低溫余熱驅(qū)動(dòng)的熱膜耦合海水淡化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可以高效利用余熱和制備淡水的裝置，屬于工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水資源是人類社會(huì)一切生產(chǎn)、生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒(méi)有水和水資源就沒(méi)有人類。21世紀(jì)以來(lái)，水資源問(wèn)題已經(jīng)成為困擾世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要的制約因素。目前世界各國(guó)常用的局部地區(qū)缺水解決方案有遠(yuǎn)程調(diào)水、地下取水、建造水庫(kù)等，但是長(zhǎng)期使用造成了水資源枯竭、浪費(fèi)土地、地面下沉和破壞生態(tài)等眾多弊端，不能從根本上解決淡水危機(jī)。
[0003]海水淡化技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成為世界上公認(rèn)的解決缺水的最佳方案。海水淡化不僅可以增加淡水總量，而且不受時(shí)空和氣候影響。目前海水淡化的主要方法有蒸餾法、電滲析法和反滲透法等。其中，反滲透海水淡化(SWRO)技術(shù)無(wú)需加熱、能耗少，運(yùn)行過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定，設(shè)備體積小、操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此得到了廣泛研究和推廣。
[0004]反滲透海水淡化(SWRO)技術(shù)是利用高壓栗將原料海水加壓，使其壓力達(dá)到所需的操作壓力，然后使加壓后的原料海水流入反滲透膜壓力容器中進(jìn)行分離，透過(guò)反滲透膜的部分成為淡水，未透過(guò)反滲透膜的濃鹽水則帶著高壓排出。近年來(lái)，反滲透膜技術(shù)、海水的預(yù)處理技術(shù)、高壓濃鹽水的回收技術(shù)等相關(guān)技術(shù)都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，使得反滲透海水淡化的生產(chǎn)成本不斷下降，但是反滲透膜的壽命和高壓栗的能耗仍然制約了反滲透海水淡化的進(jìn)一步推廣。中國(guó)專利公開了 “一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的反滲透海水淡化裝置”(專利號(hào):201520140199)，采用低溫余熱有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)為反滲透海水淡化(SWRO)技術(shù)所需的高壓栗提供動(dòng)力源，降低了反滲透海水淡化(SWRO)技術(shù)的能耗，但是反滲透海水淡化(SWRO)技術(shù)的設(shè)備成本方面未有顯著降低，原因在于反滲透膜為半透膜，價(jià)格不菲、壽命不長(zhǎng)，每年約有50%的衰減，產(chǎn)水速度降低；而且由于反滲透膜的阻力大，因此運(yùn)行中需要使用高壓栗持續(xù)提供動(dòng)力，進(jìn)一步降低了反滲透膜的壽命；同時(shí)反滲透海水淡化(SWRO)技術(shù)產(chǎn)生淡水水質(zhì)含鹽量300ppm左右，對(duì)水質(zhì)要求高的用戶不能直接適用，生產(chǎn)靈活性低。
[0005]低溫多效蒸餾法(LT-MED)產(chǎn)生淡水含鹽量低于5ppm，水質(zhì)完全適用于要求高的用戶。低溫多效蒸餾法(LT-MED)海水淡化技術(shù)是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度約70攝氏度的海水淡化技術(shù)，由于操作溫度降低，傳熱管材的結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題得到了有效控制，因此可以使用廉價(jià)的鋁合金材料替代貴重的防腐合金，從而有效降低了海水淡化設(shè)備的制造成本。低溫多效蒸發(fā)可以利用低品位的熱源作為加熱蒸汽，因此其制水的能耗成本大幅度降低。國(guó)際原子能委員會(huì)認(rèn)為，在所有蒸餾法中，多效蒸發(fā)海水淡化方法在降低海水淡水成本方面最具有潛力。
[0006]我國(guó)工業(yè)余熱資源總量高達(dá)8億噸標(biāo)煤，占我國(guó)總能耗約30%。低溫余熱有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)采用低沸點(diǎn)工質(zhì)吸收熱量汽化，進(jìn)入透平(透平指將流體工質(zhì)中蘊(yùn)有的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的機(jī)器，又稱渦輪或渦輪機(jī))膨脹做功驅(qū)動(dòng)高壓栗，排放的系統(tǒng)余熱還可以作為低溫多效蒸餾法(LT-MED)的熱源，將反滲透海水淡化(SWRO)、低溫多效蒸餾法(LT-MED)與低溫余熱有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)的耦合系統(tǒng)可以提高低溫余熱利用效率，減小不可逆損失，對(duì)于降低生產(chǎn)費(fèi)用、提高生產(chǎn)的靈活性等方面都有較大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)促進(jìn)能源的高效利用和水資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型提供一種低溫余熱驅(qū)動(dòng)的熱膜耦合海水淡化裝置，將有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、反滲透海水淡化系統(tǒng)和低溫多效蒸餾系統(tǒng)相結(jié)合，旨在提高工業(yè)余熱的高效利用、深度利用和滿足不同海水淡化用戶的用水水質(zhì)和水量的要求。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種低溫余熱驅(qū)動(dòng)的熱膜耦合海水淡化裝置，包括有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、反滲透海水淡化系統(tǒng)和低溫多效蒸餾系統(tǒng);所述有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)反滲透海水淡化系統(tǒng)以制取淡水，同時(shí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)排放的余熱為低溫多效蒸餾系統(tǒng)提供熱源以制取淡水;所述有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括與系統(tǒng)余熱管道相連通的蒸發(fā)器、與蒸發(fā)器的有機(jī)工質(zhì)管道相連通的膨脹機(jī)、與膨脹機(jī)出口相連通的凝汽器、與凝汽器的有機(jī)工質(zhì)管道出口相連通的工質(zhì)栗，工質(zhì)栗的出口連通蒸發(fā)器的有機(jī)工質(zhì)管道入口；所述蒸發(fā)器還設(shè)置有用于與有機(jī)工質(zhì)換熱的余熱排放管道，凝汽器還設(shè)置有用于與有機(jī)工質(zhì)換熱的原料海水管道。
[0010]本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述低溫多效蒸餾系統(tǒng)包括與凝汽器的原料海水出口相連接的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥π，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥Π的原料海水出口連接低溫多效蒸餾裝置，低溫多效蒸餾裝置的余熱入口連接蒸發(fā)器的余熱排放管道，低溫多效蒸餾裝置的余熱出口連接余熱排放管道I，低溫多效蒸餾裝置的淡水出口連接淡水箱，低溫多效蒸餾裝置的濃鹽水出口連接濃鹽水箱。
[0011]本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述反滲透海水淡化系統(tǒng)包括與凝汽器的原料海水出口相連通的高壓栗，高壓栗的原料海水出口與能量回收器的原料海水入口連接，能量回收器的原料海水出口連接反滲透膜，反滲透膜的淡水出口連接淡水箱，反滲透膜的濃鹽水出口連接能量回收器，能量回收器的濃鹽水出口連接濃鹽水箱。
[0012]本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于:還包括用以調(diào)節(jié)進(jìn)入反滲透海水淡化系統(tǒng)的原料海水溫度的調(diào)溫系統(tǒng)，所述調(diào)溫系統(tǒng)包括用以調(diào)節(jié)系統(tǒng)余熱管道I流量的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥1、與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥I的余熱出口相連接的再熱器，再熱器的原料海水入口連接能量回收器的原料海水出口，再熱器的原料海水出口連接反滲透膜，再熱器的余熱排放口連接余熱排放管道Π。
[0013]本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中使用的有機(jī)工質(zhì)為苯。
[0014]本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述低溫多效蒸餾裝置為多效橫管降膜蒸發(fā)器。
[0015]本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述蒸發(fā)器、凝汽器和再熱器均為對(duì)流換熱裝置。
[0016]本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述能量回收器為壓力交換器。
[0017]本實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述能量回收器為能量回收率>80%、鹽排除率>95%的壓力交換器。
[0018]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型取得的技術(shù)進(jìn)步是:
[0019]本實(shí)用新型以節(jié)能減排和增加淡化儲(chǔ)備為出發(fā)點(diǎn)，提供了一種低溫余熱驅(qū)動(dòng)的熱膜耦合海水淡化裝置，其中有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)連續(xù)高效利用工業(yè)余熱，作為反滲透海水淡化系統(tǒng)中高壓栗的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，余熱再熱器調(diào)節(jié)進(jìn)入反滲透膜的海水溫度，保證反滲透膜的高通透性，同時(shí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)排放的余熱作為低溫多效蒸餾系統(tǒng)的熱源，繼續(xù)深度利用工業(yè)余熱能將海水淡化，低溫多效蒸餾法(LT-MED)生產(chǎn)出的產(chǎn)品水是完全的純水(蒸餾水)，通過(guò)與反滲透系統(tǒng)的耦合，調(diào)配兩套系統(tǒng)的淡水生產(chǎn)比例，可以實(shí)現(xiàn)各種行業(yè)對(duì)水質(zhì)的要求，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱深度利用和高效海水淡化。
[0020]1、本實(shí)用新型將有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、反滲透海水淡化系統(tǒng)和低溫多效蒸餾系統(tǒng)相結(jié)合，旨在提高工業(yè)余熱的高效利用、深度利用和滿足不同海水淡化用戶的用水水質(zhì)和水量的要求。本系統(tǒng)在充分利用低品位能源驅(qū)動(dòng)海水通過(guò)反滲透膜生產(chǎn)淡水的基礎(chǔ)上，將蒸發(fā)器排出的余熱作為低溫多效蒸餾系統(tǒng)的熱源，繼續(xù)進(jìn)行海水淡化，提高了能源的綜合利用效率。
[0021]2、本實(shí)用新型還包括用以調(diào)節(jié)進(jìn)入反滲透海水淡化系統(tǒng)的原料海水溫度的調(diào)溫系統(tǒng)，調(diào)溫系統(tǒng)的再熱器調(diào)節(jié)進(jìn)入反滲透膜的原料海水溫度，適當(dāng)提高原料海水溫度，可以降低原料海水的黏度，提高反滲透膜的通透性。研究表明:在溫度高于20°C，溫度升高1°C，反滲透膜的透水量可以增加2%?3%。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)原料海水進(jìn)入溫度不可調(diào)的缺點(diǎn)，保證了反滲透膜一直處于最佳進(jìn)水溫度下工作。
[0022]3、本實(shí)用新型將反滲透海水淡化系統(tǒng)與低溫多效海水淡化系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)兩套系統(tǒng)產(chǎn)生淡水的水質(zhì)不同，調(diào)節(jié)分配系統(tǒng)的產(chǎn)水量，研究表明:低溫多效蒸餾裝置產(chǎn)生淡水含鹽量低于5ppm，而反滲透海水淡化系統(tǒng)產(chǎn)生淡水水質(zhì)含鹽量300ppm左右。本系統(tǒng)克服了各行各業(yè)用戶對(duì)水質(zhì)的各種要求，滿足了不同用戶的用水需要，生產(chǎn)靈活性高。
[0023]4、本實(shí)用新型低溫余熱驅(qū)動(dòng)的熱膜耦合海水淡化裝置具有成本低，能耗少，操作方便，產(chǎn)水量高以及可以深度利用熱能等優(yōu)點(diǎn)，因此本實(shí)用新型所述海水淡化系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、能源、電力、海洋等行業(yè)，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1