单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统及方法技术方案

一种单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统及方法，属于节能领域。该系统包括冷凝器（2）、海水泵（3）、填料塔（7）、风机（9）、换热器（10）、气液分离器（11）、淡水罐（13）、循环水泵（14）、蒸发器（15）、压缩机（17）、节流阀（19）。该系统利用冷凝器（2）放出的热量，对总海水（1）进行加热；利用蒸发器（15）的冷量对高温空气（6）进行冷凝，这提高了系统循环热效率；另外空气在填料塔（7）和换热器（10）中分别发生加湿和除湿过程，此过程具有规模灵活、设备投资和操作成本适中、可利用低位热能、技术水平要求低、装置利于小型化等优点,所以该系统较常规系统更为节能。

【技术实现步骤摘要】
单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统及方法
本专利技术涉及单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统及方法，属于节能领域。技术背景随着淡水资源的短缺,海水淡化技术日益受到各个国家的重视,目前许多国家已经将海水淡化作为解决淡水资源短缺问题的关键技术。海水淡化是将海水中的盐分和水分分离的过程,最终得到淡水和浓缩盐水,主要的传统海水淡化方法有反渗透法、蒸馏法等。其中反渗透法指的是在膜的原水一侧施加比溶液渗透压高的外界压力，原水透过半透膜时，只允许水透过，其他物质不能透过而被截留在膜表面的过程。但是在反渗透法中，海水的预处理要求严格，且原水利用率只有75-80%，另外需要高压设备，膜要定期清洗，清洗费用较高。蒸馏法常被用于是分离、纯化液态混合物，但是传统的蒸馏法存在耗能高,经济效益低且装置结构复杂,操作运行困难,换热效率低等问题。加湿除湿海水淡化方法是目前研究的热点,其原理是将海水蒸发出水蒸气，然后冷凝出纯净的淡水，且规模灵活、设备投资和操作成本适中、可利用低位热能、技术水平要求低、装置利于小型化,该技术被认为是海水淡化中最具前景的方法。热泵系统由于其COP较高，效率高等优点，在工业中得到了广泛的应用。且系统环保安全，没有燃烧过程，避免了排烟污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于把热泵系统和加湿除湿淡化方法整合起来，且提出一种利用空气在不同温度下载湿能力的差异，利用填料塔进行直接接触式传热传质，降低能耗的单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统及方法。该系统包括冷凝器、海水泵、填料塔、风机、换热器、气液分离器、淡水罐、循环水泵、蒸发器、压缩机、节流阀。冷凝器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；蒸发器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；填料塔包括总海水进口、浓海水出口、低温空气进口和高温空气出口；换热器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口；气液分离器包括上进口、下出口、气体出口；冷凝器热侧出口经过节流阀与蒸发器冷侧进口相连，蒸发器冷侧出口与压缩机进口相连，压缩机出口与冷凝器热侧进口相连，如此往复循环；冷凝器冷侧出口与填料塔的总海水进口相连，填料塔浓海水出口和新海水混合后相连与海水泵进口，海水泵出口与冷凝器的冷侧进口相连，填料塔高温空气出口与换热器的热侧进口相连，换热器热侧出口与气液分离器的上进口相连，气液分离器的气体出口通过气泵与填料塔低温空气进口相连，其液体出口与淡水罐相连；换热器冷侧出口通过循环水泵与蒸发器热侧进口相连，蒸发器热侧出口与换热器冷侧进口相连；所述的单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统及方法，其特征在于包括以下过程：制冷剂通过压缩机加压后，从冷凝器热侧进口进入其热端，将热量传给其冷端的海水，降温后的制冷剂再通入节流阀节流，后经过蒸发器冷侧进口进入其冷端，与其热端的冷水进行热交换，冷却热端的冷水，后循环进入压缩机；新海水和浓海水混合成总海水，总海水经过海水泵加压后，从冷凝器冷侧进口进入其冷端，与其热端的制冷剂进行热交换，总海水吸热升温，后通过填料塔的总海水进口进入填料塔；低温空气从低温空气进口进入填料塔，低温空气与总海水进行混合，由于低温空气的吸湿性，对总海水进行吸湿反应，总海水被浓缩，得到浓海水，浓海水通入海水泵被循环利用；当海水量不足时，通入新海水，保证系统正常运行；低温空气变成含有水蒸气的高温空气，高温空气从填料塔的高温空气出口流出，从换热器的热侧进口进入其热端，与其冷端的冷水进行热交换，高温空气被降温，冷凝出水分，空气和液态水混合物再经过气液分离器上进口进入气液分离器，被分离成两部分，分别是低温空气和淡水，低温空气从气液分离器的气体出口流出，经过风机加压后，重新从填料塔低温空气进口进入填料塔，往复循环；淡水从气液分离器的下出口流出，进入淡水罐储存；冷水从蒸发器的热侧进口进入其热侧，与其冷侧的制冷剂进行热交换，吸收冷侧的冷量，温度降低，后从其热侧出口流出，经过换热器的冷侧进口进入其冷端，将冷量传递给其热侧的高温空气，使其冷凝出淡水，然后冷水从其冷侧出口流出，进入循环水泵，如此往复循环；对于该系统，海水利用冷凝器放出的热量吸热升温，冷水利用蒸发器的冷量，冷凝换热器中的高温空气，进而得到淡水，这提高了总的系统的热效率；另外，对于空气，其在填料塔中吸收海水的水分，发生吸湿反应，在换热器又通过冷凝将得到淡水，发生除湿反应，其过程可以得到淡水，且系统规模灵活、设备投资和操作成本适中、且装置小型化，节约成本。附图说明图1单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统及方法。图中标号名称：1、总海水，2、冷凝器，3、海水泵，4、新海水，5、浓海水，6、高温空气，7、填料塔，8、低温空气，9、风机，10、换热器，11、气液分离器，12、淡水，13、淡水罐，14、循环水泵，15、蒸发器，16、冷水，17、压缩机，18、制冷剂，19、节流阀。具体实施方法下面参照附图1说明该单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统的运行过程：启动循环水泵14，冷水16进入蒸发器15的热侧，与其冷侧的制冷剂18进行热交换，吸收冷侧的冷量，后从其热侧出口流出，进入换热器10的冷端，将冷量传递给热侧的高温空气6，使其冷凝出淡水12，然后从其冷侧出口流出，进入循环水泵14，如此往复循环。启动海水泵3，新海水4和浓海水5混合成总海水1，总海水1经过海水泵3加压，进入冷凝器2的冷端，与其热端的制冷剂18进行热交换，总海水1吸热升温，后进入填料塔7，与低温空气8进行混合，由于低温空气8的吸湿性，水分被吸收，总海水1被浓缩，得到浓海水5，浓海水5通入海水泵3，循环利用；当海水量不足时，通入新海水4，保证系统正常运行。启动风机9，如上所属，低温空气8进入填料塔7，与总海水1发生脱湿反应，其变成高温空气6，高温空气6从填料塔7的高温空气出口流出，进入换热器10的热端，与其冷端的冷水16进行热交换，温度降低，冷凝出水分，空气和液态水混合物再进入气液分离器11进行气液分离，分离出两部分，分别是低温空气8和淡水12，低温空气8从气液分离器11的气体出口流出，经过风机9加压后，重新从填料塔7干空气进口进入填料塔7，往复循环；淡水12从气液分离器11的下出口流出，进入淡水罐13储存。最后启动压缩机17，制冷剂18通过压缩机17加压后，进入冷凝器2热端，将热量传给其冷端的海水，降温后的制冷剂18再通入节流阀19节流，进入蒸发器15冷端，与其热端的冷水16进行热交换，冷却热端的冷水16，后通过压缩机4进口进入压缩机4，如此往复循环；在结束系统运行时，依次关闭压缩机17、风机9、海水泵3和循环水泵14，系统停止运行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统，其特征在于：该系统包括冷凝器（2）、海水泵（3）、填料塔（7）、风机（9）、换热器（10）、气液分离器（11）、淡水罐（13）、循环水泵（14）；蒸发器（15）、压缩机（17）、节流阀（19）；冷凝器（2）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；蒸发器（15）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；填料塔（7）包括总海水进口、浓海水出口、低温空气进口和高温空气出口；换热器（10）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口；气液分离器（11）包括上进口、下出口、气体出口；冷凝器（2）热侧出口经过节流阀（19）与蒸发器（15）冷侧进口相连，蒸发器（15）冷侧出口与压缩机（17）进口相连，压缩机（17）出口与冷凝器（2）热侧进口相连，如此往复循环；冷凝器（2）冷侧出口与填料塔（7）的总海水进口相连，填料塔（7）浓海水出口和新海水（4）混合后相连与海水泵（3）进口，海水泵（3）出口与冷凝器（2）的冷侧进口相连，填料塔（7）高温空气出口与换热器（10）的热侧进口相连，换热器（10）热侧出口与气液分离器（11）的上进口相连，气液分离器（11）的气体出口通过气泵（9）与填料塔（7）低温空气进口相连，其液体出口与淡水罐（13）相连；换热器（10）冷侧出口通过循环水泵（14）与蒸发器（15）热侧进口相连，蒸发器（15）热侧出口与换热器（10）冷侧进口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统，其特征在于：该系统包括冷凝器（2）、海水泵（3）、填料塔（7）、风机（9）、换热器（10）、气液分离器（11）、淡水罐（13）、循环水泵（14）；蒸发器（15）、压缩机（17）、节流阀（19）；冷凝器（2）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；蒸发器（15）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；填料塔（7）包括总海水进口、浓海水出口、低温空气进口和高温空气出口；换热器（10）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口、冷侧出口；气液分离器（11）包括上进口、下出口、气体出口；冷凝器（2）热侧出口经过节流阀（19）与蒸发器（15）冷侧进口相连，蒸发器（15）冷侧出口与压缩机（17）进口相连，压缩机（17）出口与冷凝器（2）热侧进口相连，如此往复循环；冷凝器（2）冷侧出口与填料塔（7）的总海水进口相连，填料塔（7）浓海水出口和新海水（4）混合后相连与海水泵（3）进口，海水泵（3）出口与冷凝器（2）的冷侧进口相连，填料塔（7）高温空气出口与换热器（10）的热侧进口相连，换热器（10）热侧出口与气液分离器（11）的上进口相连，气液分离器（11）的气体出口通过气泵（9）与填料塔（7）低温空气进口相连，其液体出口与淡水罐（13）相连；换热器（10）冷侧出口通过循环水泵（14）与蒸发器（15）热侧进口相连，蒸发器（15）热侧出口与换热器（10）冷侧进口相连。2.根据权利要求1所述的单填料塔加湿热泵溶液浓缩系统的方法，其特征在于包括以下过程：制冷剂（18）通过压缩机（17）加压后，从冷凝器（2）热侧进口进入其热端，将热量传给其冷端的海水，降温后的制冷剂（18）通入节流阀（19）节流...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳晨，王彬，王鹏恩，韩东，何纬峰，蒲文灏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32