高效海水淡化系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海水處理技術領域，涉及一種海水處理系統(tǒng)，尤其涉及一種高效海水淡化系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在淡水資源緊缺的背景下，作為淡水資源的開源增量技術，并且經(jīng)過國內外實踐經(jīng)驗的充分證實，海水淡化成為解決全球水資源匱乏的重要途徑。因此發(fā)展海水淡化技術，向海洋索取淡水已成為現(xiàn)代社會的當務之急，并成為人類水資源開發(fā)利用的新亮點。大力發(fā)展海水淡化技術產(chǎn)業(yè)，對緩解當代水資源短缺、供需矛盾日趨突出和環(huán)境污染日益嚴重等系列重大問題具有深遠的戰(zhàn)略意義。海水淡化已經(jīng)成為世界許多國家解決缺水問題所普遍采用的一種戰(zhàn)略選擇，其有效性和可靠性已經(jīng)在世界各地得到了廣泛的認同和應用。
[0003]海水淡化是人類追求的夢想，從上個世紀五十年代以后，海水淡化隨著水資源危機的加劇迅速發(fā)展起來，現(xiàn)已開發(fā)的多種淡化技術中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法的規(guī)模都到達了工業(yè)化生產(chǎn)水平。
[0004]上述方法面臨著海水預處理、結垢、頻繁更換濾膜和濃鹽水排放對生態(tài)環(huán)境影響的問題。
[0005]不經(jīng)處理的海水中含有大量的泥沙、藻類等微生物，并溶解有一定量的氣體。傳統(tǒng)方法是將海水引入混凝池后，加入一定量的助凝劑、混凝劑和氯氣來進行初步的沉淀和殺菌消毒。但是，加入劑量過小將不能徹底混凝，使微生物在原水池內生長繁殖，不僅會降低混凝效果還會對設備造成腐蝕；或者加入劑量過大污染了水質(氯度超標)，同時部分藻類在被殺滅過程中分泌藻毒素等物質，使原水變色或產(chǎn)生異味進而帶入產(chǎn)品水中，降低廣品水的品質。
[0006]由于海水的高鹽度、高硬度，在熱法淡化過程中淡化換熱面上易發(fā)生結垢，這已經(jīng)成為海水淡化所面臨的重要問題之一。結垢不僅會增加傳熱阻力、降低換熱壁傳熱效率，同時會減少設備的使用壽命、增加維護費用，還嚴重影響設備淡水產(chǎn)量。結垢是一個復雜過程，基于目前的理論尚無法準確預測。目前常用的方法是在設計階段預留35%的換熱面積以減輕結垢對設備性能的影響，然而這無疑增加了換熱器的體積，提高了生產(chǎn)、制造和運輸成本。在熱法海水淡化技術中，操作溫度不得高于120°C，否則會產(chǎn)生嚴重的結垢問題，堵塞管路，使裝置無法運行。操作溫度低就要嚴重影響產(chǎn)生淡水的數(shù)量和效率，因此，結垢問題制約著熱法海水淡化裝置向大型化的發(fā)展。
[0007]反滲透海水淡化技術在運行中雖然具有功耗低、設備的腐蝕和結垢程度低的優(yōu)點，但對預處理要求嚴格，處理工藝復雜，對進水水質有明確要求，反滲透膜壽命較短，易污染，需要定期更換，另外還要對產(chǎn)品水質做進一步處理。
[0008]海水經(jīng)過淡化技術提取淡水之后，得到的濃海水鹽度是正常海水的1.5?2倍。這些高濃鹽水的排放會引起排放區(qū)域海水鹽度增高，排放口鹽度聚增，對海洋生物生長發(fā)育，生理機能有著多方面的影響，最終給海洋經(jīng)濟帶來損失。鹽度的改變會對動物生存、生長繁殖、生理代謝過程、代謝調節(jié)機制、物種分布等方面造成一定的影響。當環(huán)境鹽度遽然升高時，破壞了體液與環(huán)境的滲透壓平衡，一些處于幼年期的動物及沒有滲透調節(jié)機制的海洋生物體細胞就會產(chǎn)生質壁分離，引發(fā)代謝失調甚至死亡，最終造成生物種類和數(shù)量的減少；高濃度的鹽水會導致水體濁度上升，入射光線減少，海藻、海草等水生植物的光合作用受到抑制，造成海區(qū)生產(chǎn)力下降。
[0009]影響海水淡產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸兩大因素，一是成本高，二是濃海水排放引發(fā)環(huán)境污染問題。
[0010]要徹底解決海水淡化的成本問題，就應該進一步研發(fā)新型的海水淡化技術和設備，降低淡水制備的能耗、尋找新型的節(jié)能材料和途徑，利用自然綠色能源進行淡水的制備，以適應時代的發(fā)展。另外從實際的運行來看，成本、技術、政策等一系列原因，都是海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。
[0011]現(xiàn)有的海水淡化技術面臨如何提高能源利用效率和單位產(chǎn)水率的問題，在產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化方面也面臨著極大的困難和挑戰(zhàn)。本發(fā)明將新型海水淡化技術和傳統(tǒng)海水淡化技術的有效結合，在傳統(tǒng)的淡化基礎之上整合多種新型強化傳熱技術，開發(fā)出一種新型的海水淡化系統(tǒng)，為人類提供更高質量的服務。
[0012]鑒于以上條件的影響，研發(fā)新型節(jié)能、經(jīng)濟的海水淡化技術必將會受到青睞，具有廣泛的應用前景。

【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種高效海水淡化系統(tǒng)，可提高資源的利用率。
[0014]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0015]一種高效海水淡化系統(tǒng)，所述海水淡化系統(tǒng)包括:冷凝器、水栗、太陽能集熱系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、壓縮機系統(tǒng)、蒸發(fā)器、換能器、汽水分離器、蒸發(fā)室、底部加熱器、若干閥門；
[0016]若干閥門包括:海水噴淋調節(jié)閥、蒸發(fā)器海水加熱入口調節(jié)閥、蒸發(fā)器底部海水加熱入口調節(jié)閥、蒸發(fā)器海水加熱出口控制閥、蒸發(fā)器底部海水加熱出口控制閥、壓縮機入口控制閥、第一蒸汽控制閥、蒸發(fā)器蒸汽通道出口控制閥、蒸發(fā)器底部蒸汽加熱入口調節(jié)閥、第二蒸汽控制閥、蒸發(fā)器底部蒸汽加熱出口控制閥、蒸發(fā)器入口控制閥、蒸發(fā)器出口控制閥、結晶鹽排出控制閥；
[0017]所述蒸發(fā)器設有蒸發(fā)器海水通道、蒸發(fā)器蒸汽通道、蒸發(fā)器蒸餾通道；冷凝器設有海水入口、排出口，冷凝器通過水栗連接太陽能集熱系統(tǒng)，太陽能集熱系統(tǒng)通過蒸發(fā)器海水加熱入口調節(jié)閥連接蒸發(fā)器海水通道；
[0018]所述蒸發(fā)器海水通道的第一端通過蒸發(fā)器入口控制閥連接蒸發(fā)器蒸汽通道的第一端；蒸發(fā)器海水通道的第二端通過蒸發(fā)器出口控制閥連接蒸發(fā)器蒸汽通道的第二端；
[0019]所述蒸發(fā)器的底部設有底部加熱器，底部加熱器連接結晶鹽排出控制閥；底部加熱器還設有換能器；蒸發(fā)器設置于蒸發(fā)室內，蒸發(fā)室的一端設有噴霧系統(tǒng)、汽水分離器；
[0020]所述底部加熱器的第一端通過蒸發(fā)器海水加熱出口控制閥、蒸發(fā)器底部海水加熱入口調節(jié)閥、海水噴淋調節(jié)閥連接噴霧系統(tǒng)；底部加熱器的第二端通過蒸發(fā)器底部蒸汽加熱入口調節(jié)閥、第一蒸汽控制閥連接噴霧系統(tǒng)、壓縮機系統(tǒng)，第一蒸汽控制閥、壓縮機系統(tǒng)之間還設有壓縮機入口控制閥；壓縮機系統(tǒng)連接蒸發(fā)器蒸汽通道；
[0021]蒸發(fā)器海水通道的第二端通過蒸發(fā)器海水加熱出口控制閥接入冷凝器與水栗之間的管路；蒸發(fā)器蒸汽通道的第二端通過蒸發(fā)器蒸汽通道出口控制閥接入蒸發(fā)器底部蒸汽加熱入口調節(jié)閥、第一蒸汽控制閥之間的管路；
[0022]底部加熱器通過蒸發(fā)器底部海水加熱出口控制閥接入冷凝器與水栗之間的管路；底部加熱器通過蒸發(fā)器底部蒸汽加熱出口控制閥接入第二蒸汽控制閥與冷凝器之間的管路；
[0023]海水蒸發(fā)流程包括三種模式:
[0024]第一種流程模式:太陽能集熱系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)先后啟動、同時運行；在白天太陽光充足的時候，同時開啟太陽能集熱系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)，產(chǎn)水量大；
[0025]各閥門所處狀態(tài):處在關閉狀態(tài)的閥門有第一蒸汽控制閥、蒸發(fā)器底部蒸汽加熱入口調節(jié)閥、蒸發(fā)器底部蒸汽加熱出口控制閥、蒸發(fā)器入口控制閥、蒸發(fā)器出口控制閥，其余閥門處在打開狀態(tài)；
[0026]蒸發(fā)室的底部加熱由太陽能集熱系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量完成，使壓縮機系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量不經(jīng)過蒸發(fā)室的底部加熱器，而是用來直接加熱海水；
[0027]先啟動太陽能集熱系統(tǒng)，海水經(jīng)海水入口在冷凝器中進行熱量交換，將進入的海水加熱，被冷凝器初步加熱的海水經(jīng)水栗加壓進入太陽能集熱系統(tǒng)吸收光能進行加熱，然后分為三路，第一路經(jīng)過海水噴淋調節(jié)閥進入蒸發(fā)室，再經(jīng)過噴霧系統(tǒng)將已經(jīng)加熱的海水進行噴霧，霧滴降落到蒸發(fā)器蒸餾通道后被蒸發(fā)器海水通道加熱而蒸發(fā)；第二路經(jīng)過蒸發(fā)器海水加熱入口調節(jié)閥進入蒸發(fā)器海水通道，給蒸發(fā)器加熱，然后經(jīng)過蒸發(fā)器海水加熱出口控制閥排到水栗入口再進行循環(huán)，充分利用已經(jīng)加熱海水的熱量；第三路經(jīng)過蒸發(fā)器底部海水加熱入口調節(jié)閥進入底部加熱器，將降落下來的結晶鹽進一步加熱蒸發(fā)；
[0028]待蒸發(fā)室內的蒸汽量到一定程度后，再啟動壓縮機系統(tǒng)，蒸發(fā)室內的蒸汽經(jīng)過汽水分離器的分離進入壓縮機系統(tǒng)進行再壓縮，將蒸汽溫度進一步提高后，進入蒸發(fā)器蒸汽通道給蒸發(fā)器加熱，然后經(jīng)過蒸發(fā)器蒸汽通道出口控制閥和第二蒸汽控制閥進入冷凝器和海水進行冷凝換熱，將脫鹽的蒸汽冷凝成淡水，經(jīng)成品淡水從排出口排出；
[0029]待太陽能集熱系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)都正常啟動后，觀察結晶鹽排出控制閥排出結晶鹽的狀態(tài)，通過調節(jié)海水噴淋調節(jié)閥、蒸發(fā)器海水加熱入口調節(jié)閥、蒸發(fā)器底部海水加熱入口調節(jié)閥，可以得到不同干濕程度的結晶鹽；
[0030]除垢問題:降落到蒸發(fā)室底部的結晶鹽容易黏壁和結垢，會嚴重影響系統(tǒng)的產(chǎn)水量或系統(tǒng)的正常運行，為了避免該問題的發(fā)生，在底部加熱器的內壁上安裝了換能器，它能夠使底部加熱器的內壁產(chǎn)生高頻低振幅的彈性波動，使壁面產(chǎn)生剪切力從而具有高效的防垢防黏壁的功能，確保了蒸發(fā)室底部在系統(tǒng)運行中保持干凈狀態(tài)；
[0031]第二種流程模式:在白天光能充足的時候，只開啟太陽能集熱系統(tǒng)，關閉壓縮機系統(tǒng)；
[0032]各閥門所處狀態(tài):處在關閉狀態(tài)的閥門有壓縮機入口控制閥、蒸發(fā)器蒸汽通道出口控制閥、蒸發(fā)器底部蒸汽加熱入口調節(jié)閥、蒸發(fā)器底部蒸汽加熱出口控制閥，將壓縮機系統(tǒng)從系統(tǒng)中切除，其余閥門處在打開狀態(tài)；
[0033]此時蒸發(fā)器入口控制閥、蒸發(fā)器出口控制閥打開，將蒸發(fā)器海水加熱入口調節(jié)閥來的加熱海水同時進入蒸發(fā)器海水通道和蒸發(fā)器蒸汽通道加熱蒸發(fā)器，噴霧系統(tǒng)和底部加熱器和第一種流程模式一樣；不同的是蒸發(fā)室的蒸汽經(jīng)過汽水分離器后通過第一蒸汽控制閥和第二蒸汽控制閥直接進入冷凝器進行凝結換熱后將成品淡水從排出口排出；
[0034]第三種流程模式:在光能不足或夜晚的時候，太陽能集熱系統(tǒng)不能發(fā)揮作用，只有壓縮機系統(tǒng)工作；
[0035]各閥門所處狀態(tài):處在關閉狀態(tài)的閥門有蒸發(fā)器海水加熱入口調節(jié)閥、蒸發(fā)器底部海水加熱入口調節(jié)閥、蒸發(fā)器底部海水加熱出口控制閥、第二蒸汽控制閥，其余閥門處在打開狀態(tài)；
[0036]在蒸發(fā)器海水加熱入口調節(jié)閥和蒸發(fā)器底部海水加熱入口調節(jié)閥關閉后，經(jīng)過冷凝器預熱的海水通過太陽能集熱系統(tǒng)直接進入噴霧系統(tǒng)；此時蒸發(fā)器入口控制閥、蒸發(fā)器出口控制閥打開，壓縮機系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫蒸汽同時進入蒸發(fā)器海水通道、蒸發(fā)器蒸汽通道，首先將蒸發(fā)器海水通道內的海水排放干凈后，再關閉蒸發(fā)器海水加熱出口控制閥，蒸發(fā)器內的高溫蒸汽經(jīng)蒸發(fā)器海水通道和蒸發(fā)器蒸汽通道排出經(jīng)蒸發(fā)器蒸汽通道出口控制閥和蒸發(fā)器底部蒸汽加熱入口調節(jié)閥進入底部加熱器，再經(jīng)蒸發(fā)器底部蒸汽加熱出口控制閥將蒸汽排入冷凝器進行凝結換熱后將成品淡水從排出口排出；
[0037]通過調節(jié)海水噴淋調節(jié)閥，得到不同干濕程度的結晶鹽；
[0038]所述蒸發(fā)器是一個具有三個通道的螺旋板換熱器，由三層小于1mm厚的耐海水腐蝕的金屬板卷制而成；三層金屬板之間有若干個5mm高的支撐柱，或是在金屬板上壓出5mm高的凸點，保持三層金屬板之間的距離是5mm，同時也保證了換熱器的整體耐壓強度；在卷制過程中，在蒸發(fā)器海水通道和蒸發(fā)器蒸餾通道上下邊緣處直接焊接厚度為5_、寬度不小于20mm的耐腐蝕而且彈性好的金屬條，起到密封和傳遞超聲波能量的作用；在蒸發(fā)器蒸汽通道上下邊緣處的固定位置焊接有超聲波能量傳遞塊，其余部位保持上下暢通，以便海水霧滴通過和蒸發(fā)；另外在對應位置焊接有超聲波能量傳遞塊的位置安裝換能器，具有防垢除垢和強化換熱的功能；
[0039]在第一種流程模式時，太陽能集熱系統(tǒng)和壓縮機系統(tǒng)先后啟動、同時運行，海水進入蒸發(fā)器海水通道，壓縮蒸汽進入蒸發(fā)器蒸汽通道，一起對蒸發(fā)器的蒸發(fā)器蒸餾通道兩側進行加熱；當已經(jīng)被預熱的海水的霧滴降落過程中吸收蒸