梯級海水淡化系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種梯級海水淡化系統(tǒng)及其方法，屬于能源與動力領域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的加濕除濕海水淡化方法通常在常壓下進行，將經(jīng)過集熱器加熱后的熱海水與冷空氣混合，產(chǎn)生濕空氣，同時將經(jīng)加濕器濃縮后的濃海水直接排出，由于在常壓下濃縮后的濃海水溫度較低，最終導致濃海水的濃度不高，仍然具有進一步淡化的潛力，同時，加濕除濕海水淡化方法通常采用太陽能作為熱源加熱經(jīng)除濕器預熱后的來料海水，受太陽能空間和時間分布的不均勻性，嚴重影響加濕除濕海水淡化系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性。然而對加濕除濕海水淡化系統(tǒng)的濃海水進行進一步淡化，同時提高海水淡化系統(tǒng)的穩(wěn)定性及能源利用效率的研宄還未弓I起重視。
[0003]目前采用機械蒸汽再壓縮方法對海水進行淡化是學者和工程界的熱點研宄課題，可在溫度更高的范圍內(nèi)對海水進行淡化，同時可將排出高溫濃海水的載熱用于加濕除濕海水淡化系統(tǒng)的加熱熱源，提高海水淡化系統(tǒng)的穩(wěn)定性及相應的能源利用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種梯級海水淡化系統(tǒng)及其方法。
[0005]一種梯級海水淡化系統(tǒng)，包括加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)、余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)；
其中加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)包括除濕器、海水集熱器、風機、加濕器；其中除濕器海水側(cè)出口與海水集熱器淡海水側(cè)進口相連，海水集熱器淡海水側(cè)出口與加濕器海水側(cè)進口相連，除濕器冷空氣出口與風機進口相連，風機出口與加濕器空氣側(cè)進口相連，加濕器空氣側(cè)出口與除濕器空氣側(cè)進口相連；
其特征在于:該系統(tǒng)還包括余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、分離器、壓縮機、余壓回收器；
加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)中加濕器海水側(cè)出口與蒸發(fā)器海水側(cè)進口相連，蒸發(fā)器海水側(cè)出口與分離器進口相連，分離器蒸汽側(cè)出口與壓縮機進口相連，壓縮機出口與蒸發(fā)器蒸汽側(cè)進口相連，蒸發(fā)器冷凝水側(cè)出口與余壓回收器相連，余壓回收器出口將壓力降低后的淡水排出，分離器海水側(cè)出口與加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)中海水集熱器的熱海水進口側(cè)相連；
根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級海水淡化系統(tǒng)的工作過程，包括以下過程:來料海水進入加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)中的除濕器海水進口，經(jīng)熱濕空氣預熱后進入海水集熱器，淡水從熱濕空氣中冷凝析出，同時冷空氣從除濕器出口流出，經(jīng)預熱后的海水進入海水集熱器加熱，熱海水從海水集熱器流出后進入加濕器，從加濕器頂部進入熱海水與經(jīng)風機加壓后的冷空氣混合，經(jīng)熱海水加熱后的熱空氣從加濕器頂部流出，進入除濕器完成循環(huán)，經(jīng)冷空氣冷卻后的一次濃海水從加濕器底部流出； 其特征在于還包括以下過程:經(jīng)加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)加濕器流出的一次濃海水進入蒸發(fā)器，經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)后的海水和蒸汽混合物進入分離器，經(jīng)分離器分離后的蒸汽從頂部流出，進入壓縮機升壓后蒸汽進入蒸發(fā)器加熱經(jīng)加濕器流出的一次濃海水，經(jīng)蒸發(fā)器冷凝后的冷凝水進入余壓回收器，經(jīng)降壓后的冷凝水從余壓回收器出口排出，同時經(jīng)分離器底部流出的二次濃海水進入海水集熱器加熱經(jīng)除濕器預熱后的來料海水，經(jīng)冷卻后的二次濃海水從海水集熱器出口流出。
[0006]上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)可以對經(jīng)加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)排出的一次濃海水進行進一步淡化，提高海水淡化系統(tǒng)的產(chǎn)水量。
[0007]上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)排出的二次濃海水，可以為加熱加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)中經(jīng)除濕器預熱后的來料海水提供穩(wěn)定的熱源，最終提高海水淡化系統(tǒng)的運行安全性和穩(wěn)定性，同時提高海水淡化系統(tǒng)的能源利用效率。
[0008]上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)高壓冷凝水進入余壓回收器做功后拖動壓縮機，回收壓縮機的輸入機械功，提高海水淡化系統(tǒng)的能源利用效率。
[0009]上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)中的蒸發(fā)器采用豎管降膜列管式換熱器。
[0010]上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)中的蒸發(fā)器采用鈦材列管式換熱器，防止?jié)夂Ｋ畬φ舭l(fā)器本體的腐蝕；
上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)中的余壓回收器采用軸流式水輪機，回收壓縮機的輸入機械功。
[0011]上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)中的壓縮機采用羅茨式雙葉結(jié)構(gòu)。
[0012]上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)中的壓縮機和余壓回收器采用同軸結(jié)構(gòu)。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有加濕除濕海水淡化系統(tǒng)，圖中:I除濕器，2海水集熱器，3加濕器，4風機，A加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)。
[0015]圖2是本發(fā)明梯級海水淡化系統(tǒng)，圖中:5壓縮機，6分離器，7蒸發(fā)器，8余壓回收器，B余壓回收機械蒸汽再壓縮子系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0016]下面參照圖1、圖2說明梯級海水淡化系統(tǒng)的運行過程。
[0017]圖2是本發(fā)明提出的梯級海水淡化系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作過程如下:來料海水進入加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)中的除濕器海水進口，經(jīng)熱濕空氣預熱后進入海水集熱器，淡水從熱濕空氣中冷凝析出，同時冷空氣從除濕器出口流出，經(jīng)預熱后的海水進入海水集熱器加熱，熱海水從海水集熱器流出后進入加濕器，從加濕器頂部進入熱海水與經(jīng)風機加壓后的冷空氣混合，經(jīng)熱海水加熱后的熱空氣從加濕器頂部流出，進入除濕器完成循環(huán)，經(jīng)冷空氣冷卻后的一次濃海水從加濕器底部流出。至此，如果不啟動余壓機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行過程與圖1相同。
[0018]加裝余壓機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)后，經(jīng)加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)加濕器流出的一次濃海水進入蒸發(fā)器，經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)后的海水和蒸汽混合物進入分離器，經(jīng)分離器分離后的蒸汽從頂部流出，進入壓縮機升壓后蒸汽進入蒸發(fā)器加熱經(jīng)加濕器流出的一次濃海水，經(jīng)蒸發(fā)器冷凝后的冷凝水進入余壓回收器，經(jīng)降壓后的冷凝水從余壓回收器出口排出，同時經(jīng)分離器底部流出的二次濃海水進入海水集熱器加熱經(jīng)除濕器預熱后的來料海水，經(jīng)冷卻后的出料海水從海水集熱器出口流出。
【主權(quán)項】
1.一種梯級海水淡化系統(tǒng)，包括加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)(A)、余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)(B); 其中加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)(A)包括除濕器(1)、海水集熱器(2)、風機(3)、加濕器(4);其中除濕器(I)海水側(cè)出口與海水集熱器(2)淡海水側(cè)進口相連，海水集熱器(2)淡海水側(cè)出口與加濕器(3 )海水側(cè)進口相連；除濕器(I)冷空氣出口與風機(4)進口相連，風機(4)出口與加濕器(3)空氣側(cè)進口相連，加濕器(3)空氣側(cè)出口與除濕器(I)空氣側(cè)進口相連； 其特征在于:該系統(tǒng)還包括余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)(B)，該子系統(tǒng)包括蒸發(fā)器(5)、分離器(6)、壓縮機(7)、余壓回收器(8); 加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)(A)中加濕器(3)海水側(cè)出口與蒸發(fā)器(5)海水側(cè)進口相連，蒸發(fā)器(5)海水側(cè)出口與分離器(6)進口相連，分離器(6)蒸汽側(cè)出口與壓縮機(7)進口相連，壓縮機(7)出口與蒸發(fā)器(5)蒸汽側(cè)進口相連，蒸發(fā)器(5)冷凝水側(cè)出口與余壓回收器(8)相連，余壓回收器(8)出口將壓力降低后的淡水排出，分離器(6)海水側(cè)出口與加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)(A)中海水集熱器(2)的熱海水進口側(cè)相連，出料海水從海水集熱器(2)熱海水出口側(cè)排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)(B)中的蒸發(fā)器(5)采用豎管降膜列管式換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)(B)中的蒸發(fā)器(5)采用鈦材列管式換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)(B)中的余壓回收器(8)采用軸流式水輪機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)(B)中的壓縮機(8)采用羅茨式雙葉結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級海水淡化系統(tǒng)，其特征在于:上述余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)(B)中的壓縮機(7)和余壓回收器(8)采用同軸結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯級海水淡化系統(tǒng)的工作過程，包括以下過程:來料海水進入加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)(A)中的除濕器(I)海水進口，經(jīng)熱濕空氣預熱后進入海水集熱器(2)，淡水從熱濕空氣中冷凝析出，同時冷空氣從除濕器(I)出口流出，經(jīng)預熱后的海水進入海水集熱器(2 )加熱，熱海水從海水集熱器(2 )流出后進入加濕器(3 )，從加濕器(3 )頂部進入熱海水與經(jīng)風機(4)加壓后的冷空氣混合，經(jīng)熱海水加熱后的熱空氣從加濕器(3)頂部流出，進入除濕器(I)完成循環(huán)，經(jīng)冷空氣冷卻后的一次濃海水從加濕器(3)底部流出； 其特征在于還包括以下過程:經(jīng)加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)(A)加濕器(3)流出的一次濃海水進入蒸發(fā)器(5)，經(jīng)蒸發(fā)器(5)蒸發(fā)后的海水和蒸汽混合物進入分離器(6)，經(jīng)分離器(6 )分離后的蒸汽從頂部流出，進入壓縮機(7 )升壓后蒸汽進入蒸發(fā)器(5 )加熱經(jīng)加濕器(3)流出的一次濃海水，經(jīng)蒸發(fā)器(5)冷凝后的冷凝水進入余壓回收器(8)，經(jīng)降壓后的冷凝水從余壓回收器(8)出口排出，同時經(jīng)分離器(6)底部流出的二次濃海水進入海水集熱器(2 )加熱經(jīng)除濕器(I)預熱后的來料海水，經(jīng)冷卻后的二次濃海水從海水集熱器(2 )出口流出。
【專利摘要】一種梯級海水淡化系統(tǒng)及其方法，屬于能源與動力領域。其特征在于：該系統(tǒng)還包括余壓回收機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括與加濕器出口濃海水相連的蒸發(fā)器、與蒸發(fā)器海水側(cè)出口相連的分離器、與分離器蒸汽出口相連的壓縮機、與蒸發(fā)器蒸汽側(cè)出口相連的余壓回收器，分離器濃海水出口與加濕除濕海水淡化子系統(tǒng)的海水集熱器熱海水側(cè)進口相連。本發(fā)明充分利用機械蒸汽再壓縮海水淡化子系統(tǒng)中蒸發(fā)器冷凝水壓力及分離器排出濃海水的載熱量，提高熱能的綜合利用效率和海水淡化系統(tǒng)的造水比，遵循了能量梯級利用的原則，符合國家節(jié)能減排及水資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的目標。
【IPC分類】C02F1-04, C02F103-08
【公開號】CN104609488
【申請?zhí)枴緾N201510042152
【發(fā)明人】何緯峰, 韓東, 岳晨, 蒲文灝, 羅朝嘉, 張軒愷
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月28日