高效海水淡化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海水处理技术领域，涉及一种海水处理系统，尤其涉及一种高效海水淡化系统。
【背景技术】
[0002]在淡水资源紧缺的背景下，作为淡水资源的开源增量技术，并且经过国内外实践经验的充分证实，海水淡化成为解决全球水资源匮乏的重要途径。因此发展海水淡化技术，向海洋索取淡水已成为现代社会的当务之急，并成为人类水资源开发利用的新亮点。大力发展海水淡化技术产业，对缓解当代水资源短缺、供需矛盾日趋突出和环境污染日益严重等系列重大问题具有深远的战略意义。海水淡化已经成为世界许多国家解决缺水问题所普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经在世界各地得到了广泛的认同和应用。
[0003]海水淡化是人类追求的梦想，从上个世纪五十年代以后，海水淡化随着水资源危机的加剧迅速发展起来，现已开发的多种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法的规模都到达了工业化生产水平。
[0004]上述方法面临着海水预处理、结垢、频繁更换滤膜和浓盐水排放对生态环境影响的问题。
[0005]不经处理的海水中含有大量的泥沙、藻类等微生物，并溶解有一定量的气体。传统方法是将海水引入混凝池后，加入一定量的助凝剂、混凝剂和氯气来进行初步的沉淀和杀菌消毒。但是，加入剂量过小将不能彻底混凝，使微生物在原水池内生长繁殖，不仅会降低混凝效果还会对设备造成腐蚀；或者加入剂量过大污染了水质(氯度超标)，同时部分藻类在被杀灭过程中分泌藻毒素等物质，使原水变色或产生异味进而带入产品水中，降低广品水的品质。
[0006]由于海水的高盐度、高硬度，在热法淡化过程中淡化换热面上易发生结垢，这已经成为海水淡化所面临的重要问题之一。结垢不仅会增加传热阻力、降低换热壁传热效率，同时会减少设备的使用寿命、增加维护费用，还严重影响设备淡水产量。结垢是一个复杂过程，基于目前的理论尚无法准确预测。目前常用的方法是在设计阶段预留35%的换热面积以减轻结垢对设备性能的影响，然而这无疑增加了换热器的体积，提高了生产、制造和运输成本。在热法海水淡化技术中，操作温度不得高于120°C，否则会产生严重的结垢问题，堵塞管路，使装置无法运行。操作温度低就要严重影响产生淡水的数量和效率，因此，结垢问题制约着热法海水淡化装置向大型化的发展。
[0007]反渗透海水淡化技术在运行中虽然具有功耗低、设备的腐蚀和结垢程度低的优点，但对预处理要求严格，处理工艺复杂，对进水水质有明确要求，反渗透膜寿命较短，易污染，需要定期更换，另外还要对产品水质做进一步处理。
[0008]海水经过淡化技术提取淡水之后，得到的浓海水盐度是正常海水的1.5?2倍。这些高浓盐水的排放会引起排放区域海水盐度增高，排放口盐度聚增，对海洋生物生长发育，生理机能有着多方面的影响，最终给海洋经济带来损失。盐度的改变会对动物生存、生长繁殖、生理代谢过程、代谢调节机制、物种分布等方面造成一定的影响。当环境盐度遽然升高时，破坏了体液与环境的渗透压平衡，一些处于幼年期的动物及没有渗透调节机制的海洋生物体细胞就会产生质壁分离，引发代谢失调甚至死亡，最终造成生物种类和数量的减少；高浓度的盐水会导致水体浊度上升，入射光线减少，海藻、海草等水生植物的光合作用受到抑制，造成海区生产力下降。
[0009]影响海水淡产业化发展的瓶颈两大因素，一是成本高，二是浓海水排放引发环境污染问题。
[0010]要彻底解决海水淡化的成本问题，就应该进一步研发新型的海水淡化技术和设备，降低淡水制备的能耗、寻找新型的节能材料和途径，利用自然绿色能源进行淡水的制备，以适应时代的发展。另外从实际的运行来看，成本、技术、政策等一系列原因，都是海水淡化产业发展的瓶颈。
[0011]现有的海水淡化技术面临如何提高能源利用效率和单位产水率的问题，在产业化和规模化方面也面临着极大的困难和挑战。本发明将新型海水淡化技术和传统海水淡化技术的有效结合，在传统的淡化基础之上整合多种新型强化传热技术，开发出一种新型的海水淡化系统，为人类提供更高质量的服务。
[0012]鉴于以上条件的影响，研发新型节能、经济的海水淡化技术必将会受到青睐，具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0013]本发明所要解决的技术问题是:提供一种高效海水淡化系统，可提高资源的利用率。
[0014]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0015]一种高效海水淡化系统，所述海水淡化系统包括:冷凝器、水栗、太阳能集热系统、喷雾系统、压缩机系统、蒸发器、换能器、汽水分离器、蒸发室、底部加热器、若干阀门；
[0016]若干阀门包括:海水喷淋调节阀、蒸发器海水加热入口调节阀、蒸发器底部海水加热入口调节阀、蒸发器海水加热出口控制阀、蒸发器底部海水加热出口控制阀、压缩机入口控制阀、第一蒸汽控制阀、蒸发器蒸汽通道出口控制阀、蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀、第二蒸汽控制阀、蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀、蒸发器入口控制阀、蒸发器出口控制阀、结晶盐排出控制阀；
[0017]所述蒸发器设有蒸发器海水通道、蒸发器蒸汽通道、蒸发器蒸馏通道；冷凝器设有海水入口、排出口，冷凝器通过水栗连接太阳能集热系统，太阳能集热系统通过蒸发器海水加热入口调节阀连接蒸发器海水通道；
[0018]所述蒸发器海水通道的第一端通过蒸发器入口控制阀连接蒸发器蒸汽通道的第一端；蒸发器海水通道的第二端通过蒸发器出口控制阀连接蒸发器蒸汽通道的第二端；
[0019]所述蒸发器的底部设有底部加热器，底部加热器连接结晶盐排出控制阀；底部加热器还设有换能器；蒸发器设置于蒸发室内，蒸发室的一端设有喷雾系统、汽水分离器；
[0020]所述底部加热器的第一端通过蒸发器海水加热出口控制阀、蒸发器底部海水加热入口调节阀、海水喷淋调节阀连接喷雾系统；底部加热器的第二端通过蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀、第一蒸汽控制阀连接喷雾系统、压缩机系统，第一蒸汽控制阀、压缩机系统之间还设有压缩机入口控制阀；压缩机系统连接蒸发器蒸汽通道；
[0021]蒸发器海水通道的第二端通过蒸发器海水加热出口控制阀接入冷凝器与水栗之间的管路；蒸发器蒸汽通道的第二端通过蒸发器蒸汽通道出口控制阀接入蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀、第一蒸汽控制阀之间的管路；
[0022]底部加热器通过蒸发器底部海水加热出口控制阀接入冷凝器与水栗之间的管路；底部加热器通过蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀接入第二蒸汽控制阀与冷凝器之间的管路；
[0023]海水蒸发流程包括三种模式:
[0024]第一种流程模式:太阳能集热系统和压缩机系统先后启动、同时运行；在白天太阳光充足的时候，同时开启太阳能集热系统和压缩机系统，产水量大；
[0025]各阀门所处状态:处在关闭状态的阀门有第一蒸汽控制阀、蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀、蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀、蒸发器入口控制阀、蒸发器出口控制阀，其余阀门处在打开状态；
[0026]蒸发室的底部加热由太阳能集热系统产生的热量完成，使压缩机系统产生的热量不经过蒸发室的底部加热器，而是用来直接加热海水；
[0027]先启动太阳能集热系统，海水经海水入口在冷凝器中进行热量交换，将进入的海水加热，被冷凝器初步加热的海水经水栗加压进入太阳能集热系统吸收光能进行加热，然后分为三路，第一路经过海水喷淋调节阀进入蒸发室，再经过喷雾系统将已经加热的海水进行喷雾，雾滴降落到蒸发器蒸馏通道后被蒸发器海水通道加热而蒸发；第二路经过蒸发器海水加热入口调节阀进入蒸发器海水通道，给蒸发器加热，然后经过蒸发器海水加热出口控制阀排到水栗入口再进行循环，充分利用已经加热海水的热量；第三路经过蒸发器底部海水加热入口调节阀进入底部加热器，将降落下来的结晶盐进一步加热蒸发；
[0028]待蒸发室内的蒸汽量到一定程度后，再启动压缩机系统，蒸发室内的蒸汽经过汽水分离器的分离进入压缩机系统进行再压缩，将蒸汽温度进一步提高后，进入蒸发器蒸汽通道给蒸发器加热，然后经过蒸发器蒸汽通道出口控制阀和第二蒸汽控制阀进入冷凝器和海水进行冷凝换热，将脱盐的蒸汽冷凝成淡水，经成品淡水从排出口排出；
[0029]待太阳能集热系统和压缩机系统都正常启动后，观察结晶盐排出控制阀排出结晶盐的状态，通过调节海水喷淋调节阀、蒸发器海水加热入口调节阀、蒸发器底部海水加热入口调节阀，可以得到不同干湿程度的结晶盐；
[0030]除垢问题:降落到蒸发室底部的结晶盐容易黏壁和结垢，会严重影响系统的产水量或系统的正常运行，为了避免该问题的发生，在底部加热器的内壁上安装了换能器，它能够使底部加热器的内壁产生高频低振幅的弹性波动，使壁面产生剪切力从而具有高效的防垢防黏壁的功能，确保了蒸发室底部在系统运行中保持干净状态；
[0031]第二种流程模式:在白天光能充足的时候，只开启太阳能集热系统，关闭压缩机系统；
[0032]各阀门所处状态:处在关闭状态的阀门有压缩机入口控制阀、蒸发器蒸汽通道出口控制阀、蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀、蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀，将压缩机系统从系统中切除，其余阀门处在打开状态；
[0033]此时蒸发器入口控制阀、蒸发器出口控制阀打开，将蒸发器海水加热入口调节阀来的加热海水同时进入蒸发器海水通道和蒸发器蒸汽通道加热蒸发器，喷雾系统和底部加热器和第一种流程模式一样；不同的是蒸发室的蒸汽经过汽水分离器后通过第一蒸汽控制阀和第二蒸汽控制阀直接进入冷凝器进行凝结换热后将成品淡水从排出口排出；
[0034]第三种流程模式:在光能不足或夜晚的时候，太阳能集热系统不能发挥作用，只有压缩机系统工作；
[0035]各阀门所处状态:处在关闭状态的阀门有蒸发器海水加热入口调节阀、蒸发器底部海水加热入口调节阀、蒸发器底部海水加热出口控制阀、第二蒸汽控制阀，其余阀门处在打开状态；
[0036]在蒸发器海水加热入口调节阀和蒸发器底部海水加热入口调节阀关闭后，经过冷凝器预热的海水通过太阳能集热系统直接进入喷雾系统；此时蒸发器入口控制阀、蒸发器出口控制阀打开，压缩机系统产生的高温蒸汽同时进入蒸发器海水通道、蒸发器蒸汽通道，首先将蒸发器海水通道内的海水排放干净后，再关闭蒸发器海水加热出口控制阀，蒸发器内的高温蒸汽经蒸发器海水通道和蒸发器蒸汽通道排出经蒸发器蒸汽通道出口控制阀和蒸发器底部蒸汽加热入口调节阀进入底部加热器，再经蒸发器底部蒸汽加热出口控制阀将蒸汽排入冷凝器进行凝结换热后将成品淡水从排出口排出；
[0037]通过调节海水喷淋调节阀，得到不同干湿程度的结晶盐；
[0038]所述蒸发器是一个具有三个通道的螺旋板换热器，由三层小于1mm厚的耐海水腐蚀的金属板卷制而成；三层金属板之间有若干个5mm高的支撑柱，或是在金属板上压出5mm高的凸点，保持三层金属板之间的距离是5mm，同时也保证了换热器的整体耐压强度；在卷制过程中，在蒸发器海水通道和蒸发器蒸馏通道上下边缘处直接焊接厚度为5_、宽度不小于20mm的耐腐蚀而且弹性好的金属条，起到密封和传递超声波能量的作用；在蒸发器蒸汽通道上下边缘处的固定位置焊接有超声波能量传递块，其余部位保持上下畅通，以便海水雾滴通过和蒸发；另外在对应位置焊接有超声波能量传递块的位置安装换能器，具有防垢除垢和强化换热的功能；
[0039]在第一种流程模式时，太阳能集热系统和压缩机系统先后启动、同时运行，海水进入蒸发器海水通道，压缩蒸汽进入蒸发器蒸汽通道，一起对蒸发器的蒸发器蒸馏通道两侧进行加热；当已经被预热的海水的雾滴降落过程中吸收蒸