基于海水淡化濃鹽水深度濃縮的淡水海鹽熱能三聯產系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及濃鹽水處理,特別是涉及一種基于海水淡化濃鹽水深度濃縮的淡水海鹽熱能三聯產系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]作為解決淡水短缺問題的有效途徑,海水淡化技術的重要性日益凸顯,其發(fā)展也越來越迅速。目前全球淡化水總容量已超過7000萬噸/日?,F有海水淡化技術的淡水回收率通常低于50%,意味著海水淡化在生產大量淡水的同時,會排出數量更大的濃鹽水,其濃度和溫度均高于海水,且含有化學藥劑和腐蝕產物,直接排海會導致海洋污染,進而破壞海洋生態(tài)。隨著海水淡化規(guī)模的進一步擴大,這一問題會日益突出。濃鹽水問題如不能妥善解決,很可能會成為限制海水淡化發(fā)展的重要因素。
[0003]對現有文獻進行檢索發(fā)現,關于海水淡化濃鹽水的處理和利用,人們提出了多種方案,典型的有濃鹽水攤曬制鹽、電滲析制鹽、膜蒸餾制鹽、濃鹽水或鹵水提取化工品、濃鹽水太陽池等;有多項中國專利與此有關,例如:亞歷山大.雷布瑟夫等的“從鹽液獲得氯化鋰的方法和實施此方法的設備”(ZL01823738)、馮厚軍等的“海水制取磷酸二氫鉀的工藝方法”(ZL200310117852)、葛文宇的“綜合利用高效益零排放的海水淡化組合生產工藝方法”(ZL200610151976)、奧利佛.雅可布等的“處理來自脫鹽設備的原料鹽水的方法”(ZL201280011383)。上述專利提出的濃鹽水利用方案主要圍繞制鹽(同時生產淡水)和提取化工品,這也正是海水淡化濃鹽水的優(yōu)勢所在。
[0004]目前海水淡化濃鹽水絕大多數采取直接排?;蛳♂尯笈藕5姆椒ǎ@一方面與人們環(huán)保意識不足有關,另一方面也與缺乏高效、成熟的濃鹽水利用技術有直接關系:濃鹽水攤曬制鹽法占地面積大、生產周期長;電滲析法能耗高、成本高;膜蒸餾法水通量低、膜成本高。因此開發(fā)高效、節(jié)能、經濟性好的濃鹽水綜合利用技術是海水淡化產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵課題。
[0005]溴化鋰溶液對水蒸氣有極強的吸收能力,在濃鹽水深度濃縮和處理方面有獨特的優(yōu)勢,這一點還沒有引起人們的重視。其優(yōu)勢可從以下三個方面分析:
[0006]1、利用溴化鋰溶液處理濃鹽水,生產效率高,設備結構緊湊。溴化鋰溶液的吸收能力體現在溶液表面的水蒸氣壓力遠低于溶液溫度所對應的飽和壓力,例如:溫度為40°C、質量濃度為50%的溴化鋰溶液,水蒸氣壓力為2.llkPa,遠低于40°C對應的水蒸氣飽和壓力7.38kPa。這意味著,只要水蒸氣壓力高于2.llkPa,就可以被40°C、50%的溴化鋰溶液吸收。與此對比,溫度為40°C的飽和濃鹽水(以NaCl溶液為例,質量濃度為26.8% ),其水蒸氣壓力為5.63kPa,溫度為30°C的飽和濃鹽水(質量濃度為26.5% ),其水蒸氣壓力為3.18kPa。可見,利用溴化鋰溶液處理濃鹽水,水蒸氣壓差大、傳質推動力大,從而生產效率尚、結構緊湊。
[0007]2、由上例還可看出,溴化鋰溶液可以吸收比其溫度低得多的水蒸氣,亦即在吸收過程中,溴化鋰溶液的溫度可比濃鹽水溫度高很多,這為回收溶液吸收熱并將之用于鹽水汽化提供了非常有利的條件。這種回熱在常規(guī)系統(tǒng)中是不可能實現的,但由于溴化鋰溶液的特性,使之成為可能。
[0008]3、以溴化鋰溶液為工質時,非常方便與吸收式熱泵相結合,從而大大提高能量利用率。
[0009]由以上分析可見,溴化鋰溶液在濃鹽水處理方面有突出的優(yōu)勢,由此出發(fā),有望得到性能優(yōu)良的濃鹽水綜合利用系統(tǒng)。
【發(fā)明內容】
[0010]本發(fā)明旨在提供一種高效、節(jié)能、結構緊湊、經濟性好的基于海水淡化濃鹽水深度濃縮的淡水海鹽熱能三聯產系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明設有深度濃縮子系統(tǒng)、制鹽子系統(tǒng)、溶液再生子系統(tǒng)、冷凝子系統(tǒng);
[0012]所述深度濃縮子系統(tǒng)設有至少I級蒸發(fā)-吸收器,用于將海水淡化后的濃鹽水濃縮為飽和鹽水,所述蒸發(fā)-吸收器設有蒸發(fā)室、吸收室、擋液板、熱管換熱器、濃鹽水噴淋管、蒸發(fā)-吸收器溴化鋰溶液噴淋管,蒸發(fā)室用于濃鹽水汽化,吸收室用于溴化鋰溶液吸收水蒸氣,擋液板位于蒸發(fā)室與吸收室的上部空間之間;熱管換熱器的放熱端浸于蒸發(fā)室的濃鹽水中,熱管換熱器的吸熱端浸于吸收室的溴化鋰溶液中;濃鹽水噴淋管裝在蒸發(fā)室上部;蒸發(fā)-吸收器溴化鋰溶液噴淋管裝在吸收室上部;
[0013]所述制鹽子系統(tǒng)設有結晶-吸收器、分離器、干燥器,制鹽子系統(tǒng)用于從深度濃縮子系統(tǒng)排出的飽和鹽水中制取固體海鹽;所述結晶-吸收器設有結晶室、吸收室、擋液板,結晶室用于將飽和鹽水汽化至過飽和并形成結晶,吸收室用于溴化鋰溶液吸收水蒸氣;擋液板位于結晶室與吸收室的上部空間之間;吸收室上部裝有結晶-吸收器溴化鋰溶液噴淋管,所述分離器用于對來自結晶-吸收器的鹽漿進行液固分離,所述干燥器用于將固體鹽進一步干燥,干燥器用的干燥介質是來自溶液再生子系統(tǒng)的熱空氣;
[0014]所述溶液再生子系統(tǒng)設有發(fā)生器、溶液熱交換器、空氣冷卻器,溶液再生子系統(tǒng)用于將深度濃縮子系統(tǒng)排出的溴化鋰稀溶液濃縮再生為濃溶液,同時回收循環(huán)熱能、獲得熱空氣;在發(fā)生器中,驅動熱源加熱稀溶液,得到濃溶液和水蒸氣;在溶液熱交換器中,溴化鋰稀溶液被加熱,濃溶液被冷卻;空氣冷卻器用于降低溴化鋰溶液溫度,回收的熱能用于加執(zhí)空氣.J.1 ■ M ,
[0015]所述冷凝子系統(tǒng)設有鹽水預熱器和冷凝器,在鹽水預熱器中,部分來自溶液再生子系統(tǒng)的發(fā)生器的蒸汽冷凝,冷凝熱用于預熱原料濃鹽水,剩余的水蒸氣在冷凝器中冷凝,放出熱能,鹽水預熱器和冷凝器排出的冷凝水即淡水。
[0016]本發(fā)明以海水淡化后的濃鹽水為原料,基于吸收原理,同時生產淡水、海鹽、熱能;本發(fā)明包括深度濃縮子系統(tǒng)、制鹽子系統(tǒng)、溶液再生子系統(tǒng)、冷凝子系統(tǒng),包括鹽水濃縮與結晶過程、溶液吸濕與濃縮再生過程、空氣加熱與吸濕過程、水蒸氣產生與冷凝過程;以海水淡化后的濃鹽水為原料,以100°C以上熱水或0.1MPa以上蒸汽為驅動熱源、附加少量電能,可產出鹽分濃度低于0.003% (30ppm)的優(yōu)質淡水、水分含量低于0.5%的海鹽、溫度高于55°C的熱能。
[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0018]1、具有良好的經濟性能:從設備方面看,系統(tǒng)主要由各種換熱器和泵組成,利用常規(guī)技術就可完成,設備成本低;從運行方面看,系統(tǒng)主要消耗低品位熱能,能耗成本低;從產出方面看,淡水、海鹽、熱能三種產品分攤設備成本和運行成本。若考慮所排放高濃度苦鹵的進一步利用,經濟效益會更顯著。
[0019]2、利用溴化鋰溶液對水蒸氣的強吸收特性,同時通過合理的流程設計增大傳質推動力,可實現濃鹽水的高效濃縮和快速結晶,因此結構緊湊、生產效率高。
[0020]3、采用內回熱型蒸發(fā)-吸收器與溶液循環(huán)一起構成吸收式熱泵、利用空氣回收部分吸收熱、輸出具有利用價值的冷凝熱,以上措施的運用使得本系統(tǒng)具有比常規(guī)系統(tǒng)高得多的能量利用率。
[0021]4、淡水回收率高于75%,淡水產量大,且由于采用蒸餾法,淡水水質優(yōu)良。
[0022]5、利用100°C以上的熱水或0.1MPa以上的蒸汽為驅動熱源,附加少量的電能,即可實現系統(tǒng)的高效運轉,是利用工業(yè)余熱和太陽熱能的有效途徑。
[0023]6、非常適合與低溫多效蒸發(fā)海水淡化過程相結合:本系統(tǒng)為低溫多效系統(tǒng)提供驅動熱能,低溫多效系統(tǒng)為本系統(tǒng)提供原料濃鹽水;亦適合與反滲透等常溫操作或冷凍法等低于環(huán)境溫度操作的海水淡化系統(tǒng)相結合:本系統(tǒng)輸出的熱能可將濃鹽水預熱到適當溫度,以加快濃縮速度。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例的結構組成示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0026]如圖1所示,本發(fā)明實施例包括4個子系統(tǒng):深度濃縮子系統(tǒng)1、制鹽子系統(tǒng)2、溶液再生子系統(tǒng)3、冷凝子系統(tǒng)4。
[0027]所述深度濃縮子系統(tǒng)I包括第I蒸發(fā)-吸收器11、第2蒸發(fā)-吸收器12和鹽水泵13,用于將海水淡化后鹽分濃度約7%的濃鹽水濃縮為濃度高于26%的飽和鹽水。所述第I蒸發(fā)-吸收器11由蒸發(fā)室111、吸收室112、擋液板113、熱管換熱器114、噴淋管115、噴淋管116組成。蒸發(fā)室111是濃鹽水汽化的場所,吸收室112是溴化鋰溶液吸收水蒸氣的場所。擋液板113位于蒸發(fā)室111和吸收室112的上部空間之間,使水蒸氣可從蒸發(fā)室111流到吸收室112,同時避免濃鹽水液滴飛濺入吸收室112。熱管換熱器114的放熱端浸于蒸發(fā)室111的濃鹽水中,吸熱端浸于吸收室112的溴化鋰溶液中,用于回收吸收過程放出的熱,并將之用于濃鹽水的汽化。蒸發(fā)室111上部裝有噴淋管115,用于霧化濃鹽水,加速其汽化;吸收室112上部裝有噴淋管116,用于霧化溴化鋰溶液,強化吸收過程。吸收室112的上部與抽氣裝置連接(抽氣裝置未在圖中示出),以抽出空氣或其他不凝性氣體。所述第2蒸發(fā)-吸收器12與第I蒸發(fā)-吸收器11結構相同。圖1所示的是二級濃縮過程,實用中可以根據具體情況,增、減濃縮過程的級數。
[0028]所述制鹽子系統(tǒng)2包括結晶-吸收器21、分離器22、干燥器23、泵24、泵25、泵26,用于從深度濃縮后的飽和鹽水中制取固體海鹽。結晶-吸收器21由結晶室211、吸收室212、擋液板213組成。結晶室211是飽和鹽水汽化至過飽和、進而結晶的場所,吸收器212是溴化鋰溶液吸收