[發明專利]一種鼓泡加濕與熱泵循環耦合的海水淡化系統及工藝方法

有效

• 申請號: 201410788364.0
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104495966A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 張立琋;賀鋒;王超;諸威志;朱春偉;張鶴飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C02F1/10
• 分類號: C02F1/10;C02F103/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及一種鼓泡加濕與熱泵循環耦合的海水淡化系統及工藝方法，屬于海水淡化技術領域。

背景技術

加濕除濕海水淡化法，是眾多海水淡化方法中能源消耗量最少、應用最廣的方法之一，其熱利用效率高，加熱蒸發與放熱冷凝過程分開進行，有利于對各個過程進行改進和強化，也便于對水蒸汽的凝結潛熱進行回收和利用，適用于小型海水淡化裝置。目前，影響加濕除濕法應用的關鍵是高效加濕、高效冷凝潛熱回收及先進工藝過程的開發與應用。

傳統加濕過程多采用噴淋加濕，由于單級噴淋的加濕率不高，通常采用兩級或三級串聯噴淋加濕，三級噴淋加濕率為96％左右。為強化加濕過程，還開發了噴淋填料塔，使加濕率提高到98％-100％，但塔內安裝填料后，其結構較為復雜，填料層表面易結垢，海水和空氣均需要強制循環流動，流動阻力亦增大，導致循環能耗增大，產水成本增高。

除濕過程中，回收利用水蒸汽的冷凝潛熱，可提高熱能的循環利用率，降低產水能耗與成本。目前，水蒸汽冷凝潛熱回收利用的三種主要方式是預熱海水、儲存后再利用及直接蒸發海水。其中，預熱海水法簡單，易于實現，應用較為普遍，但因預熱后的海水只有約1/7-1/10用來補充消耗的海水，其余大部分海水因其熱品位低，無法再利用，而被排放掉，導致總熱量回收利用率低；潛熱儲存再利用法，對儲熱材料的快速吸熱、放熱要求高，目前在實現上仍有技術難度；直接蒸發海水法，即直接將水蒸汽的冷凝潛熱用于蒸發海水，熱回收利用率高，是水蒸汽冷凝潛熱回收利用的主要發展方向，但受工藝設計、設備性能等技術的限制，目前應用較少。

2008年，侯少波等人在《Desalination》雜志上發表的文章中，提出了一種由直接噴淋加濕與多級盆式除濕相結合的海水淡化工藝，盆式除濕器具有回收水蒸汽冷凝潛熱直接用于蒸發海水的作用，提高了淡水生產能力；2012年，印度人K.S.Reddy等人在《Desalination》雜志上發表的文章中，公開了一種能夠回收水蒸汽冷凝潛熱的低溫多級蒸發與多級冷凝相結合的太陽能海水淡化裝置，其采用多級傾斜板結構回收水蒸汽冷凝潛熱用于直接蒸發海水；2013年，鄭宏飛等人在《Desalination》雜志上發表的文章中，提出了三效管式加濕除濕海水淡化裝置,其采用三級不同管徑、不同圓心的套管式除濕器，用于回收水蒸汽冷凝潛熱蒸發海水。上述三種工藝方法，回收水蒸汽的冷凝潛熱均用于直接蒸發海水，因此熱利用率高，但由于其空氣流動方式均采用自然對流式，因此單位時間內產水量不大。

中國專利CN103449547A中公開了“一種太陽能海水淡化機”,采用串列式多級等溫加熱多效回熱加濕除濕法，改進了傳統噴淋加濕工藝，用水蒸汽冷凝潛熱預熱進料海水，提高了熱能利用率；發明專利CN103482714A中涉及了“一種射流-熱法海水淡化方法與裝置”，其能耗低，性能穩定，加濕效率有所提高。上述兩種方法與裝置的不足在于加濕工藝較復雜，設備級數多，不便操作和維護。發明專利CN102765768A中提出了“一種用熱泵提高海水淡化效率的裝置及方法”，它雖然在一定程度上提高了海水淡化效率，降低了產水成本，但其設備較復雜，工序繁瑣。

綜上所述，提高空氣加濕效率及水蒸汽冷凝潛熱的回收利用率，改進空氣流動方式，有益于降低加濕除濕海水淡化裝置的產水成本、提高產水率。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足，克服其設備較復雜，工序繁瑣的問題，本發明提出一種鼓泡加濕與熱泵循環耦合的海水淡化系統及工藝方法，采用高效鼓泡加濕與熱泵相耦合，輔之以空氣強制加濕除濕循環流動的海水淡化工藝，設備結構簡單，易于操作；熱利用率高，產水量大，產水成本低。