本发明专利技术公开了一种用于热量和纯水双重回收的系统及其应用方法，该系统包括热溶液储箱、低温溶液汇集箱、若干个膜组件及其混合连接方式、热量纯水收集储箱和循环冷却水储箱；按照如下步骤：（１）使热溶液进入热溶液储箱并存储；（２）热溶液储箱中存储的热溶液通过膜组件的管程进入低温溶液汇集箱汇集；（３）循环冷却水储箱中的冷水通过膜组件的壳程进入热量纯水收集储箱；（４）同时进行步骤（２）和步骤（３），完成热量和纯水双重回收。本发明专利技术利用膜间的水蒸气传质作用所携带的水蒸气潜热的传递作为冷热流体热量交换的有益增强模式。同时实现了纯水的回收；由于水蒸气的潜热传递作用，系统的热量交换效率更高；同时由于膜材料属于有机高分子材料，可提供巨大的接触面积，因此装置的体积和重量更小，系统更节能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于节能减排、能源应用和膜蒸馏技术应用领域，涉及热量和水量回收方 法以及膜蒸馏技术中的传热传质过程，特别涉及一种热量和纯水双重回收的方法与装置。
技术介绍
节能减排与可持续发展是我国国民经济和社会发展中面临的重要问题之一。在 其实施过程中，一个重要的举措就是积极推进能源结构调整，大力发展可再生能源，推进风 能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建筑一体化的科研、开发 和建设。另一个重要举措就是大力推进科技创新，强化能源节约，提高能源利用效率，减小 能源浪费和环境污染。我国是新能源和可再生能源增长速度最快的国家，尤其是在太阳能 热水利用方面居世界第一位。同时，我国又是能源利用效率较低的国家，我国的总体能源利 用效率为33%左右，比发达国家低10%，单位⑶P能耗是世界平均水平的2倍多，因此节能 潜力巨大。工业生产中，存在着大量的余热、废热水溶液，这些余热资源和水资源需要经过进 一步的热量回收和水量回收后，才能实现低温排放或作其他用途。对于余热的回收再利用， 传统的措施是通过金属换热器进行热量交换来获得；而对于废水的再利用，根据水质的差 别和用水系统的差异，采用不同的工艺来进行处理，比如采用静置、化学药品、过滤等方法。 传统工艺中对热量的回收和对水资源的回收都是通过单独的工艺或流程进行的，装置体积 和重量较大，系统也比较复杂。因此，在传统工艺中往往是在回收热量和水量的问题上选择 其一作为侧重点，或者将回收热量和回收水资源作为串联流程来进行工艺设计分别实现热 量和水资源的回收。由于工业中的废热水、余热水属于低品位热源，对于其热量的回收需要采用小温 差的金属换热器，因此，换热器的换热面积一般较大，换热面积大意味着换热器的体积和重 量大，也意味着换热器的初投资大。同时，小温差的换热器使得热量的回收效率也不可能很 高。其次，由于对于热量的回收和水资源的回收采用相互独立的工艺，使得系统的设备众 多，工艺流程冗长复杂。近年来，随着有机高分子材料和膜制备工艺的发展，膜蒸馏技术作为一项新兴的 溶液处理方式，正越来越受到人们的重视。膜蒸馏技术的基本原理是通过膜两侧溶液的蒸 气压力差的推动作用(膜两侧的蒸气压力是由其流体的温度所对应的蒸气压决定而非流 体自身的压力决定)使蒸气从高温侧扩散至低温侧。按照扩散到膜冷侧的蒸气冷凝方式的 不同，可分为直接接触膜蒸馏(DCMD)、气隙膜蒸馏(AGMD)、气扫式膜蒸馏(SGMD)和减压膜 蒸馏(VMD)。这四种膜蒸馏方式中，直接接触式膜蒸馏中冷、热流体的流动方式与传统间壁 式热交换器中冷、热流体的流动方式十分相似。所不同的是，间壁式热交换器中，冷、热流体 之间的热量通过间壁以导热的形式进行传递，冷、热流体本身并不互相混合或接触；而直接 接触式膜蒸馏中，冷、热流体之间的热量传递除了通过膜壁面的导热外，还通过蒸气的扩散 作用将蒸气的潜热从热侧向冷侧传递，这种潜热的传递方式大大提高了冷、热流体之间的热量交换。在传统直接接触式膜蒸馏过程中，由于工艺的目标是取得溶液中的易挥发溶质， 因此水蒸气的跨膜传质是其唯一的实现目标，基于这个目标，必须对膜材料的导热系数有 所限制，即必须采用低导热系数的膜材料以保证必要的膜通量。同时，在很多工艺中，对于 水蒸气的传质所携带的潜热传递也必须进行冷却以实现纯质(水蒸气)的回收。专利《带热量回收的反渗透法海水淡化装置》(专利号200620100026. 4)提出了 一种带热量回收的反渗透法海水淡化装置，其应用的类型是反渗透装置，反渗透装置与膜 蒸馏装置具有本质的区别，其渗透水的推动力是反渗透膜两侧的溶液的压力差，而膜蒸馏 中水蒸气的传质推动力为膜两侧水的温度差，这一点二者具有本质的差别，该专利中对于 热量的回收采用传统间壁式换热器进行。专利《一种热回收式减压膜蒸馏组件装置》(专 利号=200820075402. 8)和专利《一种热回收式减压膜蒸馏组件装置及方法》(专利号 200810053905. X)公布了一种热回收式减压膜蒸馏组件装置及方法，该专利采用减压膜蒸 馏方法中水蒸气在真空侧的冷凝方式回收冷凝热，潜热热量回收方式是采用换热管的方式 进行。而本专利技术中所采用的是直接接触式膜蒸馏的方式来回收膜间导热量和潜热量，同时 回收纯水。专利《一种节能减压膜蒸馏装置及方法》(专利号=200910170615. 8)公布了一 种能够有效进行热量回收的减压膜蒸馏(VMD)装置及方法。与上述专利200810053905. X 相类似，该专利针对减压膜蒸馏过程采用气液换热器的方法回收水蒸气的潜热。专利《热回 收膜蒸馏装置和系统》(专利号=200910170615. 8)公布了一种用于从进料溶液分离馏出物 的接触器组件，该专利对于热量的回收是针对水蒸气的跨膜传递过程中的潜热回收，对热 量的回收采用冷却热交换器的形式，而且该专利对于膜材料的选取与传统膜蒸馏的选取一 致。直接接触式膜蒸馏目前在国内外的应用主要在溶液浓缩、溶质提纯、废水处理等 领域。应用的目的是将热侧溶液中的易挥发成分通过膜孔的扩散作用进行分离或回收。也 就是说，跨膜传质是直接接触式膜蒸馏的主要研究目标，而跨膜传热被视为膜蒸馏过程的 热损失。而在本专利技术中将膜蒸馏中被视为热损失的跨膜传热作为热量回收中的有益热量传 导方式，而将膜蒸馏过程中由于水蒸气传质作用所携带的潜热传递方式转化为热量回收的 潜热传递方式。同时，由于水蒸气的传质作用，在膜冷侧实现纯水的回收。因此，本专利技术旨 在利用膜蒸馏过程的传热和传质过程实现对废热和余热溶液的热量和水量的双重回收。如上所述，将直接接触式膜蒸馏过程应用于热量和水资源的双重回收过程，由于 膜蒸馏过程中的水蒸气的传质所携带的潜热传递作用，将大大提高冷热流体的热量交换， 提高废热水、余热水中的热量利用效率；同时，由于通过膜壁面的水蒸气在冷凝侧冷凝后为 蒸馏水，因此水质非常纯净。此外，在膜蒸馏中，膜组件可以通过串联或并联的方式非常方 便的实现水处理规模的灵活配置，因此，系统的设备简单、操作灵活。由此可见，设计一种基 于直接接触式膜蒸馏过程的热质双重回收装置对于实现热量回收和水资源回收的节能减 排目标具有非常重要的工程应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于将膜蒸馏技术引入到热量和纯水双重回收的系统中，将膜蒸馏 中的潜热传递引入到热量回收过程中(潜热回收)，潜热传递将大大提高冷热流体的热量 交换；将膜蒸馏技术中视为“热量损失”的膜间导热过程也引入到基本的热量回收过程中(显热回收)。同时，由于膜间水蒸气的传递作用使得水蒸气从热侧向冷侧传递，实现了纯 水的回收。根据膜蒸馏技术的基本原理和工业中对热量回收和水资源回收的节能减排需 求，提出了一种热量和纯水双重回收的方法与装置。该方法和装置具有热量交换效率高，系 统简单，设备配置灵活，热能利用效率高，可实现热量和水资源的双重回收。为达到上述目的，本专利技术拟通过以下技术方案来解决一种用于热量和纯水双重 回收的系统，该系统包括热溶液储箱、低温溶液汇集箱、若干个膜组件、热量纯水收集储箱 和循环冷却水储箱；所述若干个膜组件一端设置有热溶液储箱和热量纯水收集储箱，另一 端设置有低温溶液汇集箱和循环冷却水储箱；所述膜组件采用中空纤维膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于热量和纯水双重回收的系统，其特征在于：该系统包括热溶液储箱、低温溶液汇集箱、若干个膜组件、热量纯水收集储箱和循环冷却水储箱；所述若干个膜组件一端设置有热溶液储箱和热量纯水收集储箱，另一端设置有低温溶液汇集箱和循环冷却水储箱；所述膜组件采用中空纤维膜的结构形式，形成管程和壳程两种溶液的流动形式，管程两端分别设置有管程进口和管程出口，壳程两端分别设置有壳程进口和壳程出口；所述若干个膜组件以串联、并联或混联的方式连接，其中管程连通热溶液储箱和低温溶液汇集箱，壳程连通热量纯水收集储箱和循环冷却水储箱。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王赞社，顾兆林，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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