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雙效板式海水淡化系統及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610022852.X

申請日:

2016.01.14

公開號:

CN105481159A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 9/10申請日:20160114|||公開
IPC分類號: C02F9/10; C02F103/08(2006.01)N 主分類號: C02F9/10
申請人: 南通中船機械制造有限公司
發明人: 顧楊怡; 韓東; 岳晨; 范菊蘭; 何緯峰; 朱建華; 蒲文灝; 李春霞
地址: 226010江蘇省南通市經濟技術開發區新開路118號
優先權:
專利代理機構: 江蘇圣典律師事務所32237 代理人: 賀翔
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610022852.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.05|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種雙效板式海水淡化系統及方法,屬于海水淡化領域。其特征在于包括依次由A板-B板-A板間隔布置而成的AB復合板。A板的加熱區域(13)與B板的蒸發區域(27)位置正好重疊,A板的第一冷凝區域(14)與B板的第一蒸發區域(29)位置正好重疊,A板的第二冷凝區域(15)與B板的第二蒸發區域(31)位置正好重疊;而且上述區域的波紋結構起到強化傳熱的作用,實現了海水的雙效蒸發,較常規單效或者單級熱法海水淡化系統節能,而且能夠起到支撐和承壓作用。此外,與常規雙級閃蒸或雙效蒸發法相比,該系統充分利用了板間間隙隔離出得兩個氣液分離區實現了汽水分離,不需要單獨布置結構龐大的蒸發空間,因此結構更為緊湊,使用的耐腐蝕金屬材料較少,成本較低。

權利要求書

1.一種雙效板式海水淡化系統,其特征在于:該系統包括AB復合板,所述AB復合板依次由A板-B板-A板按前后方式交替布置而成;其中A板由下而上依次包括加熱區域(13)、第一分離區(6)、第一冷凝區域(14)、第二氣液分離區(11)和第二冷凝區域(15);其中B板由下而上依次包括蒸發區域(27)、第一氣液分離區(28)、第一蒸發區域(29)、第二分離區(30)和第二蒸發區域(31);其中蒸發區域(27)與加熱區域(13)位置正好重疊,第一氣液分離區(28)與第一分離區(6)位置正好重疊,第一蒸發區域(29)與第一冷凝區域(14)位置正好重疊,第二分離區(30)與第二氣液分離區(11)位置正好重疊,第二蒸發區域(31)與第二冷凝區域(15)位置正好重疊;在A板的加熱區域(13)的左上角有貫穿整個AB復合板的熱水流入通道(21),左下角布置有貫穿整個AB復合板的熱水流出流道(23),右上角布置有貫穿整個AB復合板的第一濃海水流出通道(24),右下角布置有貫穿整個AB復合板的第一熱海水流入通道(9);在A板的第一冷凝區域(14)的右下角布置有貫穿整個AB復合板的第二熱海水流入通道(7),右上角布置有貫穿整個AB復合板的第二濃海水流出通道(8),左下角布置有貫穿整個AB復合板的第一淡水流出通道(17);在A板的第二冷凝區域(15)的右上角布置有貫穿整個AB復合板的熱海水流出通道(12),右下角布置有貫穿整個AB復合板的海水流入通道(3),左下角布置有貫穿整個AB復合板的第二淡水流出通道(16);按照AB復合板中將A板、B板的前后疊放順序,將所有B板在前A板在后,兩者之間的空間均稱作奇數空間;將所有A板在前B板在后,兩者之間的空間均稱作偶數空間;在偶數空間中安裝有第一隔離片(26)和第二隔離片(32),其中第一隔離片(26)的位置恰好對應A板上第二氣液分離區(11)和第二冷凝區域(15)之間的分界面,第二隔離片(32)的位置恰好對應A板上第二氣液分離區(11)和第一冷凝區域(14)之間的分界面;定義第二隔離片(32)下方為一區,第一隔離片(26)和第二隔離片(32)之間為二區,第一隔離片(26)上方為三區;在奇數空間中安裝有第三隔離片(19)和第四隔離片(5),其中第三隔離片(19)的位置恰好對應A板上第一分離區(6)和第一冷凝區域(14)之間的分界面,第四隔離片(5)的位置恰好對應A板上第一分離區(6)和加熱區域(13)之間的分界面;定義第四隔離片(5)的下方為四區,第三隔離片(19)和第四隔離片(5)之間為五區,第三隔離片(19)的上方為六區;熱源流入通道(21)在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,熱水流出流道(23)在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,第一熱海水流入通道(9)在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,第一濃海水流出通道(24)在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,第二海水流出通道(8)在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,第二海水流入通道(7)在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,第一淡水流出通道(17)在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,熱海水流出通道(12)在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,海水流入通道(3)在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,第二淡水流出通道(16)在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,所述墊圈前后兩側分別與A板和B板緊密接觸,若對應通道在相鄰兩板之間的奇數或偶數空間具有相應墊圈,則相鄰兩板上的對應通道則通過該墊圈直接連通;上述A板上的加熱區域(13)、第一冷凝區域(14)和第二冷凝區域(15)均為波紋結構;B板上的蒸發區域(27)、第一蒸發區域(29)和第二蒸發區域(31)均為波紋結構;上述AB復合板最前面的一塊A板或B板上的熱海水流出通道(12)的通道口分成三路,分別與第一熱海水流入通道(9)的通道口、第二海水流入通道(7)的通道口、環境相連;上述AB復合板最后面一塊A板或B板的所有通道口均封閉。2.根據權利要求1所述的雙效板式海水淡化系統,其特征在于:所述A板和B板為耐腐蝕的鈦材或者銅材。3.根據權利要求1所述的雙效板式海水淡化系統的工作方法,其特征在于包括以下過程:熱源(22)通過熱源流入通道(21)流入所有四區空間,通過A板的加熱區(13)和B板的蒸發區(27)向所有一區的熱海水(2)釋放熱量;熱源(22)溫度降低并通過熱源流出通道(23)排入環境;來自環境的海水(1)首先通過海水流入通道(3)流入所有三區,對進入六區中的二次蒸汽(10)冷卻后,海水(1)溫度升高變為熱海水(2)并從熱海水流出通道(12)流出后分為三路:第一路進入第一熱海水流入通道(9),第二路進入第二熱海水流入通道(7),第三路排入環境;第一路熱海水(2)進入第一熱海水流入通道(9)后,進入一區,受到四區的熱源(22)加熱后部分蒸發:一部分變為濃海水(25),另一部分變為一次蒸汽(20);當一區濃海水(25)高度超過第一濃海水流出通道(24)時,濃海水(25)從第一濃海水流出通道(24)排入環境;一次蒸汽(20)在一區上方受到六區下方熱海水(25)冷卻作用變為淡水(18),并從第一淡水流出通道(17)排出;第二路熱海水(2)進入第二熱海水流入通道(7)后,進入六區下方,冷卻上述一次蒸汽(20),自己部分蒸發:一部分變為濃海水(4),另一部分變為二次蒸汽(10);濃海水(25)從第二濃海水流出通道(8)排入環境;二次蒸汽(10)在六區上方被三區的海水(2)冷卻成為淡水(18),并從第二淡水流出通道(16)排出。

說明書

雙效板式海水淡化系統及方法

技術領域

本發明涉及一種雙效板式海水淡化系統及方法,屬于海水淡化領域。

背景技術

船舶在海中航行需要消耗大量淡水,而遠洋船只,運水和儲水的經濟性差、安全性低,海水淡化技術已成為船只淡水資源的重要補充手段之一。

各類海水淡化技術在過去幾十年得到了迅速的發展,目前常規商業化船用海水淡化主要采用反滲透膜法和熱法。反滲透膜法前期投資成本低,一般在民用船只上應用較多,但是其分離膜的使用壽命短,后期維護成本較高。在使用過程中需要經常采取反沖洗工藝,操作工藝較為復雜,引起的污水排量較大。特別對于近年來海水污染等問題不斷涌現,近陸海區的水質本身較差,采用反滲透膜法得到的水質也較差。

熱法海水淡化水的品質高,其前期投資也較高,但是后期維護成本低,且對海水水質要求較低。由于目前船舶一般存在大量的低溫廢熱,熱法海水淡化也是一種主流的船用海水淡化技術。多級閃蒸法(Multi-stageflash,MSF)和多效蒸發法(Multi-effectdesalination,MED)是目前主要采用的熱法海水淡化方法。

然而,為了使得蒸汽盡可能充分地從海水中蒸發出來,需要提供足夠大的蒸發空間,同時由于海水具有腐蝕性,這需要采用成本高昂的鈦材或者銅材換熱結構、以及體積龐大的鈦材或者銅材氣液分離器。因此現有熱法海水淡化系統的整體結構尺寸龐大、成本較高,并主要適用于大型和超大型海水淡化裝置。

綜上可知,盡管已有大量船用海水淡化技術獲得廣泛商業應用,而開發研究高品質、低成本、體積小、穩定高效的船用海水淡化裝置,對于降低船舶海水淡化成本、增強海水淡化競爭力,將具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提出一種體積小、成本低的雙效板式海水淡化系統及方法。

本發明所述的雙效板式海水淡化系統的特征在于:

該系統包括AB復合板,所述AB復合板依次由A板-B板-A板按前后方式交替布置而成;

其中A板由下而上依次包括加熱區域、第一分離區、第一冷凝區域、第二氣液分離區和第二冷凝區域;其中B板由下而上依次包括蒸發區域、第一氣液分離區、第一蒸發區域、第二分離區和第二蒸發區域;

其中蒸發區域與加熱區域位置正好重疊,第一氣液分離區與第一分離區位置正好重疊,第一蒸發區域與第一冷凝區域位置正好重疊,第二分離區與第二氣液分離區位置正好重疊,第二蒸發區域與第二冷凝區域位置正好重疊;

在A板的加熱區域的左上角有貫穿整個AB復合板的熱水流入通道,左下角布置有貫穿整個AB復合板的熱水流出流道,右上角布置有貫穿整個AB復合板的第一濃海水流出通道,右下角布置有貫穿整個AB復合板的第一熱海水流入通道;

在A板的第一冷凝區域的右下角布置有貫穿整個AB復合板的第二熱海水流入通道,右上角布置有貫穿整個AB復合板的第二濃海水流出通道,左下角布置有貫穿整個復合板的第一淡水流出通道;

在A板的第二冷凝區域的右上角布置有貫穿整個AB復合板的熱海水流出通道,右下角布置有貫穿整個AB復合板的海水流入通道,左下角布置有貫穿整個AB復合板的第二淡水流出通道;

按照AB復合板中將A板、B板的前后疊放順序,將所有B板在前A板在后,兩者之間的空間均稱作奇數空間;將所有A板在前B板在后,兩者之間的空間均稱作偶數空間;

在偶數空間中安裝有第一隔離片和第二隔離片,其中第一隔離片的位置恰好對應A板上第二氣液分離區和第二冷凝區域之間的分界面,第二隔離片的位置恰好對應A板上第二氣液分離區和第一冷凝區域之間的分界面;定義第二隔離片下方為一區,第一隔離片和第二隔離片之間為二區,第一隔離片上方為三區;

在奇數空間中安裝有第三隔離片和第四隔離片,其中第三隔離片的位置恰好對應A板上第一分離區和第一冷凝區域之間的分界面,第四隔離片的位置恰好對應A板上第一分離區和加熱區域之間的分界面;定義第四隔離片的下方為四區,第三隔離片和第四隔離片之間為五區,第三隔離片的上方為六區;

熱源流入通道在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,

熱水流出流道在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,

第一熱海水流入通道在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,

第一濃海水流出通道在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,

第二海水流出通道在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,

第二海水流入通道在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,

第一淡水流出通道在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,

熱海水流出通道在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,

海水流入通道在奇數空間中有墊圈,在偶數空間無墊圈,

第二淡水流出通道在奇數空間中無墊圈,在偶數空間有墊圈,

所述墊圈前后兩側分別與A板和B板緊密接觸,若對應通道在相鄰兩板之間的奇數或偶數空間具有相應墊圈,則相鄰兩板上的對應通道則通過該墊圈直接連通;

上述A板上加熱區域、第一冷凝區域和第二冷凝區域均為波紋結構;B板上的蒸發區域、第一蒸發區域和第二蒸發區域均為波紋結構;

上述AB復合板最前面的一塊A板或B板上的熱海水流出通道的通道口分成三路,分別與第一熱海水流入通道的通道口、第二海水流入通道的通道口、環境相連;

上述AB復合板最后面一塊A板或B板的所有通道口均封閉。

根據本發明所述的雙效板式海水淡化系統,其特征在于:所述A板和B板為耐腐蝕的鈦材或者銅材。由于本發明所述的雙效板式海水淡化系統將海水蒸發、分離、冷凝過程布置在同一設備內板片及隔離片隔離的多個區域內完成,為了抗海水腐蝕,需要對A板和B板采用抗腐蝕的鈦材或者銅材。

本發明所述的雙效板式海水淡化系統的工作方法,其特征在于包括以下過程:

熱源通過熱源流入通道流入所有四區空間,通過A板的加熱區和B板的蒸發區向所有一區的熱海水釋放熱量;熱源溫度降低并通過熱源流出通道排入環境;

來自環境的海水首先通過海水流入通道流入所有三區,對進入六區中的二次蒸汽冷卻后,海水溫度升高變為熱海水并從熱海水流出通道流出后分為三路:第一路進入第一熱海水流入通道,第二路進入第二熱海水流入通道,第三路排入環境;

第一路熱海水進入第一熱海水流入通道后,進入一區,受到四區的熱源加熱后部分蒸發:一部分變為濃海水,另一部分變為一次蒸汽;當一區濃海水高度超過第一濃海水流出通道時,濃海水從第一濃海水流出通道排入環境;一次蒸汽在一區上方受到六區下方熱海水冷卻作用,并從第一淡水流出通道排出;

第二路熱海水進入第二熱海水流入通道后,進入六區下方,冷卻上述一次蒸汽,自己部分蒸發:一部分變為濃海水,另一部分變為二次蒸汽;濃海水從第二濃海水流出通道排入環境;二次蒸汽在六區上方被三區的海水冷卻成為淡水,并從第二淡水流出通道排出。

由于本發明所述的雙效板式海水淡化系統,利用了間隔布置的A板、B板、隔離片及墊圈將AB復合板間的奇數空間和偶數空間分割為多個不同的加熱和冷卻區域,利用板間介質的傳熱作用實現了海水的雙效蒸發,因此較常規單效或者單級熱法海水淡化系統節能。此外,與常規雙級閃蒸或雙效蒸發法相比,由于該系統利用了板間奇數空間和偶數空間分別隔離出的氣液分離區,不需要單獨布置結構龐大的蒸發分離空間,因此結構更為緊湊,使用的耐腐蝕貴金屬的材料也更少,因此成本較低。

本發明所述的雙效板式海水淡化系統,其特征在于:該系統的A板上的加熱區域、第一冷凝區域和第二冷凝區域均為波紋結構;B板上的蒸發區域、第一蒸發區域和第二蒸發區域均為波紋結構。該板上的波紋結構不僅能起到支撐承壓的作用,而且能夠強化換熱,因此可以采用厚度較薄的板,成本也更為低廉。

與常規一體化單效海水淡化系統相比,本發明所述的雙效結構不僅可以根據實際情況增加或減少板片數量來控制淡水產量,而且板片容易拆卸、更換,便于維修。

附圖說明

圖1是雙效板式海水淡化系統示意圖;

圖2是從II-II方向看到的視圖,包含A板及奇數空間的墊圈;

圖3是從I-I方向看到的視圖,包含B板及偶數數空間的墊圈;圖中標號名稱:1、海水,2、熱海水,3、海水流入通道,4、第二濃海水,5、第4隔離片,6、第一分離區,7、第二熱海水流入通道,8、第二濃海水流出通道,9、第一熱海水流入通道,10、二次蒸汽,11、第二氣液分離區,12、熱海水流出通道,13、加熱區域,14、第一冷凝區域,15、第二冷凝區域,16、第二淡水流出通道,17、第一淡水流出通道,18、淡水,19、第三隔離片,20、一次蒸汽,21、熱水流入流道,22、熱源,23、熱水流出流道,24、第一濃海水流出通道,25、第一濃海水,26、第一隔離片,27、蒸發區域,28、第一氣液分離區,29、第一蒸發區域,30、第二分離區,31、第二蒸發區域,32、第二隔離片。

具體實施方式

圖1所示為本發明所述雙效板式海水淡化系統。

下面參照附圖1,詳細說明本發明提供的海水淡化系統的工作過程和淡水生產方法。該裝置的工作過程如下:

首先,需要對該系統抽真空,且第二氣液分離區與第二分離區間的奇數空間的的真空度高于其偶數空間的真空度;

然后,在系統內外壓差的作用下,熱源22通過熱源流入通道21流入所有四區空間,通過A板的加熱區域13和B板的蒸發區域27向所有一區的熱海水2釋放熱量;熱源22溫度降低并通過熱源流出通道23排入環境;

然后,來自環境的海水1通過海水流入通道3流入所有三區空間,對進入六區中的二次蒸汽10冷卻后,海水1溫度升高變為熱海水2,并從熱海水流出通道12流出后分為三路:第一路進入第一熱海水流入通道9,第二路進入第二熱海水流入通道7,第三路排入環境;

第一路熱海水2進入第一熱海水流入通道9后,進入一區,受到熱源22加熱后部分蒸發并被分為兩路:A板B板一路變為濃海水25,另一部分變為一次蒸汽20;

當一區濃海水25高度超過第一濃海水流出通道24時,濃海水25從第一濃海水流出通道24排入環境;

一次蒸汽20則在一區上方受到六區下方熱海水25冷卻作用,從第一淡水流出通道17排出;

第二路熱海水2進入第二熱海水流入通道7,進入六區下方,冷卻上述一次蒸汽20,自己部分蒸發:一部分變為濃海水4,另一部分變為二次蒸汽10;

濃海水25從第二濃海水流出通道8排入環境;

二次蒸汽10在六區上方被三區的海水2冷卻成為淡水18,并從第二淡水流出通道16排出。

與常規一體化單效海水淡化系統相比,該雙效板式結構不僅可以根據實際情況增加或者減少板數量,而且拆卸檢修方便。此外,由于未采用獨立的氣液分離器,該雙效海水淡化系統的體積較小,且由于僅對A板和B板采用了抗腐蝕的材料,因此成本也更為低廉。其中A板上的加熱區域13、第一冷凝區域14和第二冷凝區域15為波紋板,B板上的蒸發區域27、第一蒸發區域28和第二蒸發區域為波紋結構,上述波紋結構不僅能夠強化相應區域的換熱作用,而且能夠起到支撐和承壓作用。

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板式 海水 淡化 系統 方法
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