专利名称：低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷雾蒸发-多效蒸镏海水淡化方法及装置，属于海水或苦咸水淡化 技术领域。
背景技术：
随着我国社会和经济的发展，水资源短缺问题日益严峻，而海水及苦咸水淡化技术 是解决缺水问题的有效手段。现有的工业化海水淡化方法分为热法(如多级闪蒸、多效 蒸馏)和膜法(如反渗透)两大类。热法是利用热能使盐水产生相变，使水分蒸发出来， 再通过冷凝得到淡水；热法淡化需要以蒸汽作为热源，能耗较高，需要配备蒸汽发生装 置，设备造价高、投资大。膜法则是利用分离膜将盐水中的盐分截留或移除，进而得到 淡水；膜法淡化过程都存在膜污染问题，需要定期清洗或更换膜组件，日常的操作和维 护都比较复杂，因此对进料海水预处理的要求较为严格，预处理费用高。两种淡化方法 产生的浓縮海水一般直接排放，虽然也可用于制盐及提取钾、镁等各类化学元素，但仍 需要二次浓縮。
喷雾蒸发淡化技术则避免了上述问题，该技术的原理为将盐水呈雾状喷向热气流， 使盐水中的水分迅速变为水蒸汽，于是盐水被高度浓縮或盐水中的盐分形成固体颗粒沉 淀而与水分分离开来，再通过冷却含有水蒸汽的热气流就可以制得淡水。这种淡化方法 在日常的操作中，不像膜法那样需要复杂的维护，也不需要配备专门用于产生蒸汽的装 置，其优点还包括可以使用低位热能作为能源，盐水浓縮比高，且对进料盐水预处理 的要求较低等。研究表明，利用喷雾蒸发淡化技术，海水中95%以上的水分都可以被分 离出来，沉淀出的盐分含水量很低，甚至能够直接形成固体结晶物，可以方便地用于制 盐或者提取其它各类化学元素。但是喷雾蒸发淡化工艺中，为了制取淡水，含有水蒸汽
的热气流在冷却过程需要使用大量的冷却水，每生产lkg淡水需要的冷却水量少则7kg 左右，多则20kg以上，该技术的推广因此受到了一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化方法，它将喷雾蒸发和多
效蒸馏技术耦合起来，实现能源和资源的综合利用。
本发明的另一个目的在于提供一种喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置。 本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的。 一种喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于
i)该装置包括一个喷雾蒸发室l，在喷雾蒸发室l内腔的左侧安装有盐水喷嘴8， 喷嘴8的进口与盐水储罐10出口连接，并在连接管路上设有泵9;
j)喷雾蒸发室1左侧壁上的空气进口与立式的气水分离器7上端口连接，并在气 水分离器7至喷雾蒸发室1的连接管路上依次设有风机11和加热器12;
k)喷雾蒸发室l底部设有高浓盐水出口，右侧壁上设有湿热空气出口，湿热空气
出口前设有除沫器2;
1)多效蒸馏装置4的首效装置的加热蒸汽进、出口分别与喷雾蒸发室1湿热空气 出口、气水分离器7中部端口连通，其余各效装置加热蒸汽进口均与上一效装置的二次 蒸汽出口连通；
m)多效蒸馏装置4末效装置的二次蒸汽出口与首效装置加热蒸汽进口连通，并在 末效装置二次蒸汽出口至首效装置加热蒸汽进口的连接管路上依次设有压縮机5和加热
器3;
n)多效蒸馏装置4除首效外的其余各效装置加热蒸汽冷凝水出口均与淡水管路连
接；
o)多效蒸馏装置4的各效装置顶端与换热器6的管程连通，底端与浓盐水管路连 接，其中浓盐水管路上设有一支路与盐水储罐10连通； p)换热器6的壳程与气水分离器7下端口连通。
利用上述喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置的海水淡化方法，其特征在于包括以下 过程
h)空气由风机11输送至加热器12,被加热后进入喷雾蒸发室l;同时，盐水储罐 10中的浓盐水由泵9输送至喷嘴8，然后呈雾状喷洒于喷雾蒸发室l的内腔中，与热气 流接触并发生汽化；
i)盐水雾滴汽化得到的水蒸汽与空气混合，形成的湿热空气通过除沫器2后排出 喷雾蒸发室l;汽化后剩余的盐水雾滴在喷雾蒸发室1底部浓縮、凝结为高浓盐水，并 由喷雾蒸发室l底部出口排出；
j)由喷雾蒸发室1排出的湿热空气进入多效蒸馏装置4的首效装置的加热管，用
作多效蒸馏装置4的热源;湿热空气中的水分在多效蒸馏装置4首效装置加热管内冷凝， 冷凝水与空气一起排入气水分离器7;
k)空气从气水分离器7上端口排出并重新引入风机11循环使用；水从气水分离器 7下端口排出，进入换热器6的壳程并用于预热管程的进料盐水；
1)预热后的进料盐水平流进入多效蒸馏装置4的各效，蒸发浓缩后的浓盐水自各 效装置的底部出口排入浓盐水管路，其中浓盐水的一部分排入盐水储罐10，各效产生的 二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽；
m)多效蒸馏装置4末效二次蒸汽经压縮机5压縮、加热器3加热后，与喷雾蒸发 室.l排出的湿热空气混合；
n)多效蒸馏装置4除首效外的各效加热蒸汽冷凝水排入淡水管路。
其中，
上述的加热器3为太阳能集热器，或者使用低位热能作为热源的间壁式换热器。 上述的加热器3所使用的低位热能热源为地热或工厂废热。 上述的加热器3的水蒸汽出口温度为60 250 。C。 上述的多效蒸馏装置4的效数为1效至20效。 上述的换热器6为管壳式结构或板框式结构。
上述的加热器12为太阳能集热器，或者使用低位热能作为热源的间壁式换热器。 上述的加热器12所使用的低位热能热源为地热或工厂废热。 上述的加热器12的空气出口温度为60~250 °C。
本发明使用低位热能作为热源，有利于降低海水淡化的成本；在传统的多效蒸馏海 水淡化工艺的基础上，通过喷雾蒸发的方法进一歩从浓盐水中提取淡水，产生的高浓盐 水还可用于制盐及钾、镁等化学元素的提取等海水综合利用过程，不仅提高了淡水产量， 也有利于降低海水综合利用的成本，具有广泛的应用前景。
图l是本发明装置组成示意图。
图中
l-喷雾蒸发室；2-除沫器；3-加热器；4-多效蒸馏装置；5-压縮机；6-换热器；7-气 水分离器；8-喷嘴；9-泵；10-盐水储罐；ll-风机；12-加热器。
具体实施例方式
下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1:
a) 空气由风机11输送至加热器12,被加热到10(TC后进入喷雾蒸发室1;同时， 盐水储罐10中的浓盐水由泵9输送至喷嘴8，然后呈雾状喷洒于喷雾蒸发室1的内腔中， 与热气流接触并发生汽化；
b) 盐水雾滴汽化得到的水蒸汽与空气混合，形成的湿热空气通过除沫器2后排出 喷雾蒸发室l;汽化后剩余的盐水雾滴在喷雾蒸发室1底部浓縮、凝结为高浓盐水，并 由喷雾蒸发室l底部出口排出；高浓盐水用于制盐及钾、镁等化学元素的提取；
c) 由喷雾蒸发室1排出的湿热空气进入多效蒸馏装置4的首效装置的加热管，用 作多效蒸馏装置4的热源;湿热空气中的水分在多效蒸馏装置4首效装置加热管内冷凝， 冷凝水与空气一起排入气水分离器7;
d) 空气从气水分离器7上端口排出并重新引入风机11循环使用；水从气水分离器 7下端口排出，进入换热器6的壳程并用于预热管程的进料盐水；
e) 预热后的进料盐水平流进入多效蒸馏装置4的各效，蒸发浓縮后的浓盐水自各 效装置的底部出口排入浓盐水管路，其中首效装置浓盐水的一部分排入盐水储罐10，各 效产生的二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽；
f) 多效蒸馏装置4末效二次蒸汽经压缩机5压縮、加热器3加热后，与喷雾蒸发 室l排出的湿热空气混合；
'g)多效蒸馏装置4除首效外的各效加热蒸汽冷凝水排入淡水管路。 本实施例所述的加热器3和加热器12的热源为电厂废热。
本实施例所述的进料海水流量为209kg/h，初始温度为20。C，初始浓度为3.21%; 多效蒸馏装置4的效数为3效，各效的有效传热面积均为2.0m、多效蒸馏装置4的淡 水产量102.6 kg/h，淡水含盐量为4.9 mg/L。
本实施例所述的风机11产生的空气流量为92.08 kg^，/h，喷雾蒸发室1产生的常 压湿热空气温度为75 。C，含水量为0.37 kg*/kg wi，湿热空气冷凝后所提供的淡水产 量为31.07 kg/h，淡水含盐量为5.1 mg/L。
本实施例所述的喷雾蒸发-多效蒸馏工艺在普通多效蒸馏工艺的基础上淡水产量增 加了 30.28%，增产效益明显。
实施例2:
.装置及工作过程与实施例1相同，不同之处在于风机ll产生的空气流量为139 kg ^Vh，空气在加热器12的加热温度为95 。C，喷雾蒸发室1产生的常压湿热空气的温 度为70 °C，含水量为0.27kg*/kg. ，湿热空气冷凝后所提供的淡水产量为32.4kg/h。 本实施例中，多效蒸馏装置4的进料海水流量为221.1kg/h，淡水产量100.5 kg/h，淡水 含盐量为4.6 mg/L。本实施例所述的喷雾蒸发-多效蒸馏工艺在普通多效蒸馏工艺的基础 上淡水产量增加了 32.24%。
权利要求
1.一种低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于a)该装置包括一个喷雾蒸发室(1)，在喷雾蒸发室(1)内腔的左侧安装有盐水喷嘴(8)，喷嘴(8)的进口与盐水储罐(10)出口连接，并在连接管路上设有泵(9)；b)喷雾蒸发室(1)左侧壁上的空气进口与立式的气水分离器(7)上端口连接，并在气水分离器(7)至喷雾蒸发室(1)的连接管路上依次设有风机(11)和加热器(12)；c)喷雾蒸发室(1)底部设有高浓盐水出口，右侧壁上设有湿热空气出口，湿热空气出口前设有除沫器(2)；d)多效蒸馏装置(4)的首效装置的加热蒸汽进、出口分别与喷雾蒸发室(1)湿热空气出口、气水分离器(7)中部端口连通，其余各效装置加热蒸汽进口均与上一效装置的二次蒸汽出口连通；e)多效蒸馏装置(4)末效装置的二次蒸汽出口与首效装置加热蒸汽进口连通，并在末效装置二次蒸汽出口至首效装置加热蒸汽进口的连接管路上依次设有压缩机(5)和加热器(3)；f)多效蒸馏装置(4)除首效外的其余各效装置加热蒸汽冷凝水出口均与淡水管路连接；g)多效蒸馏装置(4)的各效装置顶端与管壳式换热器(6)的管程连通，底端与浓盐水管路连接，其中浓盐水管路上设有一支路与盐水储罐(10)连通；h)换热器(6)的壳程与气水分离器(7)下端口连通。
2. —种低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化方法，其特征在于包括以下过程a) 空气由风机(11)输送至加热器(12)，被加热后进入喷雾蒸发室(1);同时， 盐水储罐(10)中的浓盐水由泵(9)输送至喷嘴(8)，然后呈雾状喷洒于喷雾蒸发室(1) 的内腔中，与热气流接触并发生汽化；b) 盐水雾滴汽化得到的水蒸气与空气混合，形成的湿热空气通过除沫器(2)后排 出喷雾蒸发室(1);汽化后剩余的盐水雾滴在喷雾蒸发室(1)底部浓縮、凝结为高浓盐 水，并由喷雾蒸发室(1)底部出口排出；c) 由喷雾蒸发室(1)排出的湿热空气进入多效蒸馏装置(4)的首效装置的加热管， 闬作多效蒸馏装置(4)的热源；湿热空气中的水分在多效蒸馏装置(4)首效装置加热 管内冷凝，冷凝水与空气一起排入气水分离器(7);d) 空气从气水分离器(7)上端口排出并重新引入风机(11)循环使用；水从气水 分离器(7)下端口排出，进入换热器(6)的壳程并用于预热管程的进料盐水；e) 预热后的进料盐水平流进入多效蒸馏装置(4)的各效，蒸发浓縮后的浓盐水自 各效装置的底部出口排入浓盐水管路，其中浓盐水的一部分排入盐水储罐(10)，各效产 生的二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽；f) 多效蒸馏装置(4)末效二次蒸汽经压縮机(5)压縮、加热器(3)加热后，与 喷雾蒸发室(l)排出的湿热空气混合；g) 多效蒸馏装置(4)除首效外的各效加热蒸汽冷凝水排入淡水管路。
3. 根据权利要求1所述的低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于加热器(3)为太阳能集热器，或者使用低位热能作为热源的间壁式换热器。
4. 根据权利要求1所述的低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于 加热器(3)所使用的低位热能热源为地热或工厂废热。
5. 根据权利要求1所述的低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于 加热器(3)的水蒸气出口温度为60 250。C。
6. 根据权利要求1所述的低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于 多效蒸馏装置(4)的效数为1效至20效。
7. 根据权利要求1所述的低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于 换热器(6)为管壳式结构或板框式结构。
8. 根据权利要求1所述的低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于 加热器(12)为太阳能集热器，或者使用低位热能作为热源的间壁式换热器。
9. 根据权利要求1所述的低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于 加热器(12)所使用的低位热能热源为地热或工厂废热。
10. 根据权利要求1所述的低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化装置，其特征在于加热器(12)的空气出口温度为60 250。C。
全文摘要
本发明公开了一种低位热能喷雾蒸发-多效蒸馏海水淡化方法及装置，属于海水或苦咸水淡化技术领域。所述的海水淡化装置包括设有喷嘴和除沫器的喷雾蒸发室，其空气进口与气水分离器连接，并在连接管路上设有风机和加热器；多效蒸馏装置的首效加热蒸汽进、出口分别与喷雾蒸发室湿热空气出口、气水分离器中部端口连通，各效二次蒸汽作为下一效加热蒸汽，但末效二次蒸汽加压、加热后混入喷雾蒸发室排出的湿热空气；多效蒸馏装置的各效装置顶端与管壳式换热器的管程连通，底端与浓盐水管路连接。本发明利用低位热能作为淡化过程的能量来源，将喷雾蒸发和多效蒸馏技术耦合起来，实现了能源和资源的综合利用。
文档编号C02F1/10GK101113030SQ200710016189
公开日2008年1月30日 申请日期2007年7月5日 优先权日2007年7月5日
发明者成怀刚, 铎 王, 高从堦, 高学理 申请人:中国海洋大学