海水淡化装置和海水淡化系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种海水淡化装置，该海水淡化装置包括第一换热器（1）、第一循环单元、第二换热器（2）、第二循环单元和海水淡化蒸发器（3），其中，所述第一换热器（1）包括废热入口（1a）和废热出口（1b）；所述海水淡化蒸发器（3）包括海水入口（3a）、海水出口（3b）和淡水蒸汽出口；所述第一循环单元包括第一吸热部分和第一放热部分，所述第一吸热部分位于所述第一换热器（1）中，所述第一放热部分位于所述第二换热器（2）中；所述第二循环单元包括第二吸热部分和第二放热部分，所述第二吸热部分位于所述第二换热器（2）中，所述第二放热部分位于所述海水淡化蒸发器（3）中。
【专利说明】海水淡化装置和海水淡化系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及海水淡化领域，具体地，涉及一种海水淡化装置和一种海水淡化系统。
【背景技术】
[0002]目前，淡水需求量急剧增加，然而淡水资源有限，因此如何将海水淡化为可供人类饮用的淡水已成为21世纪人类的重大课题。
[0003]目前，海水淡化中多采用蒸馏法，低温多效海水淡化技术就是其中的一种，海水淡化系统具有运行平稳、噪音低以及维修操作方便等优点，但是目前国内外生产和使用的海水淡化系统均使用采用蒸汽驱动，还没有使用烟气废热、化学反应废热和工业炉废热等废热为驱动力的海水淡化系统，可以想象如果以废热作为热源对海水进行淡化能够大大降低海水的淡化成本；烟气废热、化学反应废热和工业炉废热等废热具有一定腐蚀性，因此，在利用这些废热作为热源时需要适应性地改进海水淡化系统中的海水淡化装置，通过对海水淡化装置的工作可靠性、安装灵活性以及维护的便利性等多方面改善。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种海水淡化装置以及具有该海水淡化装置的低温海水淡化系统。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供一种海水淡化装置，该海水淡化装置包括第一换热器、第一循环单元、第二换热器、第二循环单元和海水淡化蒸发器，其中，所述第一换热器包括废热入口和废热出口 ；所述海水淡化蒸发器包括海水入口、海水出口和淡水蒸汽出口 ；所述第一循环单元包括第一吸热部分和第一放热部分，所述第一吸热部分位于所述第一换热器中，所述第一放热部分位于所述第二换热器中；所述第二循环单元包括第二吸热部分和第二放热部分，所述第二吸热部分位于所述第二换热器中，所述第二放热部分位于所述海水淡化蒸发器中。
[0006]优选地，所述第一循环单元为热管，所述第一吸热部分为所述热管的蒸发段，所述第一放热部分为所述热管的冷凝段。
[0007]优选地，所述第二换热器为蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括冷凝水入口和蒸汽出口，所述第二放热部分具有冷凝水出口和蒸汽入口，所述第二循环单元包括蒸汽输出管道和冷凝水输入管道，所述蒸汽输出管道连通所述蒸汽出口和所述蒸汽入口，所述冷凝水输入管道连通所述冷凝水入口和所述冷凝水出口。
[0008]优选地，所述第二放热部分为海水降膜蒸发器。
[0009]优选地，所述第一吸热部分为所述第一换热器中的换热管，该换热管具有热介质出口和冷介质入口，所述第二换热器具有热介质入口和冷介质出口，所述第一循环单元包括热介质输出管道和冷介质输入管道，所述热介质输出管道连通所述热介质出口和所述热介质入口，所述冷介质输入管道连通所述冷介质出口和所述冷介质出口，并且所述热介质输出管道上设置有第二泵。
[0010]优选地，所述换热管为耐腐蚀换热管。
[0011]优选地，所述第二循环单元为热管，所述第二吸热部分为所述热管的蒸发段，所述第二放热部分为所述热管的冷凝段。
[0012]优选地，该海水淡化蒸发装置还包括预热器和海水输入管道，所述海水输入管道连接至所述海水入口，所述海水输入管道通过所述预热器内部.[0013]优选地，该海水淡化蒸发装置还包括冷凝器，所述淡水蒸汽出口与该冷凝器连通。
[0014]优选地，所述海水淡化蒸发器中设置有海水喷射装置，该海水喷射装置与所述海水入口连通，该海水喷射装置包括朝向所述第二放热部分设置的多个喷嘴。
[0015]本实用新型还提供了一种海水淡化系统，该海水淡化系统包括根据本实用新型的海水淡化装置。
[0016]本实用新型的技术方案中，使用废热作为热源，节约了能源，有效降低海水淡化成本；并且，通过第一换热器将废热转换到第一循环单元的热介质中，再通过第二换热器使第一循环单元和第二循环单元之间完成热交换，然后通过第二循环单元的第二放热部分向海水淡化提供能量，因此，使得海水与废热源不直接接触，在设备运行当中，如果第一换热器和第二换热器等出现故障，海水淡化蒸发器还可以借助其他动力源继续工作而不受影响；其次，由于该海水淡化装置包括两级换热，因此连接管道较多，可以通过选择性地延长其中部分连接管道的长度来改变海水淡化蒸发器的安装位置，安装灵活性提高；另外，本实用新型的海水淡化装置结 构简单，便于操作和维护。
[0017]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0019]图1是根据本实用新型的一种实施方式的海水淡化装置的示意图；
[0020]图2是根据本实用新型的另一种实施方式的海水淡化装置的示意图。
[0021]附图标记说明
[0022]I第一换热器
[0023]Ia废热入口Ib废热出口
[0024]2第二换热器
[0025]2a冷凝水入口2b蒸汽出口
[0026]2a’热介质入口 2b’冷介质出口
[0027]3海水淡化蒸发器
[0028]3a海水入口3b海水出口
[0029]4预热器
[0030]5海水输入管道 6海水喷射装置
[0031]7海水降膜蒸发器
[0032]7a冷凝水出口7b蒸汽入口
[0033]8蒸汽输出管道 9冷凝水输入管道[0034]10 第二泵
[0035]11换热管
[0036]11a’热介质出口 lib’冷介质入口
[0037]12热介质输出管道13冷介质出入管道
[0038]14 第一泵
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0040]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是在本实用新型提供的海水淡化装置和海水淡化系统正常使用情况下定义的，并且也与参考附图所示方向一致；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
[0041]根据本实用新型的一方面，提供了一种海水淡化装置，该海水淡化装置包括第一换热器1、第一循环单元、第二换热器2、第二循环单元和海水淡化蒸发器3，其中，所述第一换热器I包括废热入口 Ia和废热出口 Ib ;所述海水淡化蒸发器3包括海水入口 3a、海水出口 3b和淡水蒸汽出口 ；所述第一循环单元包括第一吸热部分和第一放热部分，所述第一吸热部分位于所述第一换热器I中，所述第一放热部分位于所述第二换热器2中；所述第二循环单元包括第二吸热部分和第二放热部分，所述第二吸热部分位于所述第二换热器2中，所述第二放热部分位于所述海水淡化蒸发器3中。
[0042]本实用新型的技术方案中，使用废热作为热源，在第一换热器I中，废热将热量传递给第一循环单元的位于第一吸热部分中介质，该介质能够在第一循环单元中循环，该介质从第一吸热部分输送到第一放热部分，在第二换热器2中，第一放热部分中的介质释放热量，这些热量被第二循环单元的位于第二吸热部分中的介质吸收，并且第二循环单元中的介质也随着在第二循环单元不断循环，从第二吸热部分吸收输送至第二放热部分，在海水淡化蒸发器3中第二放热部分中的介质释放热量从而将海水淡化蒸发器3中的海水蒸馏，以实现海水的淡化，即通过第一循环单元和第二循环单元的不断循环，不断将废热的热量传递给海水以实现海水的淡化。
[0043]本实用新型的海水淡化装置中，使用废热从而有助于节约能源并降低海水淡化成本，更适应于能源紧缺的当今社会；其次，通过第一换热器I将废热转换到第一循环单元的热介质中，再通过第二换热器2使第一循环单元和第二循环单元之间完成热交换，然后通过第二循环单元的第二放热部分向海水淡化提供能量，因此，在整个工作过程中，海水与废热源并不直接接触，在设备运行当中，如果第一换热器I和/或第二换热器2等出现故障，海水淡化蒸发器3还可以借助其他动力源继续工作而不受影响，例如，可以将外界蒸汽源直接通入所述第二放热部分中，当然也可以在使用废热的同时混合使用外界蒸汽源；另外，由于该海水淡化装置包括两级换热，因此连接管道较多，可以通过选择性地延长其中部分连接管道的长度来改变第二换热器1、第二换热器2或者海水淡化蒸发器3的安装位置，装置的安装灵活性提高；此外，本实用新型的海水淡化装置结构简单，便于操作和维护。
[0044]参加图1，显示了本实用新型的第一实施方式的海水淡化装置。
[0045]在第一实施方式中，第一循环单元为热管，第一吸热部分为所述热管的蒸发段，第一放热部分为所述热管的冷凝段，利用热管完成废热与海水之间的热交换，热管的传热效率高，有利于提高装置的工作效率。
[0046]并且，具体地，所述热管中填充有热管工质，选用适合于本装置的海水淡化工况的热管工质，例如本实施方式中所使用的热管工质优选为水或者无水乙醇。
[0047]优选地，第二换热器2位于第一换热器I上方，蒸发段中的热管工质受热后发生相变从液态转化为气态，向上输送到冷凝段中，在冷凝段中，热管工质将热量传递给第二换热器I中的第二吸热部分并发生相变从气态转化为液态，在重力作用下自动回流到蒸发段中，热管工质不断完成上述循环，从而实现废热与第二循环单元的间接热交换。
[0048]具体地，热管还包括位于蒸发段和冷凝段之间的绝热段，该绝热段置于第一换热器I与第二换热器2之间，绝热段的管壁上设置有绝热材料，此外，为了提高传热效率，可以在蒸发段上增设翅片，以增大接触面积。
[0049]并且，第二换热器2为蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括冷凝水入口 2a和蒸汽出口2b，第二放热部分具有冷凝水出口 7a和蒸汽入口 7b，第二循环单元包括蒸汽输出管道8和冷凝水输入管道9，蒸汽输出管道8连通蒸汽出口 2b和蒸汽入口 7b，冷凝水输入管道9连通冷凝水入口 2a和冷凝水出口 7a。第二循环单元的第二吸热部分即为蒸汽发生器的壳体以及容纳于壳体中的介质水。本实施方式中，热管的冷凝段在第二换热器2中放热，使得第二换热器2中的水受热产生约65°C的低温蒸汽，该低温蒸汽从蒸汽出口 2b排出并经蒸汽输送管道8从蒸汽入口 7b进入第二放热部分中，以对海水进行加热。
[0050]另外，在第一实施方式中，所述第二放热部分为海水降膜蒸发器7。并且，为了保证第二循环单元中介质的顺利循环，可以在冷凝水输入管道9上设置第一泵14，以驱动从海水降膜蒸发器7中排出的冷凝水回流到第二换热器2中。
[0051]在第一实施方式中，海水淡化蒸发器3的安装位置和安装高度没有具体要求，可以通过延长蒸汽输出管道8和冷凝水输入管道9的长度和布置来配合海水淡化蒸发器3的安装位置和安装高度的变化，安装灵活性好，由于蒸汽输出管道8和冷凝水输入管道9中输送的介质分别为水蒸气和冷凝水，因此，不存在介质泄漏后会污染环境的隐患。
[0052]参加图2，显示了本实用新型的第二实施方式的海水淡化装置。
[0053]在第二实施方式中，第一吸热部分为所述第一换热器I中的换热管11，该换热管11具有热介质出口 11a’和冷介质入口 11b’，所述第二换热器2具有热介质入口 2a’和冷介质出口 2b’，所述第一循环单元包括热介质输出管道12和冷介质输入管道13，所述热介质输出管道12连通所述热介质出口 11a’和所述热介质入口 2a’，所述冷介质输入管道13连通所述冷介质出口 2b’和所述冷介质出口 lib’，并且所述热介质输出管道12上设置有第二泵 10。
[0054]由于设置有第二泵10，因此，第一循环单元中的介质可以在不发生相变的情况下通过第二泵10的驱动从换热管11中经热介质输出管道12输送到第二换热器2中，即第二实施方式中，第一循环单兀米用的强制循环，换言之，第二实施方式中，第一换热器I为强制对流式换热器，这样设置的好处是第一循环单元中所填充的介质的可选择范围更宽，例如，本实施方式中，选择的介质为水，这样，不存在介质泄漏后会污染环境的隐患(尤其是对于容易泄露介质的热介质输出管道12和冷介质输入管道13而言)，热介质输出管道12和冷介质输入管道13的长度和布置方式的灵活性提高，第二换热器2的安装位置和安装高度更灵活，可以通过延长蒸汽输出管道8和冷凝水输入管道9的长度和布置来配合海水淡化蒸发器3的安装位置和安装高度的变化。另外，优选地，将第二换热器2布置在第一换热器I的上方，从冷介质出口 2b’流出的冷介质可以直接在重力作用下通过冷介质输入管道13回流到第一吸热部分中。并且，第二循环单元的第二吸热部分即为第二换热器2的壳体以及容纳于壳体中的介质。
[0055]另外，由于烟气废热、化学反应废热和工业炉废热等废热具有一定腐蚀性，为了延长第一换热器I的使用寿命，优选地，换热管11为耐腐蚀换热管，例如换热管11可以由耐腐蚀材料制成，即本实施方式中第一换热器I为耐腐蚀换热器。
[0056]并且，第二循环单元为热管，第二吸热部分为所述热管的蒸发段，第二放热部分为所述热管的冷凝段，利用热管完成第一循环单元与海水之间的热交换，热管的传热效率高，有利于提高装置的工作效率，并且，保证同等传热效率的情况下，通过热管传热更适于需要将第二吸热部分和第二放热部分设置为较小体积的情况，因此有利于缩小海水淡化蒸发器3的体积。
[0057]具体地，所述热管中填充有热管工质，选用适合于本装置的海水淡化工况的热管工质，例如本实施方式中所使用的热管工质优选为水或无水乙醇。
[0058]优选地，海水淡化蒸发器3位于第二换热器2上方，蒸发段中的热管工质受热后发生相变从液态转化为气态，向上输送到冷凝段中，在冷凝段中，热管工质将热量传递给海水淡化蒸发器3中的海水然后发生相变从气态转化为液态，在重力作用下自动回流到蒸发段中，热管工质不断完成上述循环，从而实现第一循环单元与海水淡化蒸发器3中的海水之间的热交换。
[0059]具体地，热管还包括位于蒸发段和冷凝段之间的绝热段，该绝热段置于第二换热器2和海水淡化蒸发器3之间，绝热段的管壁上设置有绝热材料，此外，为了提高传热效率，可以在蒸发段上增设翅片，以增大接触面积。
[0060]本领域技术人员可以理解的是，海水淡化蒸发器3可以设置为任意适合的形式，例如，本实施方式中，海水淡化蒸发器3中设置有海水喷射装置6，该海水喷射装置6与海水入口 3a连通，并且，进一步具体地，海水喷射装置6包括朝向所述第二放热部分设置的多个喷嘴，即从海水入口 3a进入海水淡化蒸发器3中的海水输送至海水喷射装置6中，并通过海水喷射装置6的喷嘴直接喷射到温度较高的所述第二放热部分上，从而更有利于海水充分而均匀地接触所述第二放热部分，以将更好地将海水加热到蒸馏温度以上从而完成淡化，海水发生蒸馏后，蒸馏处的淡水蒸汽从淡水蒸汽出口排出，剩余的高浓度海水则落到海水淡化蒸发器3中从海水出口 3b排出。
[0061]参见图1和图2，优选情况下，本实施方式的海水淡化装置还包括预热器4和海水输入管道5，海水输入管道5连接至海水入口 3a，海水输入管道5通过所述预热器4内部，通过预热器4对海水输入管道5中的海水进行预热，以提高从海水入口 3a进入到海水淡化蒸发器3中的海水温度,有利于加快海水淡化蒸发器3中海水蒸馏的速度。
[0062]另外，本实施方式的海水淡化蒸发装置还包括冷凝器，所述淡水蒸汽出口与该冷凝器连通，从淡水蒸汽出口排出的淡水蒸汽在所述冷凝器中受冷冷凝成液体，即淡水。根据本实用新型的另一方面，提供了一种海水淡化系统，该海水淡化系统包括根据本实用新型的海水淡化装置。[0063]并且，该海水淡化系统包括相串联的多个海水淡化蒸发器3。
[0064]另外，本实施方式的海水淡化系统还包括废热源、废热输入管道、废热输出管道和抽风机，废热输入管道连通废热源和废热入口 Ia,废热输出管道连通废热出口 Ib和抽风机，在抽风机的作用下，废热从废热入口 Ia进入第一换热器I中并在与第一循环单元的第一吸热部分进行完热交换后从废热出口 Ib排出。
[0065]此外,本实施方式的海水淡化系统还包括海水源、海水池和海水输出管道，海水输入管道5连通海水源和海水入口 3a，海水输出管道连通海水出口 3b和海水池。
[0066]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0067]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0068]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1.一种海水淡化装置，该海水淡化装置包括第一换热器(I)、第一循环单元、第二换热器(2)、第二循环单元和海水淡化蒸发器(3)，其中， 所述第一换热器(I)包括废热入D(Ia)和废热出D(Ib); 所述海水淡化蒸发器(3)包括海水入口(3a)、海水出口(3b)和淡水蒸汽出口 ； 所述第一循环单元包括第一吸热部分和第一放热部分，所述第一吸热部分位于所述第一换热器(I)中，所述第一放热部分位于所述第二换热器(2)中； 所述第二循环单元包括第二吸热部分和第二放热部分，所述第二吸热部分位于所述第二换热器(2)中，所述第二放热部分位于所述海水淡化蒸发器(3)中。
2.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第一循环单元为热管，所述第一吸热部分为所述热管的蒸发段，所述第一放热部分为所述热管的冷凝段。
3.根据权利要求2所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第二换热器(2)为蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括冷凝水入口(2a)和蒸汽出口(2b)，所述第二放热部分具有冷凝水出口(7a)和蒸汽入口(7b)，所述第二循环单元包括蒸汽输出管道(8)和冷凝水输入管道(9)，所述蒸汽输出管道(8 )连通所述蒸汽出口( 2b )和所述蒸汽入口( 7b )，所述冷凝水输入管道(9)连通所述冷凝水入口(2a)和所述冷凝水出口(7a)。
4.根据权利要求3所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第二放热部分为海水降膜蒸发器(7)。
5.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第一吸热部分为所述第一换热器(I)中的换热管(11)，该换热管(11)具有热介质出口( I la’)和冷介质入口( I Ib ’)，所述第二换热器(2 )具有热介质入口( 2a’)和冷介质出口( 2b ’)，所述第一循环单元包括热介质输出管道(12)和冷介质输入管道(13)，所述热介质输出管道(12)连通所述热介质出口( 11a’)和所述热介质入口(2a’)，所述冷介质输入管道(13)连通所述冷介质出口(2b’)和所述冷介质出口( lib’)，并且所述热介质输出管道(12)上设置有第二泵(10)。
6.根据权利要求5所述的海水淡化装置，其特征在于，所述换热管(11)为耐腐蚀换热管。
7.根据权利要求5所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第二循环单元为热管，所述第二吸热部分为所述热管的蒸发段，所述第二放热部分为所述热管的冷凝段。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的海水淡化装置，其特征在于，该海水淡化蒸发装置还包括预热器(4)和海水输入管道(5)，所述海水输入管道(5)连接至所述海水入口(3a)，所述海水输入管道(5)通过所述预热器(4)内部。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的海水淡化装置，其特征在于，该海水淡化蒸发装置还包括冷凝器，所述淡水蒸汽出口与该冷凝器连通。
10.根据权利要求1-7中任意一项所述的海水淡化装置，其特征在于，所述海水淡化蒸发器(3)中设置有海水喷射装置(6)，该海水喷射装置(6)与所述海水入口(3a)连通，该海水喷射装置(6)包括朝向所述第二放热部分设置的多个喷嘴。
11.一种海水淡化系统，其特征在于，该海水淡化系统包括根据所述权利要求1-10中任意一项所述的海水淡化装置。
【文档编号】C02F103/08GK203715316SQ201420047612
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】李延兵, 张建丽, 刘秋生, 周洪光, 孙平, 金苏敏, 张忠梅, 杨庆卫, 丁涛 申请人:中国神华能源股份有限公司, 北京国华电力有限责任公司, 神华国华（北京）电力研究院有限公司, 南京工业大学