本發(fā)明涉及一種深度節(jié)能型海水淡化裝置，屬于海水淡化與節(jié)能減排領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類生活水平的不斷提高，水資源作為一種基礎(chǔ)性資源，已成為制約經(jīng)濟社會發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。尤其在中國，中國人均水資源只有2100m3，僅為世界平均水平的28％；僅僅北京2012年水資源消耗水平高出總供水量的70％，水資源不足已越來越成為我國高速發(fā)展的瓶頸。作為一種穩(wěn)定的且不受限制的淡水補充途徑，海水淡化是解決天然淡水資源缺乏的最具前景的方法之一。熱法海水淡化預(yù)處理簡單，維修周期長，但常規(guī)熱法海水淡化以消耗高品位能源為代價來換取淡水，熱源成本使得淡化成本非常高。利用創(chuàng)新的方法減少海水淡化中能耗問題是解決海水淡化技術(shù)難以大面積推廣的首要問題。海水淡化與能源密集型行業(yè)聯(lián)合制水，利用低品位低溫余熱為熱源是熱法海水淡化技術(shù)發(fā)展的方向，具備單一海水淡化技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。
利用低品位熱源進而減少熱法海水淡化熱耗成本有很多新的方法，比如低溫多效技術(shù)，其關(guān)鍵是多級多效的使用以及低品位蒸汽的利用大大降低了熱源成本，能利用低至70℃蒸汽作為海水淡化熱源，將制水成本降到了6-8元/噸，但該技術(shù)的發(fā)展方向是萬噸級超大規(guī)模制水，對小規(guī)模工程中噸水成本仍然較高。另一種方法，如毛細力驅(qū)動技術(shù)，該技術(shù)以金屬粉末燒結(jié)多孔體為蒸發(fā)面，利用毛細力對蒸發(fā)面補水，減少了傳統(tǒng)技術(shù)海水補充的動力泵的使用，同時降低了海水淡化的溫度，可利用低至33℃的熱源。但是典型的毛細力驅(qū)動淡化技術(shù)有一個致命劣勢，就是蒸發(fā)器使用金屬固相燒結(jié)技術(shù)，該方法成本高昂，高溫燒結(jié)工藝復(fù)雜，另一個存在的重大問題在于運行后期結(jié)垢結(jié)晶堵住蒸發(fā)面，難清洗，可以說固相燒結(jié)多孔蒸發(fā)面是系統(tǒng)正常運行中難以避免的一個瓶頸問題。專利申請?zhí)枺?01510892409.3，提出了一種海水淡化處理裝置，利用毛細驅(qū)動實現(xiàn)低溫海水淡化，蒸發(fā)器采用常規(guī)肋片式固體燒結(jié)多孔體，蒸發(fā)器存在蒸汽通道，減小了換熱面積，如果想要大規(guī)模產(chǎn)水，整個裝置就很龐大；另外采用肋片導熱毛細芯，增大了導熱熱阻，阻礙換熱；同時肋與毛細材料需要緊密接觸(過盈接觸)，對肋表面和毛細芯蒸發(fā)面的平整度要求非常高，精度需控制在0.1微米，使得該方案一直限制在實驗室規(guī)模使用。為了解決肋片導熱熱阻大，平整度要求高限制大規(guī)模應(yīng)用的問題。專利申請?zhí)枺?01510850716.5，提出了一種毛細驅(qū)動海水淡化蒸發(fā)器，蒸發(fā)室采用平板式一體化固相燒結(jié)多孔體，解決了肋片導熱熱阻大，平整度要求高的難題，但仍存在一個致命問題——大規(guī)模應(yīng)用中換熱面成本是常規(guī)低溫多效海水淡化成本的10-50倍，成本非常高；更為嚴重的是固相燒結(jié)使得裝置在運行過程中，鹽分在表層或者內(nèi)部結(jié)晶，極易堵塞多孔體，毛細層結(jié)垢結(jié)晶難以處理，清洗問題難以解決；另外，當蒸發(fā)室不凝氣過多或者蒸汽產(chǎn)生速率過快時，會致使多孔體和海水側(cè)隔開，導致多孔體無法吸液的問題。
毛細法淡化技術(shù)對低溫熱源的使用一定程度上減少了熱源成本，但低熱源的利用意味著該技術(shù)很難向低溫多效技術(shù)一樣，通過循環(huán)利用蒸汽冷凝熱大幅度降低能耗成本。因為33℃熱源對海水的傳熱溫差已經(jīng)足夠小，無法設(shè)置成多級對冷凝熱循環(huán)利用。盡管通過機械壓縮的方法能夠解決這個問題，但機械壓縮是電力輸入，電力成本高，其直接增加了淡化成本，非常不適合主導低溫熱源深度回收利用的毛細法海水淡化技術(shù)的推廣應(yīng)用。目前存在的吸收式增壓循環(huán)是一種典型的蒸汽升壓裝置，它相對于傳統(tǒng)的機械電力壓汽方法減少了高品位電能做功，可以利用低溫熱能進行蒸汽加壓循環(huán)。但在能源日漸緊缺的今天，大力倡導節(jié)能減排的背景下吸收式循環(huán)仍是一個高耗能過程，限定了該方法的應(yīng)用領(lǐng)域，若能通過某種手段進一步降低吸收式加壓循環(huán)過程的能耗輸入，對推進吸收式加壓系統(tǒng)的應(yīng)用有重大創(chuàng)新意義。如專利申請?zhí)枺?01310024546.6，提出了一種太陽能空調(diào)海水淡化系統(tǒng)，進行蒸汽加壓，取代傳統(tǒng)機械壓縮，同時采用低溫多效，提高能源利用率；但是該系統(tǒng)多處需要升壓泵，需要消耗較多高位電能，不具備深度節(jié)能優(yōu)勢。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種深度節(jié)能型海水淡化裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種深度節(jié)能型海水淡化裝置，包括海水淡化池、具有高度差的蒸汽吸收池和蒸汽發(fā)生池，所述海水淡化池下部為親水粉末堆積體，換熱管埋入親水粉末堆積體的表層，頂部有抽真空口與真空裝置連接；所述蒸汽發(fā)生池和蒸汽吸收池內(nèi)都有溴化鋰-水溶液作為吸收劑，由液體管路連接，所述蒸汽發(fā)生池內(nèi)的吸收劑通過溶液泵與蒸汽吸收池頂部連通；
海水通過海水進水管流經(jīng)蒸汽吸收池內(nèi)的吸收劑后，通過海水管進入親水粉末堆積體，濃縮后從另一側(cè)的鹽水管流出，蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽通過一次蒸汽管進入蒸汽吸收池；所述蒸汽發(fā)生池內(nèi)吸收劑中有工業(yè)余熱管路，產(chǎn)生的蒸汽通過二次蒸汽管與換熱管連接，冷凝后從另一端的淡水管流出。
本發(fā)明利用工業(yè)廢熱將低溫低壓的一次蒸汽變成溫度和壓力都有一定升高的二次蒸汽，升溫后的二次蒸汽又可以作為熱源加熱海水產(chǎn)生新的一次蒸汽，同時二次蒸汽冷凝為淡水，如此循環(huán)進行。
蒸汽吸收池與蒸汽發(fā)生池通過自然溶液柱連接。海水淡化池中，換熱管埋入親水粉末堆積體表層，二次蒸汽在換熱管內(nèi)凝結(jié)將熱量傳給管外的海水，海水蒸發(fā)產(chǎn)生新的一次蒸汽。其中，蒸發(fā)產(chǎn)生的一次蒸汽通過一次蒸汽管與蒸汽吸收池相連，而在蒸汽發(fā)生池中升壓升溫后的蒸汽通過二次蒸汽管與換熱管相連。冷的海水由進水管進入蒸汽吸收池中起到提高蒸汽吸收率和對海水預(yù)熱的作用，預(yù)熱后的海水由海水管流入親水粉末堆積體中，在毛細抽吸力作用下被吸到表層與換熱管換熱，海水受熱蒸發(fā)，而未蒸發(fā)的海水沿著鹽水管流出裝置。
本發(fā)明特點是利用非固相毛細蒸發(fā)器成型技術(shù)解決傳統(tǒng)毛細法淡化技術(shù)中的兩大技術(shù)瓶頸:一是典型的粉末燒結(jié)成型技術(shù)成本異常昂貴；二是固相燒結(jié)多孔體在后期鹽分結(jié)垢的清洗方面困難，堵塞嚴重。無補償室設(shè)計方案(補償室與親水多孔堆積體融合)的方式解決了海水中不凝氣析出導致多孔介質(zhì)無法吸液的問題。在蒸汽的升溫升壓方面，避免了吸收式增壓裝置中升壓泵的使用，利用重力升壓回收蒸汽冷凝熱，提高造水比，無冷凝器的設(shè)計實現(xiàn)深度節(jié)能。
相比傳統(tǒng)技術(shù)本系統(tǒng)的優(yōu)越性在于：
1)蒸汽吸收-蒸發(fā)循環(huán)中，利用重力升壓，不需要溶液泵，裝置簡單、節(jié)能。
2)海水淡化室中，利用親水粉末形成的多孔介質(zhì)提供動力補充海水，完美解決了常規(guī)毛細法的清洗問題，由于粉末是自然堆積，采用水流固相打散的方法，不僅可以解決毛細芯表面的結(jié)晶問題，固體內(nèi)部的結(jié)晶問題也可以很好地解決，并且清洗簡單，易操作，是常規(guī)海水淡化所不能實現(xiàn)的。并且該多孔體不需要肋片，細沙的導熱系數(shù)為0.28-0.34W/(m2·K)，比固體燒結(jié)多孔體導熱系數(shù)(1.9W/(m2·K))低得多，減小導熱熱阻，增加換熱量，利于海水蒸發(fā)；換熱面上不需要設(shè)置專門的蒸汽通道，增大了換熱面積，利于熱量傳遞。除此之外，親水粉末可優(yōu)選沙粒、吸水塑料粉末等，成本低，利于市場推廣。
3)無補償室設(shè)計方案(采用補償室與親水多孔自然堆積體融合的方式)解決了海水中不凝氣析出導致多孔介質(zhì)無法吸液的問題。
4)利用大氣壓力和水柱重力方法，在10.3m高的水柱上方形成低壓的自然空間，可以獲得很高的真空度，降低海水蒸發(fā)溫度，最低可達33℃，解決熱法海水淡化成本高的瓶頸。
5)二次蒸汽將熱量傳遞給海水產(chǎn)生新的一次蒸汽，自身則在蒸汽管道內(nèi)直接冷凝為淡水，不需要單獨設(shè)置冷凝器，結(jié)構(gòu)緊湊。
6)吸收式制冷與低溫海水淡化結(jié)合，將海水淡化產(chǎn)生的一次蒸汽通過吸收式過程產(chǎn)生高溫高壓的二次蒸汽，繼續(xù)作為海水淡化中熱源，該設(shè)計使得整個淡化過程沒有冷凝熱損失，相當于常規(guī)的毛細驅(qū)動淡化方法的10效，實現(xiàn)深度節(jié)能。
附圖說明
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，1.海水淡化室，2.換熱管，3.親水粉末堆積體，4.抽真空口，5.一次蒸汽管，6.淡水管，7.二次蒸汽管，8.海水管，9.鹽水管，10.蒸汽吸收池，11.蒸汽發(fā)生池，12.溶液泵，13.海水進水管，14.液體管路，15.工業(yè)余熱管路。
具體實施方式
一種深度節(jié)能型海水淡化裝置，包括海水淡化池、具有高度差的蒸汽吸收池和蒸汽發(fā)生池，所述海水淡化池下部為親水粉末堆積體，換熱管埋入親水粉末堆積體的表層，頂部有抽真空口與真空裝置連接；所述蒸汽發(fā)生池和蒸汽吸收池內(nèi)都有溴化鋰-水溶液作為吸收劑，由液體管路連接，所述蒸汽發(fā)生池內(nèi)的吸收劑通過溶液泵與蒸汽吸收池頂部連通；
其中，海水淡化室1蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽通過一次蒸汽管5與蒸汽吸收池10相連，而在蒸汽發(fā)生池中升壓后的蒸汽通過二次蒸汽管7與換熱管2相連。
冷的海水由進水管13進入蒸汽吸收池中起到提高蒸汽吸收率和對海水預(yù)熱的作用，預(yù)熱后的海水由海水管8流入親水粉末堆積體3中，在毛細抽吸力作用下被吸到表層與換熱管2換熱，海水受熱蒸發(fā)，而未蒸發(fā)的海水沿著鹽水管9流出裝置。
蒸汽發(fā)生池、蒸汽吸收池中采用的吸收劑為溴化鋰-水溶液；蒸汽吸收池10溴化鋰溶液吸收海水淡化室1產(chǎn)生的一次蒸汽變?yōu)橄∪芤?，稀溶液在重力作用下?jīng)由液體管路14自然流向蒸汽發(fā)生池11，過程中依靠溶液柱重力進行升壓，不需要典型吸收式系統(tǒng)中的升壓泵；稀溴化鋰溶液在蒸汽發(fā)生器11中被加熱，溫度升高，水在溴化鋰溶劑中溶解度降低溢出，形成壓力和溫度都有一定提升的二次蒸汽；二次蒸汽由二次蒸汽管7進入換熱管2中，加熱管外壁吸附的海水，產(chǎn)生新的一次蒸汽，一次蒸汽沿一次蒸汽管5進入蒸汽吸收池10中被吸收，而二次蒸汽自身則冷凝為淡水經(jīng)淡水管6流出。完成一個循環(huán)。
其中，蒸汽吸收池10和蒸汽發(fā)生池11的壓力差約為6.5-8kPa(此處取6.5kPa)，傳統(tǒng)吸收式循環(huán)采用升壓泵加壓來提供這個壓力差值，需要消耗高品位的電能；在此我們創(chuàng)新性地提出了利用水柱重力實現(xiàn)蒸汽吸收池10中溶液由低壓到蒸汽發(fā)生池11中高壓的轉(zhuǎn)換，將蒸汽發(fā)生池(7.35kPa,40℃)放在地面，吸收池(0.85kPa，5℃)置于空中，兩者間通過液體管路14連接，高度差設(shè)計為ΔH＝Δp/ρg＝0.65m，即可實現(xiàn)升壓過程；而溴化鋰溶液從發(fā)生池回流至吸收池時，所需溶液泵12提供的泵功為也就是說溶液泵只需要克服摩擦阻力即可，所需泵功很小。
其中，蒸汽吸收池中的經(jīng)溶液泵12抽吸回的溴化鋰溶液噴淋而下，可以充分吸收一次蒸汽；吸收過程放出的熱量由深冷海水帶走，兼之預(yù)熱海水的作用。
其中，蒸汽發(fā)生池11的外熱源溫度不需要很高，高于發(fā)生器的蒸發(fā)溫度5℃即可，可以利用太陽能、地熱能、電廠廢水余熱等低品位能源。
其中，系統(tǒng)利用毛細力驅(qū)動海水進入蒸發(fā)室補充蒸發(fā)海水，與常規(guī)海水淡化相比，多孔介質(zhì)是由親水粉末形成的自然堆積體。蒸發(fā)器采用親水非燒結(jié)介質(zhì)形成的自然堆積體，完美解決了常規(guī)毛細法的清洗問題。盡管常規(guī)毛細法有采用反清洗的方法，但只能對表面結(jié)垢起到緩解作用，對于內(nèi)部結(jié)晶結(jié)垢則沒有作用；而本發(fā)明中的多孔介質(zhì)是自然堆積，采用水流固相打散的方法，不僅可以解決毛細芯表面的結(jié)晶問題，固體內(nèi)部的結(jié)晶問題也可以很好地解決，并且清洗簡單，易操作，是常規(guī)毛細法海水淡化所不能實現(xiàn)的。
其中，親水粉末是一種親水耐腐蝕非燒結(jié)多孔材料，可采用沙粒、吸水高分子粉末等，粒徑微米量級，可以提供較大毛細驅(qū)動力。
其中，補償室與親水多孔自然堆積體融合的方式解決了海水中不凝氣析出導致多孔介質(zhì)無法吸液的問題。
其中，二次蒸汽管道直接埋在自然堆積體表層，加強換熱，與海水換熱產(chǎn)生一次蒸汽的同時，自身冷凝為淡水，不需要冷凝器。
工業(yè)余熱用來實現(xiàn)對蒸汽發(fā)生池中溶液進行升溫，使吸收池中的水蒸發(fā)出來，考慮換熱溫差，工業(yè)余熱溫度應(yīng)至少比一次蒸汽溫度要高5℃。
親水粉末堆積層是一種親水性的耐海水腐蝕粉末，為保證海水從堆積層底層能被抽吸至表層換熱管外，其粉末粒徑應(yīng)該為微米級別，優(yōu)選的粉末粒徑小于50微米。
親水粉末是一種導熱系數(shù)非常差的材料，使得熱量可以盡可能用于加熱換熱管外壁的海水，實現(xiàn)對海水的局部加熱。而不會導熱給底層海水被以鹽水排放形式帶走，盡可能多的產(chǎn)生淡水，為此其材質(zhì)優(yōu)選地可以是沙粒、吸水塑料粉末等。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵點：
1)將吸收式制冷與海水淡化結(jié)合，蒸汽吸收池與蒸汽發(fā)生池間利用溶液自然液柱實現(xiàn)重力升壓，不需要升壓泵；
2)蒸發(fā)室利用耐腐蝕親水粉末堆積體形成的多孔介質(zhì)提供毛細動力補充海水，完美解決了常規(guī)毛細法的清洗問題，由于是自然堆積，采用一定壓力水流沖擊細沙打散的方法，不僅可以解決毛細芯表面的結(jié)晶問題，固體內(nèi)部的結(jié)晶問題也可以很好地解決。
3)親水粉末可采用沙粒、吸水塑料粉末等，又不僅限于此，其核心是親水非燒結(jié)介質(zhì)；成本低，利于市場推廣。