專利名稱：低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種噴霧蒸發-多效蒸鎦海水淡化方法及裝置，屬于海水或苦咸水淡化 技術領域。
背景技術：
隨著我國社會和經濟的發展，水資源短缺問題日益嚴峻，而海水及苦咸水淡化技術 是解決缺水問題的有效手段。現有的工業化海水淡化方法分為熱法(如多級閃蒸、多效 蒸餾)和膜法(如反滲透)兩大類。熱法是利用熱能使鹽水產生相變，使水分蒸發出來， 再通過冷凝得到淡水；熱法淡化需要以蒸汽作為熱源，能耗較高，需要配備蒸汽發生裝 置，設備造價高、投資大。膜法則是利用分離膜將鹽水中的鹽分截留或移除，進而得到 淡水；膜法淡化過程都存在膜污染問題，需要定期清洗或更換膜組件，日常的操作和維 護都比較復雜，因此對進料海水預處理的要求較為嚴格，預處理費用高。兩種淡化方法 產生的濃縮海水一般直接排放，雖然也可用于制鹽及提取鉀、鎂等各類化學元素，但仍 需要二次濃縮。
噴霧蒸發淡化技術則避免了上述問題，該技術的原理為將鹽水呈霧狀噴向熱氣流， 使鹽水中的水分迅速變為水蒸汽，于是鹽水被高度濃縮或鹽水中的鹽分形成固體顆粒沉 淀而與水分分離開來，再通過冷卻含有水蒸汽的熱氣流就可以制得淡水。這種淡化方法 在日常的操作中，不像膜法那樣需要復雜的維護，也不需要配備專門用于產生蒸汽的裝 置，其優點還包括可以使用低位熱能作為能源，鹽水濃縮比高，且對進料鹽水預處理 的要求較低等。研究表明，利用噴霧蒸發淡化技術，海水中95%以上的水分都可以被分 離出來，沉淀出的鹽分含水量很低，甚至能夠直接形成固體結晶物，可以方便地用于制 鹽或者提取其它各類化學元素。但是噴霧蒸發淡化工藝中，為了制取淡水，含有水蒸汽
的熱氣流在冷卻過程需要使用大量的冷卻水，每生產lkg淡水需要的冷卻水量少則7kg 左右，多則20kg以上，該技術的推廣因此受到了一定的限制。
發明內容
本發明的目的在于提供一種噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化方法，它將噴霧蒸發和多
效蒸餾技術耦合起來，實現能源和資源的綜合利用。
本發明的另一個目的在于提供一種噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置。 本發明的目的是通過下述的技術方案加以實現的。 一種噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于
i)該裝置包括一個噴霧蒸發室l，在噴霧蒸發室l內腔的左側安裝有鹽水噴嘴8， 噴嘴8的進口與鹽水儲罐10出口連接，并在連接管路上設有泵9;
j)噴霧蒸發室1左側壁上的空氣進口與立式的氣水分離器7上端口連接，并在氣 水分離器7至噴霧蒸發室1的連接管路上依次設有風機11和加熱器12;
k)噴霧蒸發室l底部設有高濃鹽水出口，右側壁上設有濕熱空氣出口，濕熱空氣
出口前設有除沫器2;
1)多效蒸餾裝置4的首效裝置的加熱蒸汽進、出口分別與噴霧蒸發室1濕熱空氣 出口、氣水分離器7中部端口連通，其余各效裝置加熱蒸汽進口均與上一效裝置的二次 蒸汽出口連通；
m)多效蒸餾裝置4末效裝置的二次蒸汽出口與首效裝置加熱蒸汽進口連通，并在 末效裝置二次蒸汽出口至首效裝置加熱蒸汽進口的連接管路上依次設有壓縮機5和加熱
器3;
n)多效蒸餾裝置4除首效外的其余各效裝置加熱蒸汽冷凝水出口均與淡水管路連
接；
o)多效蒸餾裝置4的各效裝置頂端與換熱器6的管程連通，底端與濃鹽水管路連 接，其中濃鹽水管路上設有一支路與鹽水儲罐10連通； p)換熱器6的殼程與氣水分離器7下端口連通。
利用上述噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置的海水淡化方法，其特征在于包括以下 過程
h)空氣由風機11輸送至加熱器12,被加熱后進入噴霧蒸發室l;同時，鹽水儲罐 10中的濃鹽水由泵9輸送至噴嘴8，然后呈霧狀噴灑于噴霧蒸發室l的內腔中，與熱氣 流接觸并發生汽化；
i)鹽水霧滴汽化得到的水蒸汽與空氣混合，形成的濕熱空氣通過除沫器2后排出 噴霧蒸發室l;汽化后剩余的鹽水霧滴在噴霧蒸發室1底部濃縮、凝結為高濃鹽水，并 由噴霧蒸發室l底部出口排出；
j)由噴霧蒸發室1排出的濕熱空氣進入多效蒸餾裝置4的首效裝置的加熱管，用
作多效蒸餾裝置4的熱源;濕熱空氣中的水分在多效蒸餾裝置4首效裝置加熱管內冷凝， 冷凝水與空氣一起排入氣水分離器7;
k)空氣從氣水分離器7上端口排出并重新引入風機11循環使用；水從氣水分離器 7下端口排出，進入換熱器6的殼程并用于預熱管程的進料鹽水；
1)預熱后的進料鹽水平流進入多效蒸餾裝置4的各效，蒸發濃縮后的濃鹽水自各 效裝置的底部出口排入濃鹽水管路，其中濃鹽水的一部分排入鹽水儲罐10，各效產生的 二次蒸汽作為下一效的加熱蒸汽；
m)多效蒸餾裝置4末效二次蒸汽經壓縮機5壓縮、加熱器3加熱后，與噴霧蒸發 室.l排出的濕熱空氣混合；
n)多效蒸餾裝置4除首效外的各效加熱蒸汽冷凝水排入淡水管路。
其中，
上述的加熱器3為太陽能集熱器，或者使用低位熱能作為熱源的間壁式換熱器。 上述的加熱器3所使用的低位熱能熱源為地熱或工廠廢熱。 上述的加熱器3的水蒸汽出口溫度為60 250 。C。 上述的多效蒸餾裝置4的效數為1效至20效。 上述的換熱器6為管殼式結構或板框式結構。
上述的加熱器12為太陽能集熱器，或者使用低位熱能作為熱源的間壁式換熱器。 上述的加熱器12所使用的低位熱能熱源為地熱或工廠廢熱。 上述的加熱器12的空氣出口溫度為60~250 °C。
本發明使用低位熱能作為熱源，有利于降低海水淡化的成本；在傳統的多效蒸餾海 水淡化工藝的基礎上，通過噴霧蒸發的方法進一歩從濃鹽水中提取淡水，產生的高濃鹽 水還可用于制鹽及鉀、鎂等化學元素的提取等海水綜合利用過程，不僅提高了淡水產量， 也有利于降低海水綜合利用的成本，具有廣泛的應用前景。
圖l是本發明裝置組成示意圖。
圖中
l-噴霧蒸發室；2-除沫器；3-加熱器；4-多效蒸餾裝置；5-壓縮機；6-換熱器；7-氣 水分離器；8-噴嘴；9-泵；10-鹽水儲罐；ll-風機；12-加熱器。
具體實施例方式
下面結合附圖并通過具體實施例來進一步說明本發明。
實施例1:
a) 空氣由風機11輸送至加熱器12,被加熱到10(TC后進入噴霧蒸發室1;同時， 鹽水儲罐10中的濃鹽水由泵9輸送至噴嘴8，然后呈霧狀噴灑于噴霧蒸發室1的內腔中， 與熱氣流接觸并發生汽化；
b) 鹽水霧滴汽化得到的水蒸汽與空氣混合，形成的濕熱空氣通過除沫器2后排出 噴霧蒸發室l;汽化后剩余的鹽水霧滴在噴霧蒸發室1底部濃縮、凝結為高濃鹽水，并 由噴霧蒸發室l底部出口排出；高濃鹽水用于制鹽及鉀、鎂等化學元素的提取；
c) 由噴霧蒸發室1排出的濕熱空氣進入多效蒸餾裝置4的首效裝置的加熱管，用 作多效蒸餾裝置4的熱源;濕熱空氣中的水分在多效蒸餾裝置4首效裝置加熱管內冷凝， 冷凝水與空氣一起排入氣水分離器7;
d) 空氣從氣水分離器7上端口排出并重新引入風機11循環使用；水從氣水分離器 7下端口排出，進入換熱器6的殼程并用于預熱管程的進料鹽水；
e) 預熱后的進料鹽水平流進入多效蒸餾裝置4的各效，蒸發濃縮后的濃鹽水自各 效裝置的底部出口排入濃鹽水管路，其中首效裝置濃鹽水的一部分排入鹽水儲罐10，各 效產生的二次蒸汽作為下一效的加熱蒸汽；
f) 多效蒸餾裝置4末效二次蒸汽經壓縮機5壓縮、加熱器3加熱后，與噴霧蒸發 室l排出的濕熱空氣混合；
'g)多效蒸餾裝置4除首效外的各效加熱蒸汽冷凝水排入淡水管路。 本實施例所述的加熱器3和加熱器12的熱源為電廠廢熱。
本實施例所述的進料海水流量為209kg/h，初始溫度為20。C，初始濃度為3.21%; 多效蒸餾裝置4的效數為3效，各效的有效傳熱面積均為2.0m、多效蒸餾裝置4的淡 水產量102.6 kg/h，淡水含鹽量為4.9 mg/L。
本實施例所述的風機11產生的空氣流量為92.08 kg^，/h，噴霧蒸發室1產生的常 壓濕熱空氣溫度為75 。C，含水量為0.37 kg*/kg wi，濕熱空氣冷凝后所提供的淡水產 量為31.07 kg/h，淡水含鹽量為5.1 mg/L。
本實施例所述的噴霧蒸發-多效蒸餾工藝在普通多效蒸餾工藝的基礎上淡水產量增 加了 30.28%，增產效益明顯。
實施例2:
.裝置及工作過程與實施例1相同，不同之處在于風機ll產生的空氣流量為139 kg ^Vh，空氣在加熱器12的加熱溫度為95 。C，噴霧蒸發室1產生的常壓濕熱空氣的溫 度為70 °C，含水量為0.27kg*/kg. ，濕熱空氣冷凝后所提供的淡水產量為32.4kg/h。 本實施例中，多效蒸餾裝置4的進料海水流量為221.1kg/h，淡水產量100.5 kg/h，淡水 含鹽量為4.6 mg/L。本實施例所述的噴霧蒸發-多效蒸餾工藝在普通多效蒸餾工藝的基礎 上淡水產量增加了 32.24%。
權利要求
1.一種低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于a)該裝置包括一個噴霧蒸發室(1)，在噴霧蒸發室(1)內腔的左側安裝有鹽水噴嘴(8)，噴嘴(8)的進口與鹽水儲罐(10)出口連接，并在連接管路上設有泵(9)；b)噴霧蒸發室(1)左側壁上的空氣進口與立式的氣水分離器(7)上端口連接，并在氣水分離器(7)至噴霧蒸發室(1)的連接管路上依次設有風機(11)和加熱器(12)；c)噴霧蒸發室(1)底部設有高濃鹽水出口，右側壁上設有濕熱空氣出口，濕熱空氣出口前設有除沫器(2)；d)多效蒸餾裝置(4)的首效裝置的加熱蒸汽進、出口分別與噴霧蒸發室(1)濕熱空氣出口、氣水分離器(7)中部端口連通，其余各效裝置加熱蒸汽進口均與上一效裝置的二次蒸汽出口連通；e)多效蒸餾裝置(4)末效裝置的二次蒸汽出口與首效裝置加熱蒸汽進口連通，并在末效裝置二次蒸汽出口至首效裝置加熱蒸汽進口的連接管路上依次設有壓縮機(5)和加熱器(3)；f)多效蒸餾裝置(4)除首效外的其余各效裝置加熱蒸汽冷凝水出口均與淡水管路連接；g)多效蒸餾裝置(4)的各效裝置頂端與管殼式換熱器(6)的管程連通，底端與濃鹽水管路連接，其中濃鹽水管路上設有一支路與鹽水儲罐(10)連通；h)換熱器(6)的殼程與氣水分離器(7)下端口連通。
2. —種低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化方法，其特征在于包括以下過程a) 空氣由風機(11)輸送至加熱器(12)，被加熱后進入噴霧蒸發室(1);同時， 鹽水儲罐(10)中的濃鹽水由泵(9)輸送至噴嘴(8)，然后呈霧狀噴灑于噴霧蒸發室(1) 的內腔中，與熱氣流接觸并發生汽化；b) 鹽水霧滴汽化得到的水蒸氣與空氣混合，形成的濕熱空氣通過除沫器(2)后排 出噴霧蒸發室(1);汽化后剩余的鹽水霧滴在噴霧蒸發室(1)底部濃縮、凝結為高濃鹽 水，并由噴霧蒸發室(1)底部出口排出；c) 由噴霧蒸發室(1)排出的濕熱空氣進入多效蒸餾裝置(4)的首效裝置的加熱管， 闬作多效蒸餾裝置(4)的熱源；濕熱空氣中的水分在多效蒸餾裝置(4)首效裝置加熱 管內冷凝，冷凝水與空氣一起排入氣水分離器(7);d) 空氣從氣水分離器(7)上端口排出并重新引入風機(11)循環使用；水從氣水 分離器(7)下端口排出，進入換熱器(6)的殼程并用于預熱管程的進料鹽水；e) 預熱后的進料鹽水平流進入多效蒸餾裝置(4)的各效，蒸發濃縮后的濃鹽水自 各效裝置的底部出口排入濃鹽水管路，其中濃鹽水的一部分排入鹽水儲罐(10)，各效產 生的二次蒸汽作為下一效的加熱蒸汽；f) 多效蒸餾裝置(4)末效二次蒸汽經壓縮機(5)壓縮、加熱器(3)加熱后，與 噴霧蒸發室(l)排出的濕熱空氣混合；g) 多效蒸餾裝置(4)除首效外的各效加熱蒸汽冷凝水排入淡水管路。
3. 根據權利要求1所述的低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于加熱器(3)為太陽能集熱器，或者使用低位熱能作為熱源的間壁式換熱器。
4. 根據權利要求1所述的低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于 加熱器(3)所使用的低位熱能熱源為地熱或工廠廢熱。
5. 根據權利要求1所述的低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于 加熱器(3)的水蒸氣出口溫度為60 250。C。
6. 根據權利要求1所述的低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于 多效蒸餾裝置(4)的效數為1效至20效。
7. 根據權利要求1所述的低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于 換熱器(6)為管殼式結構或板框式結構。
8. 根據權利要求1所述的低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于 加熱器(12)為太陽能集熱器，或者使用低位熱能作為熱源的間壁式換熱器。
9. 根據權利要求1所述的低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于 加熱器(12)所使用的低位熱能熱源為地熱或工廠廢熱。
10. 根據權利要求1所述的低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化裝置，其特征在于加熱器(12)的空氣出口溫度為60 250。C。
全文摘要
本發明公開了一種低位熱能噴霧蒸發-多效蒸餾海水淡化方法及裝置，屬于海水或苦咸水淡化技術領域。所述的海水淡化裝置包括設有噴嘴和除沫器的噴霧蒸發室，其空氣進口與氣水分離器連接，并在連接管路上設有風機和加熱器；多效蒸餾裝置的首效加熱蒸汽進、出口分別與噴霧蒸發室濕熱空氣出口、氣水分離器中部端口連通，各效二次蒸汽作為下一效加熱蒸汽，但末效二次蒸汽加壓、加熱后混入噴霧蒸發室排出的濕熱空氣；多效蒸餾裝置的各效裝置頂端與管殼式換熱器的管程連通，底端與濃鹽水管路連接。本發明利用低位熱能作為淡化過程的能量來源，將噴霧蒸發和多效蒸餾技術耦合起來，實現了能源和資源的綜合利用。
文檔編號C02F1/10GK101113030SQ200710016189
公開日2008年1月30日 申請日期2007年7月5日 優先權日2007年7月5日
發明者成懷剛, 鐸 王, 高從堦, 高學理 申請人:中國海洋大學