一种真空海水淡化系统及工艺的制作方法
【专利摘要】一种真空海水淡化系统及工艺，所述系统包括依次连接的取水预热装置、真空蒸馏装置和淡水存储装置，以及与真空蒸馏装置和淡水存储装置电性连接的系统控制装置；所述取水预热装置包括海水过滤器和海水预热池；所述真空蒸馏装置包括海水加热器和蒸汽冷凝器；所述淡水存储装置包括密闭的真空淡水箱和与真空淡水箱连通的真空泵。本发明利用海水加热器蒸发后的浓缩海水的余热对需要淡化的海水进行预热，并利用海水与蒸汽的温差对淡水蒸汽进行冷凝，充分利用系统产生的余热和大自然的能量，具有节能环保的作用；系统设置一个真空泵以实现为系统提供真空度和抽水的功能，一机多用；基于真空海水淡化系统的海水淡化工艺，淡水产量高于于同等集热温度的产品和工艺。
【专利说明】一种真空海水淡化系统及工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及海水淡化领域，具体涉及一种真空海水淡化系统及工艺。
【背景技术】
[0002]我国幅员辽阔，海水和地下苦咸水资源丰富，在淡水紧缺的严峻形势下，开发利用海水和苦咸水资源，进行海水(苦咸水)淡化成为开源节流、解决我国淡水紧缺问题的一条有效的战略途径。海水淡化技术是将海水中的盐分和水分分离，最终得到淡水和浓缩盐水的技术和过程。根据脱盐过程分类，海水淡化方法主要有热法、膜法和化学方法三大类。热法海水淡化技术主要为蒸馏法，包括多级闪蒸和低温蒸馏技术。低温蒸馏技术是使蒸发室内保持一定的真空度，即呈负压状 态，使海水在较低温度下蒸发变成蒸汽，蒸汽遇冷凝结成淡水。由于低温蒸馏法淡化海水可以利用太阳能等低品位能源，对装置的腐蚀性较低等原因，近年来发展迅速，但其主要缺点是维持蒸发器内真空度需要大量电能，供水和蒸发后浓海水排放也需要消耗大量泵功，因而工程造价较高。如中国专利CN 2344390Y、CN1473765A、CN200978230Y等都是利用真空泵来获得海水低温淡化所需的真空环境。中国专利CN101177308A利用海水重力和大气压力自然方法产生真空，所需能量比传统方式少，但是这种方法利用注水排空获得真空，首先真空度较低，且在海水蒸发过程真空度会慢慢降低，直至与大气压平衡，导致真空度不稳定，海水沸点不能维持稳定，因此淡水产量难以提升。
[0003]海水淡化系统在抽取海水过程中，由于海水的盐含量和矿物质含量,对海水抽取泵具有一定的腐蚀作用，因此对海水抽取泵的维护维修增加了成本。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服现有技术的上述不足，提供一种节能环保、充分利用大自然能量、提高淡水产量、延长系统使用寿命、降低维修成本的真空海水淡化系统及工艺。
[0005]本发明通过以下技术方案实现的:
一种真空海水淡化系统，包括依次连接的取水预热装置、真空蒸馏装置和淡水存储装置，以及与真空蒸馏装置和淡水存储装置电性连接的系统控制装置，所述取水预热装置包括海水过滤器和海水预热池；所述海水过滤器进水端设有取水管与大海连通，出水端设有供水管与真空蒸馏装置连接；所述供水管穿设海水预热池；所述真空蒸馏装置包括海水加热器和蒸汽冷凝器；所述海水加热器与供水管连接，海水加热器底部设有与海水预热池连接的排水管；所述蒸汽冷凝器通过蒸汽管与海水加热器连接，并通过淡水管与淡水存储装置连接；所述淡水存储装置包括密闭的真空淡水箱和与真空淡水箱连通的真空泵。
[0006]所述海水加热器底部还设有空气进气管，空气进气管顶端高于海水加热器高度；所述海水加热器上还设有海水高位限位开关和海水低位限位开关，海水加热器底部设有排空水位开关。
[0007]所述海水加热器的排水管末端设于海水预热池底部；海水预热池上部设有溢水管；所述溢水管位置高度低于海水加热器的排水口位置高度；海水预热池底部设有排污管。
[0008]所述蒸汽冷凝器为没入大海水面下的衔接蒸汽管和淡水管的冷凝管。
[0009]所述冷凝管和穿设海水预热池的供水管段呈蛇形或螺旋形或涡旋形。
[0010]所述淡水存储装置还包括淡水储水箱；所述真空淡水箱和淡水储水箱之间通过水管连接，真空泵设于水管上。
[0011]所述真空淡水箱设有真空表；所述淡水储水箱上设有引出淡水的淡水供应管。
[0012]所述海水加热器顶端设有排气阀；所述海水过滤器和海水预热池之间的供水管上设有供水阀；所述排水管上设有排空阀；所述空气进气管上设有空气阀；所述淡水管上和所述海水过滤器出水端处的供水管上均设有止回阀；所述排污管上设有排污阀。
[0013]所述系统控制装置包括中央处理器、发电装置和存储发电装置产生的电能的蓄电池组，以及与蓄电池组并联的供电电源。
[0014]一种基于上述真空海水淡化系统的海水淡化工艺，包括取水过程和蒸馏过程；所述取水过程包括以下步骤:
5101、使系统处于密闭状态，开启供水阀和真空泵，没入大海水面下的取水管开始吸取海水； 5102、海水经取水管进入海水过滤器进行过滤，过滤后的海水流经穿设海水预热器的供水管，对海水进行预热；
5103、预热后的海水进入海水加热器，当液面到达海水高位限位开关时，触发海水高位限位开关并发送信号至系统控制装置；
5104、系统控制装置关闭供水阀，完成取水过程并进入蒸馏过程。
[0015]所述蒸馏过程具体包括以下步骤:
5201、系统控制装置开启空气阀，空气经过空气进气管进入海水加热器并在海水加热器内翻腾，海水流动使温度保持统一；
5202、关闭空气阀，将系统内气压维持在-0.07至-0.09Mpa ；
5203、海水加热器内淡水蒸发后，液面下降至海水低位限位开关时，触发海水低位限位开关并发送信号至系统控制装置；
5204、真空泵关闭、排气阀开启，将浓缩后的海水排入海水预热池；
5205、浓缩海水排空，排空水位开关触发并发送信号至系统控制装置，系统进入下一个取水过程。
[0016]本发明的有益效果在于:
1、海水预热池利用海水加热器蒸发浓缩后的海水进行加热，充分利用系统产生的余热，可节约能源；
2、海水加热器的排水口高于溢水管位置高度，因此海水加热器内的海水可在重力作用下自然排出，不需要动用抽水泵，可节省能源使用和工程造价；
3、由于本系统的结构适合在海边或船舶、岛屿上使用，因此使用环境较为潮湿，海水加热器设有空气进气管，在蒸发过程空气经过空气进气管进入海水加热器，空气在海水加热器内翻腾，海水流动使温度达到均匀，并且将潮湿的空气引入系统，增加系统的淡水产量；空气在海水内翻腾过程中增大了空气与海水的接触面积，即增大了蒸发有效面积，可加速淡水蒸发；4、本系统只采用了一个真空泵，以满足海水抽取、真空度的获得和淡水的抽取功能，真空泵设置在淡水存储装置上，淡水盐分含量低，对真空泵的腐蚀甚微，可延长真空泵的使用寿命，相比需要用水泵直接抽取海水的海水淡化装置和系统来说，本系统可节约很大一笔维护费用；
5、本系统真空度稳定，海水的沸点也保持在恒定的范围，可保证淡水产量。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的系统管道连接示意图。
[0018]图中:1-海水过滤器，11-取水管，2-海水预热池，21-溢水管，3-海水加热器，31-供水管，32-排水管，33-空气进气管，34-排空水位开关，35-排气阀，36-供水阀，37-排空阀，38-空气阀，4-蒸汽冷凝器，41-蒸汽管，42-淡水管，51-真空淡水箱，52-淡水储水箱，53-真空泵，54-水管，55-淡水供应管，56-真空表，61-中央处理器，62-发电装置，63-蓄电池组，64-供电电源。
【具体实施方式】
[0019]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0020]如图1所示， 一种真空海水淡化系统，包括依次连接的取水预热装置、真空蒸馏装置和淡水存储装置，以及与真空蒸馏装置和淡水存储装置电性连接的系统控制装置，所述取水预热装置包括海水过滤器I和海水预热池2，所述海水过滤器I进水端设有取水管11与大海连通，出水端设有供水管31与真空蒸馏装置连接；所述供水管31穿设海水预热池
2;所述真空蒸馏装置包括海水加热器3和蒸汽冷凝器4 ;所述海水加热器3上设有进水口与供水管31连接，海水加热器3底部设有排水口与排水管32连接，且排水管32末端没入海水预热池2底部；所述蒸汽冷凝器4通过蒸汽管41与海水加热器3连接，并通过淡水管42与淡水存储装置5连接。
[0021]所述淡水存储装置包括密闭的真空淡水箱51，真空泵53和淡水储水箱52 ;所述真空淡水箱51和淡水储水箱52之间通过水管54连接，真空泵53设于水管54上。真空泵53设置在淡水存储装置上，淡水盐分含量低，对真空泵的腐蚀甚微，可延长真空泵的使用寿命。所述真空淡水箱51设有真空表53 ;所述淡水储水箱52上设有引出淡水的淡水供应管55。
[0022]所述海水加热器3底部还设有空气进气管33，空气进气管33顶端高于海水加热器3高度。在海水加热器3底部设置空气进气管33，使得空气在吸入过程中海水达到翻腾状态，可将海水温度搅拌均匀，且本系统适用于海上行驶船舶或海边陆地，空气潮湿，潮湿的空气吸入可增加淡水产量。
[0023]所述海水加热器3上还设有海水高位限位开关和海水低位限位开关，海水加热器底部设有排空水位开关34。在海水吸取过程中，海水到达海水高位限位开关即停止海水的吸取；在蒸发过程总，海水液面下降到海水低位限位开关时，则停止蒸发，触发排空水位开关34，排空海水加热器3内的海水，进入下一工作周期。本实施例海水加热器为太阳能蒸发器，也可采用其他加热装置代替。
[0024]所述海水预热池2为真空蒸馏装置蒸馏后的浓缩海水收集池，海水预热池2上部设有溢水管21 ;所述溢水管21位置高度低于海水加热器3的排水口位置高度。海水预热池2底部设有排污管。
[0025]所述蒸汽冷凝器4为没入大海水面下的衔接蒸汽管41和淡水管42的冷凝管。所述冷凝管和穿设海水预热池2的供水管段呈蛇形或螺旋形或涡旋形。蛇形或螺旋形或涡旋形可增大换热面积，提高热交换效率。
[0026]所述海水加热器3顶端设有排气阀35 ;所述海水过滤器I和海水预热池2之间的供水管31上设有供水阀36 ;所述排水管32上设有排空阀37 ;所述空气进气管33上设有空气阀38 ;所述淡水管42上和所述海水过滤器2出水端处的供水管31上均设有止回阀；所述排污管上设有排污阀。
[0027]所述系统控制装置包括中央处理器61、发电装置62和存储发电装置62产生的电能的蓄电池组63，以及与蓄电池组63并联的供电电源64，供电电源64为备选电源，在发电装置62不能及时供电时可启动供电电源64为系统供电。
[0028]一种基于上述真空海水淡化系统的海水淡化工艺，包括取水过程和蒸馏过程；所述取水过程包括以下步骤:
S101、关闭排气阀35、排空阀37和空气阀38，使系统处于密闭状态，开启供水阀36和真空泵53，没入大海水面下的取水管11开始吸取海水；
S102、海水经取水管11进入海水过滤器I进行过滤，过滤后的海水流经穿设海水预热池2的供水管31，对海水进行预热；
S103、预热后的海水进入海水加热器3，当液面到达海水高位限位开关时，触发海水高位限位开关并发送信号至系统控制装置；
S104、系统控制装置关闭供水阀36，完成取水过程并进入蒸馏过程；
所述蒸馏过程具体包括以下步骤:
S201、系统控制装置开启空气阀38，空气经过空气进气管33进入海水加热器3并在海水加热器33内翻腾，海水流动使温度达到均匀；
S202、关闭空气阀38，将系统内气压维持在-0.07至-0.09Mpa ；
S203、海水加热器3内淡水蒸发后，液面下降至海水低位限位开关时，触发海水低位限位开关并发送信号至系统控制装置；
S204、真空泵53关闭、排气阀35开启，将浓缩后的海水排入海水预热池；
S205、浓缩海水排空，排空水位开关34触发并发送信号至系统控制装置，系统进入下一个取水过程。
[0029]以上内容是结合具体的优选方式对本发明所作的进一步详细说明，不应认定本发明的具体实施只局限于以上说明。对于本【技术领域】的技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，均应视为由本发明所提交的权利要求确定的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种真空海水淡化系统，包括依次连接的取水预热装置、真空蒸馏装置和淡水存储装置，以及与真空蒸馏装置和淡水存储装置电性连接的系统控制装置，其特征在于: 所述取水预热装置包括海水过滤器(I)和海水预热池(2 );所述海水过滤器(I)进水端设有取水管(11)与大海连通，出水端设有供水管(31)与真空蒸馏装置连接；所述供水管(31)穿设海水预热池(2)； 所述真空蒸馏装置包括海水加热器(3)和蒸汽冷凝器(4);所述海水加热器(3)与供水管(31)连接，海水加热器(3)底部设有与海水预热池(2)连接的排水管(32);所述蒸汽冷凝器(4 )通过蒸汽管(41)与海水加热器(3 )连接，并通过淡水管(42 )与淡水存储装置(5 )连接； 所述淡水存储装置包括密闭的真空淡水箱(51)和与真空淡水箱(51)连通的真空泵(53)。
2.根据权利要求1所述真空海水淡化系统，其特征在于:所述海水加热器(3)底部还设有空气进气管(33)，空气进气管(33)顶端高于海水加热器(3)高度；所述海水加热器(3)上还设有海水高位限位开关和海水低位限位开关，海水加热器底部设有排空水位开关(34)。
3.根据权利要求2所述真空海水淡化系统，其特征在于:所述海水加热器(3)的排水管(32)末端设于海水预热池(2)底部；海水预热池(2)上部设有溢水管(21);所述溢水管(21)位置高度低于海水加热器(3)的排水口位置高度；海水预热池(2)底部设有排污管。
4.根据权利要求3所述真空海水淡化系统，其特征在于:所述蒸汽冷凝器(4)为没入大海水面下的衔接蒸汽管(41)和淡水管(42)的冷凝管。
5.根据权利要求4所述真空海水淡化系统，其特征在于:所述冷凝管(4)和穿设海水预热池(2)的供水管段呈蛇形或螺旋形或涡旋形。
6.根据权利要求5所述真空海水淡化系统，其特征在于:所述淡水存储装置还包括淡水储水箱(52);所述真空淡水箱(51)和淡水储水箱(52)之间通过水管(54)连接，真空泵(53)设于水管(54)上。
7.根据权利要求6所述真空海水淡化系统，其特征在于:所述真空淡水箱(51)设有真空表(53);所述淡水储水箱(52)上设有引出淡水的淡水供应管(55)。
8.根据权利要求7所述真空海水淡化系统，其特征在于:所述海水加热器(3)顶端设有排气阀(35);所述海水过滤器(I)和海水预热池(2)之间的供水管(31)上设有供水阀(36);所述排水管(32)上设有排空阀(37);所述空气进气管(33)上设有空气阀(38);所述淡水管(42)上和所述海水过滤器(2)出水端处的供水管(31)上均设有止回阀；所述排污管上设有排污阀。
9.根据权利要求8所述真空海水淡化系统，其特征在于:所述系统控制装置包括中央处理器(61)、发电装置(62)和存储发电装置(62)产生的电能的蓄电池组(63)，以及与蓄电池组(63)并联的供电电源(64)。
10.一种基于上述真空海水淡化系统的海水淡化工艺，包括取水过程和蒸馏过程；所述取水过程包括以下步骤: s101、使系统处于密闭状态，开启供水阀(36)和真空泵(53)，没入大海水面下的取水管(11)开始吸取海水；s102、海水经取水管(11)进入海水过滤器(I)进行过滤，过滤后的海水流经穿设海水预热池(2)的供水管(31)，对海水进行预热； S103、预热后的海水进入海水加热器(3)，当液面到达海水高位限位开关时，触发海水高位限位开关并发送信号至系统控制装置； S104、系统控制装置关闭供水阀(36)，完成取水过程并进入蒸馏过程； 所述蒸馏过程具体包括以下步骤: S201、系统控制装置开启空气阀(38)，空气经过空气进气管(33)进入海水加热器(3)并在海水加热器(33)内翻腾，海水流动使温度达到均匀； S202、关闭空气阀(38)，将系统内气压维持在-0.07至-0.09Mpa ； S203、海水加热器(3)内淡水蒸发后，液面下降至海水低位限位开关时，触发海水低位限位开关并发送信号至系统控制装置； S204、真空泵(S3)关闭，排气阀(3S )开启，将浓缩后的海水排入海水预热池； S205、浓缩海水排空，排空水位开关(34)触发并发送信号至系统控制装置，系统进入下一个取水过程。
【文档编号】C02F1/04GK104030515SQ201410313977
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】任建军, 任志夫 申请人:任建军