜超过70℃以防止蒸发槽及加热管结垢，考虑到模块式蒸馏装置易拆卸清洗、与海水接触部分零件可为耐腐蚀非金属材料等特点，第一级蒸馏室海水温度可适当提高。
[0026]各级蒸馏室海水蒸发的饱和温度由上而下逐级递减；壳体的底部有淡水出水管，通往淡水储罐；所述海水槽有海水补水管和浓盐水出水管，海水补水管向海水蒸发槽补充海水，使其液位保持稳定，蒸馏后的浓盐水经浓盐水出水管通往浓盐水储罐；所述蒸馏产水单元开有真空抽气口，通过管道连通抽气装置，用于抽出蒸馏产水单元内的不凝物质，并在蒸馏产水单元壳体内形成负压，以利海水蒸发；抽气管路上设有阀门，通过调节阀门开度可调节各级蒸馏室产水单元中的压力，各级蒸馏室产水单元中的压力由上而下逐级递减，与各级海水的饱和温度相对应。真空抽气口可设在淡水出水管上，也可设在浓盐水出水管上，或在淡水出水管、浓盐水出水管上都设抽汽口，使淡水出水管、浓盐水出水管的管内首先形成负压，以利淡水、浓盐水顺利地进入各自的总管，具体结构可采用“管中管”形式，即将弯头状抽气管穿过淡水出水管、浓盐水出水管的管壁，伸进淡水出水管、浓盐水出水管内，抽气管管口朝向与淡水、浓盐水的流动方向一致，呈背流状态，以避免淡水、浓盐水被抽入抽气装置。
[0027]本装置须使用经预处理的海水，经预处理后的海水进入本装置分为两股。其中一股经淡水回热冷却器和浓盐水回热冷却器，两个回热冷却器的海水通道串联，海水吸收淡水和浓盐水的余热后，作为补水分别送往各级蒸馏室，可提高海水的初始温度，降低淡化能耗；另一股通入末级喷淋循环水的冷却器，作为冷源与来自末级循环水收集盘的循环水换热，将末级循环水冷却，吸热后的海水放空。[0028]本装置的操作步骤如下：
系统启动时，浓盐水排出管路的阀门打开至最大开度，之后逐渐开启进海水回路，并调节蒸馏产水单元3的补给水阀门，使各个单元中补水流量大致相同。待稳定后开启各级的热水循环泵1，加热蒸发原水。之后打开抽真空装置5及压力调节阀4，调节装置操作压力。待各个蒸馏产水单元3温度和压力均调节至操作值后，将淡水管路与常用淡水收集罐连接，同时排尽备用罐中残水，整个系统至此进入稳定运行状态。当淡水收集罐中水满时，将管路连接至备用罐。系统需要停止时，首先确认系统热源已经停止供热，然后关闭系统的抽真空装置5，将装置内部恢复为常压，依次关闭循环水泵及补给水泵，待浓海水出口及淡水出口处没有水排出后关闭其管路上对应的阀门即可。当系统中某个蒸发模块发生故障需要检修和拆卸时，依次关闭该模块连接管路上的阀门，切断各个连接管道，将该模块拆卸即可，无需停机。
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淡化海水的工艺过程如下：
首级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管连通外部热源，例如热电厂汽轮发电机组的乏汽，通过乏汽循环将首级蒸馏室蒸馏产水单元中的海水加热，使之蒸发，顶部的喷淋装置向蒸馏产水单元的壳体外壁喷淋循环水进行冷却，使蒸汽在壳体内壁凝结，成为产品淡水，乏汽散热后返回机组凝结水系统；海水蒸发出的蒸汽所含的潜热被循环水带走，被加热的循环水汇入集水盘，再由循环水泵泵入次级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管，作为次级的海水加热热源，继续加热次级海水产生蒸汽；次级换热管中的循环水散热后，泵入首级喷淋装置作为首级冷却水，次级所产蒸汽所含的潜热被次级循环冷却水带走，被加热的次级循环水汇入次级集水盘，再由次级循环水泵泵入第三级蒸馏室的蒸馏产水单元的换热管，作为第三级的海水加热热源，继续加热第三级海水产生蒸汽，第三级换热管中的循环水散热后，泵入次级喷淋装置作为次级冷却水；以此类推，直至末级，末级集水盘收集的循环水经冷却器冷却后，再泵入末级喷淋装置，完成整个循环。[0030]当然，外部热源还可是其它含热流体，如热水、热风等，这就给电力、化工等具有余热的企业提供了广阔的联产应用前景，可从中获得巨大的经济效益。
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