一種帶梯級預(yù)熱的熱泵式海水淡化裝置及其控制方法
【專利說明】一種帶梯級預(yù)熱的熱泵式海水淡化裝置及其控制方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶梯級預(yù)熱的熱栗式海水淡化裝置 及其控制方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著人們物質(zhì)生活水平的提高和社會經(jīng)濟的發(fā)展，生產(chǎn)、生活對淡水的需求量都 迅速增加，能直接給人類生存供給的淡水資源顯得極為短缺，因此挖掘潛在的淡水資源并 加以轉(zhuǎn)化利用具有重要意義。地球上海水覆蓋面積極大，而且海水中蘊藏著大量淡水資源， 因此發(fā)展海水淡化技術(shù)將在一定程度上減小地球淡水資源緊缺對人類生存的威脅。
[0003]熱栗作為一種熱量提升裝置，它能通過消耗較小的電能而從環(huán)境介質(zhì)中吸收大量 的能量。因此把熱栗循環(huán)用于海水淡化，在保證淡水品質(zhì)的同時，將大幅降低能耗。
[0004]海水淡化后分離的淡水、濃海水溫度都高于進口海水的溫度，故可以利用它們的 熱量預(yù)熱進口海水，這樣能進一步提升能量的利用效率和系統(tǒng)能效比。
[0005] 中國專利CN202924776U公開了一種連續(xù)生產(chǎn)雙極熱栗海水淡化系統(tǒng)，具有低能 耗、可連續(xù)生產(chǎn)的特點;但需要利用真空栗把海水淡化系統(tǒng)抽至一定的真空度，這會額外增 加能耗，而且對系統(tǒng)的密封性要求較高。中國專利CN202924775U公開了一種間歇式小溫差 熱栗低溫海水淡化系統(tǒng)，對節(jié)能具有一定意義，但裝置不足之處在于:部件較多，具體實施 復(fù)雜，需要較高的真空度，且不能連續(xù)生產(chǎn)。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明提出了一種帶梯級預(yù)熱的熱栗式海水淡化裝置及其控制方法，目的是改進 現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，提尚海水淡化系統(tǒng)的效率和淡水品質(zhì)。
[0007]本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0008] -種帶梯級預(yù)熱的熱栗式海水淡化裝置，包括制冷系統(tǒng)回路、閉合水回路、收集系 統(tǒng)和壓力平衡系統(tǒng)；
[0009]所述的制冷系統(tǒng)回路包括發(fā)生器；發(fā)生器被絕熱隔板隔開為冷凝器側(cè)和蒸發(fā)器 偵L冷凝器側(cè)和蒸發(fā)器側(cè)上部連通，冷凝器側(cè)和蒸發(fā)器側(cè)內(nèi)部分別設(shè)置蒸發(fā)式冷凝器和蒸 發(fā)器;蒸發(fā)式冷凝器和蒸發(fā)器上部管路通過熱力膨脹閥連通，下部管路通過滾動轉(zhuǎn)子壓縮 機連通組成閉合制冷系統(tǒng)回路；
[0010] 所述的收集系統(tǒng)包括淡水儲罐和濃海水儲罐;淡水儲罐與發(fā)生器的蒸發(fā)器側(cè)通過 排水管連接，用于儲存發(fā)生器排出的淡水產(chǎn)品；濃海水儲罐與發(fā)生器的冷凝器側(cè)通過排水 管連接，用于儲存發(fā)生器排出的濃海水;淡水儲罐和濃海水儲罐內(nèi)部分別盤繞有初級預(yù)熱 器和次級預(yù)熱器；
[0011] 所述的閉合水回路包括海水儲罐和安裝在蒸發(fā)式冷凝器上部的噴淋器，海水儲罐 通過用于驅(qū)動海水進行循環(huán)流動的海水栗依次連通初級預(yù)熱器、次級預(yù)熱器和噴淋器所述 的壓力平衡系統(tǒng)包括淡水儲罐與發(fā)生器的蒸發(fā)器側(cè)連通的回水管，及濃海水儲罐與發(fā)生器 的冷凝器側(cè)連通的回水管。
[0012] 所述的壓力平衡系統(tǒng)還包括初級壓力平衡閥和次級壓力平衡閥;初級壓力平衡閥 設(shè)置在淡水儲罐與發(fā)生器之間的回水管上，次級壓力平衡閥設(shè)置在濃海水儲罐與發(fā)生器之 間的回水管上。
[0013] 所述的淡水儲罐的排水管上設(shè)有淡水流量計和淡水流量調(diào)節(jié)閥，并通過設(shè)置在淡 水儲罐內(nèi)的淡水測溫儀來控制淡水流量調(diào)節(jié)閥的開度;設(shè)置在濃海水儲罐內(nèi)的濃海水測溫 儀控制濃海水儲罐的排水管上的濃海水流量閥。
[0014]所述的次級預(yù)熱器和噴淋器之間的管路上設(shè)置有海水流量計；所述的淡水測溫 儀、濃海水測溫儀共同控制海水流量調(diào)節(jié)閥的開度。
[0015]所述的發(fā)生器頂部傾斜設(shè)置有用于蓋板上的冷凝水方便流入蒸發(fā)器側(cè)的疏水蓋 板;疏水蓋板內(nèi)表面鋪設(shè)疏水材料。
[0016] 所述的疏水蓋板與水平線的夾角Θ范圍為15°~30°。
[0017]所述的噴淋器上設(shè)有噴嘴，噴嘴按照中間疏兩端密、中間細兩端粗的方式布置在 噴淋器上。
[0018]所述的絕熱隔板上方還設(shè)置有用于抽吸冷凝器側(cè)的水蒸氣到蒸發(fā)器側(cè)進行冷凝 的軸流風(fēng)機。
[0019]所述的蒸發(fā)器和初級預(yù)熱器帶有翅片，蒸發(fā)式冷凝器和次級預(yù)熱器無翅片。
[0020] 所述的制冷系統(tǒng)的外部管路上設(shè)置有保溫棉套。
[0021] 所述的蒸發(fā)式冷凝器的制冷劑選用R134a。
[0022] -種帶梯級預(yù)熱的熱栗式海水淡化裝置的控制方法，包括以下步驟：
[0023]在制冷系統(tǒng)回路工作前，保持收集系統(tǒng)管路關(guān)閉，調(diào)節(jié)壓力平衡系統(tǒng)、閉合水回路 管路打開;然后開啟海水栗，閉合水回路開始工作，噴淋器開始給發(fā)生器內(nèi)的蒸發(fā)式冷凝器 供水；
[0024]當蒸發(fā)式冷凝器表面覆蓋滿水膜時，啟動滾動轉(zhuǎn)子壓縮機電源，制冷系統(tǒng)回路開 始工作;在冷凝器熱量的加熱下，發(fā)生器內(nèi)冷凝器側(cè)開始產(chǎn)生水蒸氣，在壓差驅(qū)使下，水蒸 氣迀移至發(fā)生器的蒸發(fā)器側(cè)，在溫度較低的蒸發(fā)器表面冷凝;發(fā)生器冷凝器側(cè)分離的濃海 水進入濃海水儲罐與次級預(yù)熱器熱交換，發(fā)生器蒸發(fā)器側(cè)從海水中分離出的淡水進入淡水 儲罐與初級預(yù)熱器進行熱交換；
[0025]當初級預(yù)熱器、次級預(yù)熱器被液體完全浸潤后，海水栗驅(qū)動海水原料依次流經(jīng)初 級預(yù)熱器和次級預(yù)熱器進行梯級預(yù)熱，而初級預(yù)熱器、次級預(yù)熱器與來自海水儲罐的海水 換熱后分別排出淡水產(chǎn)品和濃海水；
[0026]預(yù)熱后的海水經(jīng)噴淋器均勻噴灑在蒸發(fā)式冷凝器表面，海水吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸 氣上升到頂部后，壓差驅(qū)動下迀移至低溫低壓的翅片式蒸發(fā)器側(cè)，在低溫的蒸發(fā)器表面放 熱凝結(jié)成水滴；
[0027]分離的淡水進入淡水儲罐，而濃海水進入濃海水儲罐，分別對海水進行預(yù)熱；
[0028]海水淡化裝置開始持續(xù)循環(huán)運行。
[0029]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0030]本發(fā)明在海水儲罐后設(shè)有兩級預(yù)熱器，進口的低溫海水依次吸收初級預(yù)熱器中淡 水和次級預(yù)熱器中濃海水的熱量，來提高海水出噴淋器的初始溫度，這樣可大幅提高海水 淡化率。熱力膨脹閥、滾動轉(zhuǎn)子壓縮機、蒸發(fā)式冷凝器和翅片式蒸發(fā)器組成閉合制冷系統(tǒng)回 路，三大儲罐、噴淋器和管路閥門等形成閉合水回路，閉合水回路利用梯級預(yù)熱、熱量回收 和膜狀蒸發(fā)技術(shù)能提高系統(tǒng)熱量利用率和淡化率。具體為海水經(jīng)噴淋器均勻噴灑在蒸發(fā)式 冷凝器表面，海水吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣上升到頂部后，迀移至低溫低壓的翅片式蒸發(fā)器 側(cè)，在低溫的蒸發(fā)器表面放熱凝結(jié)成水滴;分離的淡水進入淡水儲罐，而濃海水進入濃海水 儲罐，分別對海水進行預(yù)熱。
[0031]進一步，為了提高淡水產(chǎn)量，應(yīng)收集這部分冷凝水，故疏水蓋板內(nèi)表面應(yīng)鋪設(shè)疏水 材料，與水平面成一定夾角Θ，以便于冷凝水流到發(fā)生器右側(cè);但為了使水蒸氣更多的到右 側(cè)翅片式蒸發(fā)器進行冷凝，裝置高度要求等，夾角Θ在15°~30°內(nèi)為宜。
[0032]進一步，為了減緩換熱器的換熱效果衰減，分別跟海水、濃海水換熱的蒸發(fā)式冷凝 器、次級預(yù)熱器均使用無翅片換熱管，而且管外均被水膜覆蓋，高換熱系數(shù)彌補了小換熱面 積。而相反，由于和潔凈水換熱，蒸發(fā)器使用翅片管換熱，來增大與水蒸氣接觸的表面積，提 高淡化率。
[0033]進一步，為了增大水蒸氣流通量，在絕熱隔板上方引入軸流風(fēng)機增大風(fēng)壓。水蒸氣 從左至右流通加快，系統(tǒng)的淡化率提高。
[0034]進一步，噴淋器的噴嘴在蒸發(fā)式冷凝器上部"中間疏兩端密、中間細兩端粗"布置， 以保證海水均勻噴灑在蒸發(fā)式冷凝器表面，這樣可避免冷凝器表面局部出現(xiàn)"干涸"，減少 對已蒸發(fā)水蒸氣的過度加熱，從而進一步提升能量的利用效率和系統(tǒng)能效比。
[0035