梯级海水淡化系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种梯级海水淡化系统及其方法，属于能源与动力领域。
【背景技术】
[0002]传统的加湿除湿海水淡化方法通常在常压下进行，将经过集热器加热后的热海水与冷空气混合，产生湿空气，同时将经加湿器浓缩后的浓海水直接排出，由于在常压下浓缩后的浓海水温度较低，最终导致浓海水的浓度不高，仍然具有进一步淡化的潜力，同时，加湿除湿海水淡化方法通常采用太阳能作为热源加热经除湿器预热后的来料海水，受太阳能空间和时间分布的不均匀性，严重影响加湿除湿海水淡化系统的安全性及稳定性。然而对加湿除湿海水淡化系统的浓海水进行进一步淡化，同时提高海水淡化系统的稳定性及能源利用效率的研宄还未弓I起重视。
[0003]目前采用机械蒸汽再压缩方法对海水进行淡化是学者和工程界的热点研宄课题，可在温度更高的范围内对海水进行淡化，同时可将排出高温浓海水的载热用于加湿除湿海水淡化系统的加热热源，提高海水淡化系统的稳定性及相应的能源利用效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种梯级海水淡化系统及其方法。
[0005]一种梯级海水淡化系统，包括加湿除湿海水淡化子系统、余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统；
其中加湿除湿海水淡化子系统包括除湿器、海水集热器、风机、加湿器；其中除湿器海水侧出口与海水集热器淡海水侧进口相连，海水集热器淡海水侧出口与加湿器海水侧进口相连，除湿器冷空气出口与风机进口相连，风机出口与加湿器空气侧进口相连，加湿器空气侧出口与除湿器空气侧进口相连；
其特征在于:该系统还包括余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统，该子系统包括蒸发器、分离器、压缩机、余压回收器；
加湿除湿海水淡化子系统中加湿器海水侧出口与蒸发器海水侧进口相连，蒸发器海水侧出口与分离器进口相连，分离器蒸汽侧出口与压缩机进口相连，压缩机出口与蒸发器蒸汽侧进口相连，蒸发器冷凝水侧出口与余压回收器相连，余压回收器出口将压力降低后的淡水排出，分离器海水侧出口与加湿除湿海水淡化子系统中海水集热器的热海水进口侧相连；
根据权利要求1所述的梯级海水淡化系统的工作过程，包括以下过程:来料海水进入加湿除湿海水淡化子系统中的除湿器海水进口，经热湿空气预热后进入海水集热器，淡水从热湿空气中冷凝析出，同时冷空气从除湿器出口流出，经预热后的海水进入海水集热器加热，热海水从海水集热器流出后进入加湿器，从加湿器顶部进入热海水与经风机加压后的冷空气混合，经热海水加热后的热空气从加湿器顶部流出，进入除湿器完成循环，经冷空气冷却后的一次浓海水从加湿器底部流出； 其特征在于还包括以下过程:经加湿除湿海水淡化子系统加湿器流出的一次浓海水进入蒸发器，经蒸发器蒸发后的海水和蒸汽混合物进入分离器，经分离器分离后的蒸汽从顶部流出，进入压缩机升压后蒸汽进入蒸发器加热经加湿器流出的一次浓海水，经蒸发器冷凝后的冷凝水进入余压回收器，经降压后的冷凝水从余压回收器出口排出，同时经分离器底部流出的二次浓海水进入海水集热器加热经除湿器预热后的来料海水，经冷却后的二次浓海水从海水集热器出口流出。
[0006]上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统可以对经加湿除湿海水淡化子系统排出的一次浓海水进行进一步淡化，提高海水淡化系统的产水量。
[0007]上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统排出的二次浓海水，可以为加热加湿除湿海水淡化子系统中经除湿器预热后的来料海水提供稳定的热源，最终提高海水淡化系统的运行安全性和稳定性，同时提高海水淡化系统的能源利用效率。
[0008]上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统高压冷凝水进入余压回收器做功后拖动压缩机，回收压缩机的输入机械功，提高海水淡化系统的能源利用效率。
[0009]上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统中的蒸发器采用竖管降膜列管式换热器。
[0010]上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统中的蒸发器采用钛材列管式换热器，防止浓海水对蒸发器本体的腐蚀；
上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统中的余压回收器采用轴流式水轮机，回收压缩机的输入机械功。
[0011]上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统中的压缩机采用罗茨式双叶结构。
[0012]上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统中的压缩机和余压回收器采用同轴结构。
[0013]
【附图说明】
[0014]图1是现有加湿除湿海水淡化系统，图中:I除湿器，2海水集热器，3加湿器，4风机，A加湿除湿海水淡化子系统。
[0015]图2是本发明梯级海水淡化系统，图中:5压缩机，6分离器，7蒸发器，8余压回收器，B余压回收机械蒸汽再压缩子系统。
【具体实施方式】
[0016]下面参照图1、图2说明梯级海水淡化系统的运行过程。
[0017]图2是本发明提出的梯级海水淡化系统。该系统的工作过程如下:来料海水进入加湿除湿海水淡化子系统中的除湿器海水进口，经热湿空气预热后进入海水集热器，淡水从热湿空气中冷凝析出，同时冷空气从除湿器出口流出，经预热后的海水进入海水集热器加热，热海水从海水集热器流出后进入加湿器，从加湿器顶部进入热海水与经风机加压后的冷空气混合，经热海水加热后的热空气从加湿器顶部流出，进入除湿器完成循环，经冷空气冷却后的一次浓海水从加湿器底部流出。至此，如果不启动余压机械蒸汽再压缩海水淡化子系统，该系统运行过程与图1相同。
[0018]加装余压机械蒸汽再压缩海水淡化子系统后，经加湿除湿海水淡化子系统加湿器流出的一次浓海水进入蒸发器，经蒸发器蒸发后的海水和蒸汽混合物进入分离器，经分离器分离后的蒸汽从顶部流出，进入压缩机升压后蒸汽进入蒸发器加热经加湿器流出的一次浓海水，经蒸发器冷凝后的冷凝水进入余压回收器，经降压后的冷凝水从余压回收器出口排出，同时经分离器底部流出的二次浓海水进入海水集热器加热经除湿器预热后的来料海水，经冷却后的出料海水从海水集热器出口流出。
【主权项】
1.一种梯级海水淡化系统，包括加湿除湿海水淡化子系统(A)、余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统(B); 其中加湿除湿海水淡化子系统(A)包括除湿器(1)、海水集热器(2)、风机(3)、加湿器(4);其中除湿器(I)海水侧出口与海水集热器(2)淡海水侧进口相连，海水集热器(2)淡海水侧出口与加湿器(3 )海水侧进口相连；除湿器(I)冷空气出口与风机(4)进口相连，风机(4)出口与加湿器(3)空气侧进口相连，加湿器(3)空气侧出口与除湿器(I)空气侧进口相连； 其特征在于:该系统还包括余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统(B)，该子系统包括蒸发器(5)、分离器(6)、压缩机(7)、余压回收器(8); 加湿除湿海水淡化子系统(A)中加湿器(3)海水侧出口与蒸发器(5)海水侧进口相连，蒸发器(5)海水侧出口与分离器(6)进口相连，分离器(6)蒸汽侧出口与压缩机(7)进口相连，压缩机(7)出口与蒸发器(5)蒸汽侧进口相连，蒸发器(5)冷凝水侧出口与余压回收器(8)相连，余压回收器(8)出口将压力降低后的淡水排出，分离器(6)海水侧出口与加湿除湿海水淡化子系统(A)中海水集热器(2)的热海水进口侧相连，出料海水从海水集热器(2)热海水出口侧排出。
2.根据权利要求1所述的梯级海水淡化系统，其特征在于:上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统(B)中的蒸发器(5)采用竖管降膜列管式换热器。
3.根据权利要求1所述的梯级海水淡化系统，其特征在于:上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统(B)中的蒸发器(5)采用钛材列管式换热器。
4.根据权利要求1所述的梯级海水淡化系统，其特征在于:上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统(B)中的余压回收器(8)采用轴流式水轮机。
5.根据权利要求1所述的梯级海水淡化系统，其特征在于:上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统(B)中的压缩机(8)采用罗茨式双叶结构。
6.根据权利要求1所述的梯级海水淡化系统，其特征在于:上述余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统(B)中的压缩机(7)和余压回收器(8)采用同轴结构。
7.根据权利要求1所述的梯级海水淡化系统的工作过程，包括以下过程:来料海水进入加湿除湿海水淡化子系统(A)中的除湿器(I)海水进口，经热湿空气预热后进入海水集热器(2)，淡水从热湿空气中冷凝析出，同时冷空气从除湿器(I)出口流出，经预热后的海水进入海水集热器(2 )加热，热海水从海水集热器(2 )流出后进入加湿器(3 )，从加湿器(3 )顶部进入热海水与经风机(4)加压后的冷空气混合，经热海水加热后的热空气从加湿器(3)顶部流出，进入除湿器(I)完成循环，经冷空气冷却后的一次浓海水从加湿器(3)底部流出； 其特征在于还包括以下过程:经加湿除湿海水淡化子系统(A)加湿器(3)流出的一次浓海水进入蒸发器(5)，经蒸发器(5)蒸发后的海水和蒸汽混合物进入分离器(6)，经分离器(6 )分离后的蒸汽从顶部流出，进入压缩机(7 )升压后蒸汽进入蒸发器(5 )加热经加湿器(3)流出的一次浓海水，经蒸发器(5)冷凝后的冷凝水进入余压回收器(8)，经降压后的冷凝水从余压回收器(8)出口排出，同时经分离器(6)底部流出的二次浓海水进入海水集热器(2 )加热经除湿器(I)预热后的来料海水，经冷却后的二次浓海水从海水集热器(2 )出口流出。
【专利摘要】一种梯级海水淡化系统及其方法，属于能源与动力领域。其特征在于：该系统还包括余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统，该子系统包括与加湿器出口浓海水相连的蒸发器、与蒸发器海水侧出口相连的分离器、与分离器蒸汽出口相连的压缩机、与蒸发器蒸汽侧出口相连的余压回收器，分离器浓海水出口与加湿除湿海水淡化子系统的海水集热器热海水侧进口相连。本发明充分利用机械蒸汽再压缩海水淡化子系统中蒸发器冷凝水压力及分离器排出浓海水的载热量，提高热能的综合利用效率和海水淡化系统的造水比，遵循了能量梯级利用的原则，符合国家节能减排及水资源可持续发展战略的目标。
【IPC分类】C02F1-04, C02F103-08
【公开号】CN104609488
【申请号】CN201510042152
【发明人】何纬峰, 韩东, 岳晨, 蒲文灏, 罗朝嘉, 张轩恺
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月28日