一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统技术方案

本发明专利技术提出一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，是利用蒸汽增压机压缩海水蒸发的蒸汽，又把增压升温的热蒸汽用于加热海水，而后被冷凝变成蒸馏水的淡水；被加热的海水蒸发的蒸汽，再次压缩，又一次被凝结为蒸馏水的淡水，如此循环；理论根据是，蒸汽增压机压缩蒸汽消耗的电功能，首先通过增加升压的蒸汽的有效能，而后用于抵消海水预热和海水蒸发传热过程所必须消耗的有效能；系统包括：蒸汽增压机、锅炉、蒸发‑凝结换热器、海水给水预热器、海水冷却器、海水增压泵、盐水泵、淡水泵、锅炉给水泵、循环泵、信号测试和控制系统；系统运行初始阶段的初始热蒸汽由锅炉提供；本方法比全程用自备锅炉生成蒸汽的多效蒸馏海水淡化方法，运行成本低数倍。

A steam heat pump for heat distillation and desalination of sea water and its system

The invention provides a steam heat pump distillation desalination method and system thereof, a vapor compression evaporation of seawater using steam blower, the hot steam Booster Heating for heating water, which is condensed into distilled water by fresh water; steam, heating water evaporates again compressed, once again be setting for distilled water of fresh water, so the cycle; theory is based on the steam supercharger compressed steam consumption function, first through effective boost can increase the steam, and then used to offset effective seawater preheating and seawater evaporation process must be consumed; system including: steam boiler, compressor, evaporation condensation heat transfer for seawater, feed water preheater and cooler, water pump, water pump, water pump, water pump, boiler water circulating pump, signal test and control system; The initial thermal steam in the initial stage of operation of the system is supplied by the boiler. This method is more efficient than the whole effect distillation seawater desalination method which is used to generate steam in the whole process. The operation cost is several times lower.

【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统
本专利技术涉及海水淡化和热泵领域，是一种蒸汽热泵与海水淡化相结合的交叉技术。
技术介绍
海岛、轮船、军舰、沿海缺水城市需要淡水可以依靠海水淡化来解决。以色列等靠海边缺水的国家，有50%需要的淡水来自海水淡化。目前，海水淡化主要有两类方法，一类是反渗透膜法，另一类是蒸馏法；蒸馏法又分高温多效蒸馏法、低温多效蒸馏法等；反渗透膜法的主要消耗动力是高压泵，要让海水中的淡水渗透的隔离膜的淡水侧，大规模生产，消耗动力成本较低，关键技术是渗透膜的材料和高压系统；蒸馏法，消耗蒸汽能源，一般利用火力发电厂的蒸馏法乏汽为热源。乏汽温度较低，在80℃左右，所以发展了低温多效蒸馏海水淡化法，此方法依赖电厂，生产量很大。此类海水淡化设备，体积庞大，动力消耗过大，不适合许多海岛、渔船、战舰上使用。另外，太阳能海水淡化设备效率低，受天气影响不稳定，不能保障海岛等处军民对淡水的稳定需求。因此，研发节能、高效中小型的海水淡化设备，对国防、民生都有重要意义和有广阔的应用市场。
技术实现思路
为了弥补现有海水淡化方法的不足，生产节能、高效中小型的海水淡化设备，满足边防海岛、渔船等国防、民生的需求，本专利技术提出一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，利用蒸汽增压机，把在蒸发-凝结器中海水蒸发的蒸汽，压缩增压，提升温度后作为再回送到蒸发-冷凝器的热蒸汽侧，加热海水，被加热的海水蒸发的蒸汽，再去压缩，如此循环，进行海水淡化；蒸发的蒸汽压缩消耗的功率，仅仅用于克服海水蒸发冷凝器传热过程消耗的有效能，因此是一种非常省能的淡化海水的方法。本专利技术的具体技术方案是：一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法，是利用蒸汽增压机把海水蒸发的蒸汽，压缩增压提升温度后成为热蒸汽，热蒸汽又用于加热海水，而后被冷凝变成蒸馏水的淡水；被加热的海水蒸发的蒸汽，再次送去压缩，又重新用于加热海水，而后又一次被凝结为蒸馏水的淡水，如此循环，连续不断从海水中提取淡水,海水蒸发后，剩余部分含盐浓度较高的盐水排出；本专利技术的海水淡化方法的理论根据是，蒸汽增压机压缩蒸汽消耗的电功能，首先转化为增压升温的蒸汽所增加的有效能，而后用于抵消海水预热和海水蒸发传热过程所必须消耗的有效能；其系统包括：蒸汽增压机、蒸发-凝结换热器、海水预热器、海水冷却器、海水增压泵、盐水泵、淡水泵、循环泵、第一蒸汽阀、第二蒸汽阀、海水给水调节阀、信号测试和控制系统；以及提供初始蒸汽的锅炉、锅炉给水泵。所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化系统的连接方式是：蒸汽增压机的进口与蒸发-凝结换热器的蒸汽出口连接，蒸汽增压机的出口分两路：第一路接第一蒸汽阀后，与海水冷却器的蒸汽进口连接；第二路接第二蒸汽阀后，与锅炉的蒸汽出口并联，再经过蒸汽管连接到蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；蒸发-凝结换热器的海水进口，即海水喷淋管的进口，与海水预热器的海水出口连接，连接管上安装有海水给水调节阀；蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，连接到循环泵，再连接到蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管；蒸发-凝结换热器的淡水出口，与海水预热器的淡水换热管连接；蒸发-凝结换热器的盐水槽的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管连接；海水预热器的淡水换热管的出口，与淡水泵的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池；海水预热器的盐水换热管的出口，与盐水泵的进口连接，盐水由盐水泵的输送到盐水存储池；海水预热器的海水进口，与海水增压泵的出口连接，海水增压泵的进口管，延伸到干净的海水中；锅炉给水泵的进口管端口，插到淡水池，其出口与锅炉的进水口连接；海水冷却器的海水冷却管的进口与海水给水泵出口管分设的冷却水支路连接，冷却水支路上安装有冷却水量调节阀；海水冷却器的蒸汽凝结水，通过微量淡水回收管，送回淡水池；不凝性空气，通过海水冷却器的排气口排出,海水冷却器的排气管上安装有单向阀。所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸发-凝结换热器，是一种喷淋式管式海水蒸发-蒸汽凝结换热器；基本结构是，在一个横卧的两端有封头的大圆筒内，有一群换热管，并排穿架在圆筒两端的隔板上；上排换热管与下排换热管首尾S形串联，成上进下出的管群；管群的上进口为蒸汽进口，其并联集合管与焊接在圆筒壳上的蒸汽进口连接；管群的下出口是凝结水的淡水出口，其并联集合管与焊接在圆筒壳下部的淡水出口连接；在圆筒体内换热管群的上方布置海水喷淋管和循环盐水喷淋管，海水喷淋管的进口，即蒸发-蒸汽凝结换热器的海水进口；在圆筒的底部，有收集盐分较高的盐水槽，盐水槽开设有盐水出口和循环盐水出口；在圆筒中段区间的上壁顶，设有蒸汽出口；蒸发-凝结换热器的换热管内流通热蒸汽，管外壁面流淌喷淋的海水和循环盐水；海水受热蒸汽的加热而蒸发，热蒸汽被海水冷却而凝结；海水蒸发腔的喷淋海水是海水蒸发压力所对应的饱和液体，热蒸汽是与蒸汽增压机排汽压力所对应的饱和蒸汽；海水蒸发温度低于热蒸汽凝结温度6℃以上，即蒸发-凝结换热器的传热温差大于6℃。所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸发-凝结换热器，是由不同蒸发温度的两级或是三级蒸发-凝结换热器串联组成的多效蒸发-凝结换热器时，例如，是二级多效蒸发-凝结换热器；其连接方式是：第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽出口与第二级的蒸汽进口连接；第二级的蒸汽出口与蒸汽增压机的蒸汽进口连接；第一、二的蒸发-凝结换热器的蒸汽出口，还通过级间的气路闸阀串联连通，作为运行初始抽排不凝性空气用的通路；第一级蒸发-凝结换热器的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管第一管段进口连接，其出口经过一、二级间的盐水泵，与第二级蒸发-凝结换热器的海水进口连接；第二级蒸发-凝结换热器的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管第二段管连接；第二级蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，与循环泵连接，循环泵的出口与蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管连接；第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽进口，为多效蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；末级的蒸发-凝结换热器的盐水出口，为多效蒸发-凝结换热器的盐水出口；各蒸发-凝结换热器的淡水出口，与海水预热器的各级对应淡水换热管的进口连接，各级对应淡水换热管的出口并联，与淡水泵的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池。所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的海水预热器是海水给水与蒸发-凝结换热器产生的盐水和淡水进行换热的逆流式换热器，盐水和淡水为放热流体，海水给水为受热流体；盐水和淡水的放热量等于海水给水的吸热量；海水预热器的初始端，即海水进口端的传热温差控制在10℃以内，海水温度为已知；海水预热器的末端，即海水出口端的海水温度，尽可能接近第一级蒸发-凝结换热器的海水蒸发温度；当系统配置多效蒸发-凝结换热器时，海水预热器的盐水换热管是根据蒸发-凝结换热器的级数分段，例如，两级多效蒸发-凝结换热器系统，盐水换热管就分为两段；每段盐水换热管进、出口的温度差值，等于所对应级与下一级的海水蒸发温度之差值，末段盐水换热管进、出口的温度差值，等于末级的海水蒸发温度与海水预热器的盐水出口温度之差值；淡水换热管，也根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法，是利用蒸汽增压机把海水蒸发的蒸汽，压缩增压提升温度后成为热蒸汽，热蒸汽又用于加热海水，而后被冷凝变成蒸馏水的淡水；被加热的海水蒸发的蒸汽，再次送去压缩，又重新用于加热海水，而后又一次被凝结为蒸馏水的淡水，如此循环，连续不断从海水中提取淡水,海水蒸发后，剩余部分含盐浓度较高的盐水排出；本专利技术的海水淡化方法的理论根据是，蒸汽增压机压缩蒸汽消耗的电功能，首先转化为增压升温的蒸汽所增加的有效能，而后用于抵消海水预热和海水蒸发传热过程所必须消耗的有效能；其系统包括：蒸汽增压机、蒸发‑凝结换热器、海水预热器、海水冷却器、海水增压泵、盐水泵、淡水泵、循环泵、第一蒸汽阀、第二蒸汽阀、海水给水调节阀、信号测试和控制系统；以及提供初始蒸汽的锅炉、锅炉给水泵。

【技术特征摘要】
1.一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法，是利用蒸汽增压机把海水蒸发的蒸汽，压缩增压提升温度后成为热蒸汽，热蒸汽又用于加热海水，而后被冷凝变成蒸馏水的淡水；被加热的海水蒸发的蒸汽，再次送去压缩，又重新用于加热海水，而后又一次被凝结为蒸馏水的淡水，如此循环，连续不断从海水中提取淡水,海水蒸发后，剩余部分含盐浓度较高的盐水排出；本发明的海水淡化方法的理论根据是，蒸汽增压机压缩蒸汽消耗的电功能，首先转化为增压升温的蒸汽所增加的有效能，而后用于抵消海水预热和海水蒸发传热过程所必须消耗的有效能；其系统包括：蒸汽增压机、蒸发-凝结换热器、海水预热器、海水冷却器、海水增压泵、盐水泵、淡水泵、循环泵、第一蒸汽阀、第二蒸汽阀、海水给水调节阀、信号测试和控制系统；以及提供初始蒸汽的锅炉、锅炉给水泵。2.根据权利1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化系统的连接方式是：蒸汽增压机的进口与蒸发-凝结换热器的蒸汽出口连接，蒸汽增压机的出口分两路：第一路接第一蒸汽阀后，与海水冷却器的蒸汽进口连接；第二路接第二蒸汽阀后，与锅炉的蒸汽出口并联，再经过蒸汽管连接到蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；蒸发-凝结换热器的海水进口，即海水喷淋管的进口，与海水预热器的海水出口连接，连接管上安装有海水给水调节阀；蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，连接到循环泵，再连接到蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管；蒸发-凝结换热器的淡水出口，与海水预热器的淡水换热管连接；蒸发-凝结换热器的盐水槽的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管连接；海水预热器的淡水换热管的出口，与淡水泵的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池；海水预热器的盐水换热管的出口，与盐水泵的进口连接，盐水由盐水泵的输送到盐水存储池；海水预热器的海水进口，与海水增压泵的出口连接，海水增压泵的进口管，延伸到干净的海水中；锅炉给水泵的进口管端口，插到淡水池，其出口与锅炉的进水口连接；海水冷却器的海水冷却管的进口与海水给水泵出口管分设的冷却水支路连接，冷却水支路上安装有冷却水量调节阀；海水冷却器的蒸汽凝结水，通过微量淡水回收管，送回淡水池；不凝性空气，通过海水冷却器的排气口排出,海水冷却器的排气管上安装有单向阀。3.根据权利1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸发-凝结换热器，是一种喷淋式管式海水蒸发-蒸汽凝结换热器；基本结构是，在一个横卧的两端有封头的大圆筒内，有一群换热管，并排穿架在圆筒两端的隔板上；上排换热管与下排换热管首尾S形串联，成上进下出的管群；管群的上进口为蒸汽进口，其并联集合管与焊接在圆筒壳上的蒸汽进口连接；管群的下出口是凝结水的淡水出口，其并联集合管与焊接在圆筒壳下部的淡水出口连接；在圆筒体内换热管群的上方布置海水喷淋管和循环盐水喷淋管，海水喷淋管的进口，即蒸发-蒸汽凝结换热器的海水进口；在圆筒的底部，有收集盐分较高的盐水槽，盐水槽开设有盐水出口和循环盐水出口；在圆筒中段区间的上壁顶，设有蒸汽出口；蒸发-凝结换热器的换热管内流通热蒸汽，管外壁面流淌喷淋的海水和循环盐水；海水受热蒸汽的加热而蒸发，热蒸汽被海水冷却而凝结；海水蒸发腔的喷淋海水是海水蒸发压力所对应的饱和液体，热蒸汽是与蒸汽增压机排汽压力所对应的饱和蒸汽；海水蒸发温度低于热蒸汽凝结温度6℃以上，即蒸发-凝结换热器的传热温差大于6℃。4.根据权利要求1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的蒸发-凝结换热器，是由不同蒸发温度的两级或是三级蒸发-凝结换热器串联组成的多效蒸发-凝结换热器时，例如，是二级多效蒸发-凝结换热器；其连接方式是：第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽出口与第二级的蒸汽进口连接；第二级的蒸汽出口与蒸汽增压机的蒸汽进口连接；第一、二的蒸发-凝结换热器的蒸汽出口，还通过级间的气路闸阀串联连通，作为运行初始抽排不凝性空气用的通路；第一级蒸发-凝结换热器的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管第一管段进口连接，其出口经过一、二级间的盐水泵，与第二级蒸发-凝结换热器的海水进口连接；第二级蒸发-凝结换热器的盐水出口，与海水预热器的盐水换热管第二段管连接；第二级蒸发-凝结换热器底部的盐水槽的循环盐水出口，与循环泵连接，循环泵的出口与蒸发-凝结换热器顶部的循环盐水喷淋管连接；第一级蒸发-凝结换热器的蒸汽进口，为多效蒸发-凝结换热器的蒸汽进口；末级的蒸发-凝结换热器的盐水出口，为多效蒸发-凝结换热器的盐水出口；各蒸发-凝结换热器的淡水出口，与海水预热器的各级对应淡水换热管的进口连接，各级对应淡水换热管的出口并联，与淡水泵的进口连接，淡水由淡水泵输送到淡水存储池。5.根据权利要求1所述的一种蒸汽热泵供热蒸馏海水淡化方法及其系统，其特征是：所述的海水预热器是海水给水与蒸发-凝结换热器产生的盐水和淡水进行换热的逆流式换热器，盐水和淡水为放热流体，海水给水为受热流体；盐水和淡水的放热量等于海水给水的吸热量；海水预热器的初始端，即海水进口端的传热温差控制在10℃以内，海水温度为已知；海水预热器的末端，即海水出口端的海水温度，尽可能接近第一级蒸发-凝结换热器的海水蒸发温度；当系统配置多效蒸发-凝结换热器时，海水预热器的盐水换热管是根据蒸发-凝结换热器的级数分段，例如，两级多效蒸发-凝结换热器系统，盐水换热管就分为两段；每段盐水换热管进、出口的温度差值，等于所对应级与下一级的海水蒸发温度之差值，末段盐水换热管进、出口的温度差值，等于末级的海水蒸发温度与海水预热器的盐水出口温度之差值；淡水换热管，也根据蒸发-凝结换热器的级...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈则韶，韩华威，
申请(专利权)人：陈则韶，
类型：发明
国别省市：安徽,34