一种利用自然冷源实现海水淡化的装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用自然冷源实现海水淡化的装置，包括与外界自然冷风相通的乙二醇水溶液贮存装置，乙二醇水溶液贮存装置通过管道并联在过冷却器上，还包括海水区，海水区输出口连接有管壳式换热器道，管壳式换热器道的输出管道上连接有预处理装置，预处理装置输出端与所述过冷却器连接，过冷却器的输出管道上依次连接有超声波促晶器和冰浆分离装置，冰浆分离装置的输出端设冰晶出口管道，冰浆分离装置的下端设有回水管道，回水管道与管壳式换热器道的回流通道一端连接，管壳式换热器道的回流通道另一端输出连接回海水区，形成装置的连续循环。克服现有的海水淡化技术成本较高，系统设备占地面积大，大量消耗化石能源的不足，具有充分利用北方冬季空气的自然冷能，节约化石能源消耗，换热性好，系统效率高，装置简单，连续运行制取冰浆，冷量回收利用等优点。
【专利说明】一种利用自然冷源实现海水淡化的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生产淡水的海水连续淡化技术，尤其是降低成本，减少系统设备占地，绿色环保，较少使用化石能源，利用自然冷源连续制取冰浆生产淡水的海水淡化技术。
【背景技术】
[0002]地球淡水资源稀缺,地球上97%的水都是海水或苦咸水,淡水仅有3%,而淡水中有七成位于两极的冰盖中，还有约30%以土壤中的湿气和地下蓄水层中的水的形态而存在，人类可以直接使用的还不到1%。我国广大的北方和沿海地区水资源严重不足，据统计我国北方缺水区总面积达58万平方公里。全国500多座城市中，有300多座城市缺水，每年缺水量达58亿立方米，这些缺水城市主要集中在华北、沿海和省会城市、工业型城市。海水淡化技术利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，是一种有效解决淡水资源匮乏问题的方法，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。
[0003]目前公知的海水淡化方法主要有多级闪蒸法、低温多效蒸馏法、反渗透法等。多级闪蒸法通过加热海水至一定温度，在一系列压力逐渐降低的容器中实现闪蒸汽化，再将蒸汽冷凝后得到淡水，主要优点是传热管内无相变，不易结垢，产品水质好，单机容量大，但操作温度要求高，设备的腐蚀和结垢速度快，为避免结垢和腐蚀需要加入大量的化学试剂并采用较贵的耐腐蚀材料，动力消耗大，初期建设费用高；低温多效蒸馏法是在70°C以下的低温进行操作，将蒸馏产生的二次蒸汽再作为加热蒸汽来对下一效海水进行加热，依次类推连续下去，使蒸发所耗热能充分再利用，其优点是传热系数高，相同温度范围，所需传热面积少于多级闪蒸，系统动力消耗降低，预处理简单，系统可靠性高，投资较低等，但装机容量较小，系统设备依赖进口，自主知识产权设备极少；反渗透法是一种膜分离技术，采用特殊选择透过性薄膜，在海水一侧施加一个大于渗透压的压力，海水中的水分子通过渗透膜进入淡水一侧，实现海水淡化，其优点是无相变过程，能耗较低，工程投资小，装置紧凑，操作简单，维修方便，但反渗透的预处理要求严格，反渗透膜需要定期更换，在海水温度低的情况下需加热处理。三种方法各有优劣，但总的说来，过于依赖化石能源，需要高温加热或者持续加压，耗能大，没有充分利用自然冷源，降低成本，保护环境。
[0004]近些年有些学者希望在中国北方沿海地区，利用冬季北方寒冷空气等自然冷源实现海水淡化，减少化石能源使用。其主要技术原理在于冬季北方空气温度较低，室外平均气温可达-10°c以上，直接将海水放置在蓄冰池或者蓄冰罐中，通入海风降温，直至海水结冰，将凝结的冰块自然融化或者加热融化形成淡水。其优点是充分利用自然冷源，减少化石能源消耗，系统简单，维护方便，但是由于冰传热性能比水差，冰层越厚，冰层下方海水凝结成冰效果越差，当冰层达到一 定厚度，冰层下海水始终处于液态，需要清除冰层，否则无法连续制冰，系统效率大大降低，而且系统需要建造大型蓄冰装置，初投资高，冰块流动性差，难于输送。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了充分利用自然冷源，减少化石能源消耗，在继承原有自然冷源制冰淡化海水技术优点的基础上，克服系统效率低、初投资高、冰块输送困难的不足，提供一种利用自然冷源制取冰浆连续淡化海水的技术，该技术通过制取动态冰浆替代固体冰，可以实现低投资高效率地连续淡化海水。
[0006]为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案:一种利用自然冷源实现海水淡化的装置，包括与外界自然冷风相通的乙二醇水溶液贮存装置，乙二醇水溶液贮存装置通过管道并联在过冷却器上，还包括海水区，海水区输出口连接有管壳式换热器道，管壳式换热器道的输出管道上连接有预处理装置，预处理装置输出端与所述过冷却器连接，过冷却器的输出管道上依次连接有超声波促晶器和冰浆分离装置，冰浆分离装置的输出端设冰晶出口管道，冰浆分离装置的下端设有回水管道，回水管道与管壳式换热器道的回流通道一端连接，管壳式换热器道的回流通道另一端输出连接回海水区，形成装置的连续循环。
[0007]在北方冬季沿海地区，载冷剂乙二醇水溶液被自然冷风冷却至零下某一温度，流入过冷却器一侧。海水先经过预处理，清除杂质和微生物，然后流经过冷却器另一侧，进行冷量交换，海水被冷却至零下某温度不结冰，处于过冷状态，从过冷却器出口流出，经超声波促晶器促晶后，生成冰浆，转移过滤装置中，通过过滤分离得到冰晶，将冰晶进行进一步处理即可得到淡水，而分离出来的剩余浓盐海水通过管壳式换热器预冷入口海水，实现冷量回收利用，最后回灌入海，整个装置连续不间断运行，提高效率。
[0008]本技术采用动态冰浆替代固体冰作为海水淡化中间产物，由于冰浆是冰水混合物，热量交换性能高于固体冰，提高系统效率，流动性好，便于输送，易于后续处理，同时不需要设置大型蓄冰装置，得到的冰浆可以实现实时分离，装置连续运行的特点。
[0009]本发明与现有技术相比，具有如下优点:克服现有的海水淡化技术成本较高，系统设备占地面积大，大量消耗化石能源的不足，具有充分利用北方冬季空气的自然冷能，节约化石能源消耗，换热性好，系统效率高，装置简单，连续运行制取冰浆，冷量回收利用等优点；既充分利用北方冬季空气具有的自然冷能，又具有换热性好，系统效率高，装置简单，连续运行，冷量回收利用等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是发明的系统示意图；
[0011]图中1.海水区，2.管壳式换热器道，3.预处理设备，4.乙二醇水溶液贮存装置，
5.过冷却器，6.超声波促晶器，7.冰浆分离装置，8.冰晶出口管道，9.回水管道。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的内容做进一步详细说明。
[0013]实施例:
[0014]请参阅图1所示，一种利用自然冷源实现海水淡化的装置，包括与外界自然冷风相通的乙二醇水溶液贮存装置4，乙二醇水溶液贮存装置4通过管道并联在过冷却器5上，还包括海水区1，海水区I输出口连接有管壳式换热器道2，管壳式换热器道2的输出管道上连接有预处理装置3，预处理装置3输出端与所述过冷却器5连接，过冷却器5的输出管道上依次连接有超声波促晶器6和冰浆分离装置7，冰浆分离装置7的输出端设冰晶出口管道8，冰浆分离装置7的下端设有回水管道9，回水管道9与管壳式换热器道2的回流通道一端连接，管壳式换热器道2的回流通道另一端输出连接回海水区1，形成装置的连续循环。
[0015]装置的连续循环性主要体现在:海水自海水区I的输出口连接到管壳式换热器2管壳入口管道，再经过一系列设备制成冰浆后，分离出冰晶，剩余的浓盐海水由于温度较低，将这部分浓盐海水连接到管壳式换热器2壳程入口管道，用以冷却入口海水，最后浓盐海水从壳程管道出口再次流回海水区1，实现整个装置的连续循环。
[0016]海水从淡化系统入口进入，经过预处理、冰浆制取、冰核分离等步骤后，剩余浓盐海水自出口回灌海中，系统连续循环使用，无需中断装置运行，间断性引灌海水，碎冰除冰等操作。
[0017]海水与载冷剂在过冷却器内逆向流动，进行换热，过冷却器内加装震动装置，防止冰堵现象产生。
[0018]过滤分离器采用重力分离原理，在分离器内冰浆静置分离，冰晶上浮，然后由过滤分离器内安置的旋转刮片送出分离器。
[0019]分离后剩余的浓盐海水通过管壳式换热器，预冷入口海水，实现冷量回收利用。
[0020]在图1中，自然冷风吹入乙二醇水溶液贮存装置4中，与载冷剂乙二醇水溶液进行冷量交换，载冷剂被冷却至零下某一温度，然后流入过冷却器5 —侧。海水自海水区I进入管壳式换热器2进行预冷处理，再通过预处理装置3去除泥沙、微生物等杂志，然后流经过冷却器5另一侧，载冷剂与海水逆向流动，进行冷量交换，海水被冷却至零下某一温度，实现过冷，继而通过超声波促晶器6，解除过冷状态，形成冰浆，最后流入冰浆分离装置7，在重力作用下，自然分层，冰晶上浮，经旋转刮片从冰晶出口管道8离开冰浆分离装置7，剩余的浓盐海水从回水管道9流入管壳式换热器2预冷入口海水，最后回灌海水区I。这样不断从海水区I得到海水，形成冰浆，分离 出冰核，剩余浓盐水回灌，实现连续循环运行。
[0021]上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
【权利要求】
1.一种利用自然冷源实现海水淡化的装置，其特征在于:包括与外界自然冷风相通的乙二醇水溶液贮存装置(4)，乙二醇水溶液贮存装置(4)通过管道并联在过冷却器(5)上，还包括海水区(1)，海水区(I)输出口连接有管壳式换热器道(2)，管壳式换热器道(2)的输出管道上连接有预处理装置(3)，预处理装置(3)输出端与所述过冷却器(5)连接，过冷却器(5)的输出管道上依次连接有超声波促晶器(6)和冰浆分离装置(7)，冰浆分离装置(7)的输出端设冰晶出口管道(8)，冰浆分离装置(7)的下端设有回水管道(9)，回水管道(9)与管壳式换热器道(2)的回流通道一端连接， 管壳式换热器道(2)的回流通道另一端输出连接回海水区(I )，形成装置的连续循环。
【文档编号】C02F9/08GK103951126SQ201410143609
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】陈照杰, 董凯军, 张文, 彭建刚 申请人:中国科学院广州能源研究所