[實用新型]一種連續生產雙級熱泵海水淡化系統

有效

• 申請號: 201220563976.6
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN202924776U
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 韓東;彭濤;劉晗月
• 申請（專利權）人: 南京紫晶藤節能科技有限公司
• 主分類號: C02F1/04
• 分類號: C02F1/04;C02F103/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本實用新型涉及一種連續生產雙級熱泵海水淡化系統，屬于能源與動力領域。

背景技術

開發利用海水資源，發展海水淡化技術，對于解決局部地區淡水緊張，促進全球經濟協調發展具有重要價值。海水淡化技術經過多年的發展，其技術已趨成熟。常見的海水淡化方法主要有：多級閃蒸法、低溫多效蒸餾法、反滲透法和冷凍法。以上各種海水淡化技術中，反滲透法和冷凍法得到的淡水品質較差，蒸餾法和閃蒸法得到的淡水品質雖較高，但能耗較高。

分析上述海水淡化技術特點可見，海水蒸發蒸汽進行冷凝是保持淡水品質的一個關鍵，而海水蒸發潛熱大且回收利用率低是導致其高能耗的重點。

熱泵循環的蒸發器和冷凝器存在大量熱負荷，常規熱泵循環的COP遠大于1，如果能夠利用熱泵循環的冷凝器用于加熱自然海水蒸發，并利用熱泵循環的蒸發器回收利用蒸汽冷凝的潛熱，則該技術不僅可以得到高品質的淡水，而且系統能耗不高。

已有研究者提出利用熱泵進行海水淡化的系統方案。即利用熱泵子系統的工質蒸發器和工質冷凝器，作為海水淡化子系統的初始海水蒸發器和淡水冷凝器，該系統僅需要消耗少量的壓縮功耗或者再生蒸汽，具有低能耗的優勢。然而由于常壓條件下，自然海水過冷度較大，將其預熱至沸點附近，需要消耗大量的熱能。如果采用熱泵循環，要求工質蒸發器的負荷遠小于冷凝器的負荷，而一般單級熱泵循環很難直接達到該匹配要求，存在冷凝器負荷過量的問題；盡管可以利用溫度較高的冷凝淡水和濃海水顯熱，對初始自然淡水進行預熱。但由于淡水、濃海水和初始自然海水的溫差小，單純采用單相回熱換熱器預熱，存在換熱系數不高，布置換熱面積龐大的問題，而且對自然海水的預熱效果不明顯，不能將其充分預熱至接近飽和。因此，考慮到對過冷自然海水充分預熱，熱泵循環與海水淡化系統的負荷很難滿足直接匹配要求，因此常規熱泵海水淡化系統多采用非連續生產的工作方式。

如果能夠改進熱泵循環方案，使其冷凝器和蒸發器負荷與海水淡化子系統要求匹配，則可以將非連續進出料方式發展為連續生產方式，該熱泵海水淡化系統不僅低能耗，而且換熱器主要為相變換熱器，因此還具有結構緊湊的特點。基于以上思路，本實用新型研究提出一種連續生產雙級熱泵海水淡化系統和方法，用于實現低能耗海水淡化。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提出一種連續生產雙級熱泵海水淡化系統和方法。

該系統海水淡化方法主要包括以下三過程。

一、抽真空過程：

關閉第二球形閥和第三球形閥，打開第一球形閥，利用真空泵對海水淡化系統抽真空至絕對壓力為7.4kPa，以保證海水蒸發溫度不低于40℃，在此工況下，系統技術經濟性能最佳。之后關閉第一球形閥；

二、海水淡化過程：

打開第三球形閥；在系統內外壓差作用下，過冷自然海水通過第三球形閥進入預熱器冷側，回收淡水和濃海水顯熱后溫度提高；再經過循環泵進入第三管殼換熱器冷側，吸收有機工質冷凝潛熱，被預熱至接近飽和；之后再進入冷凝器冷側發生蒸發，蒸發后的產物進入氣液分離器進行氣液分離；分離的液相濃海水經過預熱器第一熱側對自然海水預熱，再經過第一管殼換熱器熱側被工質冷卻，然后經過第二球形閥排入環境；分離的氣相水蒸氣通過蒸發器熱側被冷凝后變成飽和淡水，再經過預熱器第二熱側對自然海水預熱，最后經過第二管殼換熱器熱側被工質冷卻，進入淡水儲罐；

三、雙級熱泵蒸發冷凝過程：

有機工質經過壓縮機升壓升溫后，再經過油分離器分為兩路，一路進入冷凝器，對接近飽和的自然海水加熱促使其蒸發，自身被冷凝為液相；另一路進入第三殼管換熱器熱側對具有一定過冷度的自然海水進行預熱，自身被冷凝為液相；從冷凝器和第三殼管換熱器熱側出口的液相有機工質進入工質罐；工質罐出口有機工質分為兩路：一路經過第一節流閥降壓降溫后，并經過干燥器進入蒸發器冷側對水蒸汽進入冷凝，自身被加熱蒸發；

另一路經過第二節流閥降壓降溫后，然后通過第一殼管換熱器冷側、第二殼管換熱器冷側，回收淡水和濃海水的顯熱，有機工質被加熱蒸發。從第二殼管換熱器與蒸發器出口的氣態有機工質進入壓縮機，開始下一輪熱泵循環。

上述雙級熱泵系統的第二級蒸發器為第一殼管換熱器和第二殼管換熱器，第二級冷凝器為第三殼管換熱器，通過第二級熱泵循環，自然海水能夠充分回收淡水和濃海水的顯熱，同時滿足了海水蒸發負荷和淡水冷凝負荷的匹配要求，從而可實現連續生產淡水。