热泵式常压压气蒸馏海水淡化水盐联产装置制造方法
【专利摘要】热泵式常压压气蒸馏海水淡化水盐联产装置，是海水淡化和制盐的联产装置；综合采用了热泵压缩水蒸汽制冷-供热，热泵补气、补水压缩水蒸汽，复合材料防腐防垢，凉水式蒸发冷凝，常压压气蒸馏，盐液析出物分离和处理等技术，改进了海水蒸馏浓缩过程；在减少热损失，改善换热条件，降低蒸馏成本，防止结垢，及时分离析出物，增设盐化工设备等诸方面；兼顾了海水淡化和工厂化海水制盐的技术特点，只需电力和海水就能够进行水盐联产，为工厂化水盐联产、发展海洋化工创造了条件；如顺利实施，淡化水将成为海洋化工业的副产品，淡化水资源化的目标将为期不远；该装置不仅能够实现水盐联产的海水淡化，还能够处理在该装置中进行蒸发浓缩的其他液体。
【专利说明】热泵式常压压气蒸馏海水淡化水盐联产装置
[0001]【技术领域】本发明涉及热泵制冷-供热，复合材料防腐、防垢，凉水式蒸发冷凝，压气蒸馏海水淡化和海水制盐技术。
[0002]【背景技术】已知海水淡化的成熟技术有:反渗透、多级闪蒸、低温多效、压气蒸馏等方法，这些方法都是从经过处理的海水中，部分地获取淡化水，而将剩余部分的浓缩海水排回大海，在海水淡化的过程中，没有实现海水中盐的同步直接提取。本案拟在大规模海水淡化的同时制取盐，现有的压气蒸馏技术，虽然造水成本低于反渗透法，但是在热效率、防结垢和盐析出物的处理方面，尚不能满足需要；现有的其它蒸馏法和反渗透法，对结垢问题讳莫如深，不适用于在制取淡化水的同时制取盐。
[0003]
【发明内容】
本发明的目的是综合热泵制冷-供热，复合材料防腐、防垢，凉水式蒸发冷凝，压气蒸馏和海水制盐技术；改进海水蒸馏浓缩过程；提供一种输入电力和海水，就能够在生产淡化水的同时生产盐的海水淡化技术。
[0004]为了突破传统蒸馏技术在水盐联产上，所面临的蒸馏规模受热源限制，热效率低，容易结垢，热损失大，运行成本高，无法分离、处理析出物等瓶颈问题；本案采取如下改进措施:采用热泵制冷-供热技术，对进入真空蒸发结晶器的盐液进行蒸发制冷，为接近饱和程度的盐液，通过降温的方式，提供过饱和、结晶条件，促进盐的结晶析出和分离；再将温度低于室温的低温清液用来冷却凝结水，使晶浆、凝结水及不凝结气体室温排放，避免物料排出装置的热损失；选择容积式调速控制的水蒸汽压缩机为一次热泵，补气压缩蒸发的水蒸气，按需求过热度生成负压过热水蒸汽，加热冷却清液，生成高温补充盐液；冷却清液成为高温补充盐液所吸收的热量，大部分来自于水蒸汽被压缩时产生的过热，高温补充盐液作为常压压气蒸馏模块逐一启动和补热的热源使用；当通过常压压气蒸馏供热模块二次热泵，产生超出模块需求热量的蒸汽，对其它设备进行供热，再将能够维持模块运行的蒸汽尾气，送回供热模块的方式，更加经济地获取热泵压缩水蒸气所副产的热量时，能够使装置不再依靠外界补热，而维持自身 启动和正常运行；利用需求数量的常压压气蒸馏模块，进行高造水比的常压压气蒸馏，低成本放大蒸馏规模；为使装置免受腐蚀、污塞、结垢现象的困扰，按产盐的模式考虑换热设备和盐液输送管道的设计，避免盐液在集液器、分离室、结晶室以外区域的滞留，减小析出物沉淀、附着形成结垢的风险；装置中凡与盐液直接接触的表面，均采用耐腐蚀、耐磨、不粘性材料；为了降低蒸汽输送阻力，增强盐液换热表面的自洁能力，将传统内汽外液的浸没式汽-液换热，改为外汽内液凉水式汽-液换热，并对换热管外表面进行大螺旋角翅化，降低盐液保有量，降低启动热负荷，降低水蒸汽逸出阻力，降低蒸汽凝结水膜厚度，改善换热条件；循环补充盐液以略高于常压压气蒸馏模块蒸发温度的温度雾化喷淋，避免蒸发水蒸汽在与循环补充盐液，传质传热过程中的冷凝损失；换热管上口，加设盐液分配帽，防止干壁、液泛现象发生；二次热泵补水压缩，在消除蒸汽过热度的同时，提高二次热泵的效能；设置盐液析出物的分离设施，及时处理析出物；装置以模块化和分级的形式进行设计和制造，按照盐类大量析出阶段，需求的盐液浓度和盐液浓缩蒸发量，匹配装置在不同品种盐类析出阶段的规模；经预处理的原料海水在浓缩到一定浓度后，采取浓度控制、温度控制和结晶控制的方法，使盐按大量析出顺序分别在不同的结晶室中析出，从而得到不同品种的盐；将混合盐进行再结晶、化学、电化学的处理，能够得到纯净的盐；将在固-液分离过程得到的卤液和洗盐水，输送到下一级装置中作为补充盐液；配置提溴和盐的精制设备，使装置在制取淡化水的同时，生产具有较高经济价值的盐和盐化工产品，为水盐联产创造条件；该装置由真空蒸发结晶器、冷却清液泵、一次热泵、清液加热器、干式真空泵、盐液混合器、补充盐液泵、循环补充盐液加热器、常压压气蒸馏供热模块、常压压气蒸馏模块I?η、补水泵、重液冷却分离器、固-液分离机、高温凝结水冷却器、低温凝结水冷却器、盐化工设备、检控仪器和附属管线所组成。装置能够使盐液在真空蒸发结晶器的闪蒸室中蒸发并降低温度，进入真空蒸发结晶器的结晶室释放饱和度、结晶和澄清，产生的低温清液经冷却清液泵，输送到低温凝结水冷却器作为冷源；吸收凝结水和不凝气的热量后，回到真空蒸发结晶器重复蒸发、浓缩、释放饱和度、结晶和澄清的过程；真空蒸发结晶器闪蒸室产生的水蒸气，由一次热泵压缩成为负压过热水蒸气，作为热源在清液加热器中加热冷却清液，为常压压气蒸馏模块的启动、补热提供热量；负压过热水蒸气在被冷却清液和室温凝结水冷却的过程中，释放显热和潜热后冷凝为水；低温清液在盐液加热器中加热成为高温补充盐液，经补充盐液泵与来自重液冷却分离器的冷却清液、高温凝结水冷却器的补充盐液和凉水式蒸发冷却器的轻液相混合，成为温度适合常压压气蒸馏模块的循环补充盐液；当循环补充盐液的温度不能满足常压压气蒸馏模块蒸发温度需要时，通过常压压气蒸馏供热模块供热，提高循环补充盐液的温度。循环补充盐液进入到常压压气蒸馏模块的凉水式蒸发冷凝器的雾化器中雾化、蒸发，产生的水蒸气，由常压压气蒸馏模块中的二次热泵，压缩成为过热水蒸气；来到常压压气蒸馏模块凉水式蒸发冷凝器换热管的外侧，在加热与蒸发水蒸汽直接传质传热的盐液膜的同时，高温过热水蒸气自身也得到冷却，并产生高温凝结水；排出凉水式蒸发冷却器的凝结水和不凝结气体，进入到高温凝结水冷却器中，被室温的补充盐液冷却。在凉水式蒸发冷凝器的蒸发室和蒸发冷凝段中，蒸发、浓缩后的循环补充盐液，汇集到凉水式蒸发冷凝器的集液器；在集液器中进行分离，其中的轻液，由补充盐液泵加压，重复雾化、蒸发的浓缩过程；集液器中高浓度的重液，经重液冷却分离器冷却、分离其中的固化物后，混合到在低温凝结水冷却器吸热后的冷却清液中，进入真空蒸发结晶器的闪蒸室，继续蒸发、降温、浓缩的过程。为了实现凝结水的室温回收，高温凝结水冷却器和清液加热器排出的凝结水和不凝结气体，需要在低温凝结水冷却器中，被来自于真空蒸发结晶器结晶室的低温清液进一步冷却。真空蒸发结晶器中的清液，重复着蒸发-降温-吸热-再蒸发的过程，一方面为一次热泵源源不断地提供制热的水蒸汽，另一方面盐液自身亦被逐步地浓缩；当这种 浓缩和降温，使盐液中某种盐达到过饱和的程度，结晶室中就会有盐的结晶析出；对结晶和卤液，通过相关盐化工设备和分级装置进行分别的处理，从而实现在生产淡化水的同时生产盐。
[0005]—所述真空蒸发结晶器:由真空闪蒸室和结晶室两部分组成；来自于低温凝结水冷却器的冷却清液，通过管道和雾化喷嘴进入真空闪蒸室蒸发，产生的水蒸气经挡液和除沫后，被一次热泵吸出；浓缩、降温后的盐液滴汇集后，经中央降液管输送到结晶室的底部，消除过饱和度、结晶和澄清，清液在结晶室液面溢流入冷却清液管道，在冷却清液泵的驱动下，到低温凝结水冷却器进行吸热，回到真空闪蒸室以蒸发水分的方式重新降低温度，为一次热泵不断地提供蒸发水蒸气，自身得到循环式的浓缩；当盐液达到过饱和的程度，结晶室就会不断有盐的结晶析出；结晶室底部的晶浆，通过晶浆泵排入固-液分离机，固体盐作为产品时，进行洗涤、干燥、包装处理；固体盐作为副产品和重结晶、化学、电化学处理工序的原料时，按制盐工艺要求处理；固-液分离机分离出的卤液和洗盐后的洗盐水，按盐析出顺序作为下一级装置的补充盐水。
[0006]—所述清液加热器:是实现一次热泵排出的负压过热水蒸气放热凝结，加热清液的沉浸盘管式换热设备；与之连接的干式真空泵，提供所需真空度的保障；在清液加热器中，盐液自下而上，与耐腐蚀、耐磨、不粘性材料换热盘管内的，自上而下的负压过热水蒸气进行换热，高温盐液通过溢流口进入补充盐液管道，经补充盐液泵与来自重液冷却器的冷却清液、高温凝结水冷却器的补充盐液和凉水式蒸发冷却器的轻液相混合，成为温度适合常压压气蒸馏模块的循环补充盐液；在清液加热器换热盘管的中部，设置抽气孔，将经过了冷却、过热度明显降低了的部分负压水蒸气，抽至一次热泵作为补气，用以控制一次热泵排气的过热度；负压过热水蒸气的尾气，需要通过在尾气排气管中，采用室温的凝结水直接喷淋的方式进行再次冷凝，以控制负压过热水蒸气的冷凝压力；通过清液加热器控制一次热泵排气的过热度和冷凝温度，使一次热泵能够在较高的能效比工况下工作；负压过热水蒸气的凝结水，由凝结水泵抽吸、混合干式真空泵排入的不凝结气体后，输入到低温凝结水冷却器，进行进一步降温。
[0007]—所述常压压气蒸馏模块:是在补充盐液泵提供循环补充盐液、模块的二次热泵提供负压环境和蒸发汽压缩升温的条件下，使盐液与水蒸汽在凉水式蒸发冷凝器中进行汽-液循环蒸馏，产生凝结水和浓缩盐液的设备，由二次热泵和凉水式蒸发冷却器所组成；其中二次热泵压缩提升水蒸气显热的能力，大于模块本身需要，能够为其它设备提供副产水蒸气的模块，称为常压压气蒸馏供热模块；模块数量按需求配置，是装置中产生凝结水、浓缩盐液的主体部分；凉水式蒸发冷凝器由蒸发室、蒸发冷凝段和集液器组成，操作压力略高于大气压力，蒸汽凝结压力易于维持，能够采用拼装结构制造；上部的蒸发室设雾化器、挡液板和除沫器；为祛除传统压气蒸馏模式存在的蒸发热损失大，容易结垢，盐液保有量大，启动能耗大的弊端；中部的蒸发冷凝段采用盐液膜附壁流淌蒸发的方式，改善水蒸汽的逃逸条件，防止结垢，增强换热面的自洁能力，减少盐液保有量，减小模块启动的热负荷；蒸发冷凝段由模块化的管板组件拼合而成，易于大型化；壳程加设水蒸汽入口、折流挡板和凝结水不凝气出口，构成水 蒸汽通道；为了使壳程底部的不凝气能够均匀排出，在壳程底部均布不凝气收集管，与不凝气出口相连接；竖直的并列管程为盐液通道，换热管内表面采用耐腐蚀、耐磨、不粘性材料，换热管外表面进行大螺旋角翅化，换热管上口加设盐液分配帽，防止干壁、液泛现象发生；在盐液通道中，盐液从上至下以盐液膜的形式附壁流淌，接受隔壁的水蒸汽及其凝结水膜的加热，盐液膜中的水分受热蒸发，逃逸出盐液膜形成水蒸汽，汇集于换热管中心的空腔，在模块二次热泵的抽吸下，自下而上与盐液膜逆向流动，并传质传热，最终在蒸发室与循环补充盐液滴直接传质传热，成为温度更高的水蒸汽；水蒸汽由二次热泵吸入、补水压缩，成为高温过热水蒸汽，进入壳程的水蒸汽通道，进行冷却、凝结过程，凝结水进入高温凝结水冷却器冷却；从蒸发室雾化喷淋、经换热管内壁流淌下的盐液，因失去水分而逐步浓缩，汇集到位于凉水式蒸发冷凝器下部的集液器液面；集液器为上大下小的倒锥形，使汇集的浓缩盐液经中央降液管输送到集液器的底部，按质量轻重进行上下分布，上层质量较轻的轻液，由补充盐液泵抽吸，重新进入凉水式蒸发冷凝器的蒸发室进行浓缩过程；底层质量较重的重液，经管道排入重液冷却分离器冷却、分离析出物后，清液补充到冷却清液中，在真空蒸发结晶器的蒸发室中继续蒸发、浓缩。
[0008]——所述重液冷却分离器:是将高温重液冷却到接近室温的沉浸式换热分离设备，蛇形管换热器采用耐腐蚀、耐磨、不粘性材料制造；由于高温重液冷却过程温差较大，很容易使其中的盐达到超饱和状态而析出；因此，重液冷却分离器由冷却室和分离室两部分组成；高温重液与蛇形管内流通的冷却清液在冷却室换热，吸热后的冷却清液，进入补充盐液泵；冷却后的重液经中央降液管输送到分离室的底部，消除过饱和度、结晶和澄清，清液在分离室液面溢流入收集管道，去与流向真空蒸发结晶器的冷却清液混合；分离室底部的晶浆，进入固-液分离机分离，固体盐作为产品时，进行洗涤、干燥、包装处理；固体盐作为副产品和重结晶、化学、电化学处理工序的原料时，按制盐工艺要求处理；固-液分离机分离出的卤液回到冷却室与冷却后的重液混合；当控制重液冷却过程能够使不同种类的盐分别析出时，按冷却温差要求，分级设置重液冷却分离器，使不同品种的盐，分别在不同的分离室结晶、分离。
[0009]—所述高温凝结水冷却器:是将常压压气蒸馏模块中，凉水式蒸发冷凝器排出的凝结水和不凝结气体，由高温凝结水泵输入，进行初步冷却的板式换热设备；冷却工质为补充盐液，与盐液接触的表面为耐腐蚀、耐磨、不粘性材料；高温凝结水泵选用螺杆泵，同时肩负着为常压压气蒸馏模块维持冷凝压力，排出不凝结气体的功能；在高温凝结水进入高温凝结水泵之前，设置补水泵，抽取部分高温凝结水，作为模块二次热泵的补水；在高温凝结水冷却器冷却后的凝结水，送往低温凝结水冷却器。
[0010]—所述低温凝结水冷却器:是将清液加热器、高温凝结水冷却器排出的凝结水，由低温清液冷却到室温的板式换热设备；因冷却工质是冷却清液，所以与盐液接触的表面为耐腐蚀、耐磨、不粘性材料；不凝气随凝结水同时冷却，达到室温的凝结水，经与低温凝结水冷却器连接的盐度控制器检验，合格时排入淡化水箱作为产品水，不合格时盐度控制器报警，并将其导入工艺水箱；低温清液吸热后返回到真空蒸发结晶器的真空闪蒸室蒸发、降温。
[0011]—所述装置中的真空蒸发结晶器、冷却清液泵、一次热泵、清液加热器、干式真空泵、盐液混合器、补充盐液泵、 循环补充盐液加热器、常压压气蒸馏供热模块、补水泵、重液冷却分离器、固-液分离机、高温凝结水冷却器、低温凝结水冷却器，是常压压气蒸馏模块运行的保障性设备；每级中的常压压气蒸馏供热模块和常压压气蒸馏模块的数量按需求配置，是生产淡化水、进行盐液浓缩的主体设备；当盐化工设备需要供热时，调整就近常压压气蒸馏模块二次热泵的排气压力，产生超出模块需求过热度的蒸汽，通过汽-液换热的方式使盐化工设备获得热量，而将能够维持模块运行的蒸汽尾气，送回模块；当盐化工设备需要直接供应水蒸气时，分流超出模块需求过热度的蒸汽，将能够维持模块运行的蒸汽送回模块，而取得需要的水蒸汽部分；装置不仅能够实现水盐联产的海水淡化，还能够处理在该装置中进行蒸发浓缩的其他液体。
[0012]——权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置按海水中盐类的析出顺序，设置分级装置；如氢氧化铁级、碳酸钙级、硫酸钠级、氯化钠级；合并设置分级时，将产出阶段性的混合盐；溴、硫酸镁、氯化镁、氯化钾的产出，和混合盐的化学、电化学处理，应考虑由盐化工设备完成为主；装置内应设置快速泄液和喷淋清洗系统，以备装置需要较长时间停产检修和变换浓缩盐液时，能够及时将装置内的盐液、析出物和结垢清除；级间应配置相关盐液和清洗液的蓄液池，凝结水箱、工艺水系统能够实行级间共享。
[0013]【具体实施方式】组成装置的真空蒸发结晶器、冷却清液泵、一次热泵、清液加热器、干式真空泵、盐液混合器、补充盐液泵、循环补充盐液加热器、常压压气蒸馏供热模块、常压压气蒸馏模块I?η、补水泵、重液冷却分离器、固-液分离机、高温凝结水冷却器、低温凝结水冷却器、盐化工设备、检控仪器和附属管线，在工艺设计，材料选择，设备的设计、选型和制造方面，需要兼顾淡化水和盐的生产技术特点。
[0014]装置原料海水的预处理，能够比蒸馏法的海水预处理方法再简化一些，尤其要省却为了防垢而投加的有机、无机的化学药品；因为防垢问题几乎伴随海水淡化、浓缩制盐的全过程，装置本身的防除垢性能，才是水盐联产的关键；装置按产盐的模式考虑换热设备和盐液输送管道的设计，避免析出物在集液器、分离器、结晶室以外任何部位的滞留，使析出物难以在耐腐蚀、耐磨、不粘性材料表面上附着；定期进行变温运行，使结垢自行脱落，在集液器、分离器的下部，结晶室的上部，设置过滤器，以便于及时分离和清理脱落的结垢物?’考虑到结垢是制盐生产中常见的现象，装置中换热设备的除垢操作应简便，换热面积应留有一定的冗余，除垢操作会造成装置停产的个别设备，应考虑热备份。
[0015]在装置分级规模确定的情况下，通过控制各级补充盐液的输入流量，就能够控制级内的物料平衡；通过调整热泵的压缩比、清液加热器凝结水的出口温度、重液冷却分离器清液的出口温度、以及与之相关的冷却清液、室温凝结水的循环流量，就能够控制级内的热平衡；这些调整和控制往往是关联性的，需要通过检控仪器、电机调速和系统联动控制程序实现自动化。原料海水、卤液、洗盐水、工艺水能够作为装置的补充盐液，产溴、产盐的尾液和混合盐能够作为补充盐液的添加剂，添加的阶段、方式和添加量，由制盐工艺要求决定。
[0016]装置中常压压气蒸馏模块的运行温度，高于传统的压气蒸馏海水淡化系统的运行温度，需要采用隔热性能更好的保温材料，对相关设备和管道进行保温，防止散热损失对装置的运行效率产生不利影响。冷却清液的温度低于室温，能够作为设备冷却系统的间接冷却液使用。
[0017]本案改进了海水蒸馏浓缩过程，在减少热损失，改善换热条件，降低蒸馏成本，防止结垢，及时分离析出物，增设盐化工设备等诸方面；为水盐联产创造了条件；采用了热泵压缩水蒸汽制冷供-热技术、热泵补气、补水压缩水蒸汽技术，复合材料防腐、防垢技术和凉水式蒸发冷凝技术，这些技术均为目前先进的节能环保技术；尽管这些技术在水盐联产方面的实际综合效果尚有待于实施验证，相关的科研成果和实施案例，已经说明了这些技术措施的明显节能减排效果和技术经济方面的可行性。热泵式常压压气蒸馏海水淡化水盐联产装置，兼顾了海水淡化和工厂化海水制盐的双重技术特点，只需电力和海水就能够进行水盐联产，如果得以顺利实施，淡化水将成为海洋化工业的副产品，淡化水资源化的目标将为期不远。
【权利要求】
1.一种海水淡化水盐联产装置，其特征是采用热泵制冷-供热技术，对进入真空蒸发结晶器的盐液进行蒸发制冷，为接近饱和程度的盐液，通过降温的方式，提供过饱和、结晶条件，促进盐的结晶析出和分离；再将温度低于室温的低温清液用来冷却凝结水，使晶浆、凝结水及不凝结气体室温排放，避免物料排出装置的热损失；选择容积式调速控制的水蒸汽压缩机为一次热泵，补气压缩蒸发的水蒸气，按需求过热度生成负压过热水蒸汽，加热冷却清液，生成高温补充盐液；冷却清液成为高温补充盐液所吸收的热量，大部分来自于水蒸汽被压缩时产生的过热，高温补充盐液作为常压压气蒸馏模块逐一启动和补热的热源使用；当通过常压压气蒸馏供热模块二次热泵，产生超出模块需求热量的蒸汽，对其它设备进行供热，再将能够维持模块运行的蒸汽尾气，送回供热模块的方式，更加经济地获取热泵压缩水蒸气所副产的热量时，能够使装置不再依靠外界补热，而维持自身启动和正常运行；利用需求数量的常压压气蒸馏模块，进行高造水比的常压压气蒸馏，低成本放大蒸馏规模；为使装置免受腐蚀、污塞、结垢现象的困扰，按产盐的模式考虑换热设备和盐液输送管道的设计，避免盐液在集液器、分离室、结晶室以外区域的滞留，减小析出物沉淀、附着形成结垢的风险；装置中凡与盐液直接接触的表面，均采用耐腐蚀、耐磨、不粘性材料；为了降低蒸汽输送阻力，增强盐液换热表面的自洁能力，将传统内汽外液的浸没式汽-液换热，改为外汽内液凉水式汽-液换热，并对换热管外表面进行大螺旋角翅化，降低盐液保有量，降低启动热负荷，降低水蒸汽逸出阻力，降低蒸汽凝结水膜厚度，改善换热条件；循环补充盐液以略高于常压压气蒸馏模块蒸发温度的温度雾化喷淋，避免蒸发水蒸汽在与循环补充盐液，传质传热过程中的冷凝损失；换热管上口，加设盐液分配帽，防止干壁、液泛现象发生；二次热泵补水压缩，在消除蒸汽过热度的同时，提高二次热泵的效能；设置盐液析出物的分离设施，及时处理析出物；装置以模块化和分级的形式进行设计和制造，按照盐类大量析出阶段，需求的盐液浓度和盐液浓缩蒸发量，匹配装置在不同品种盐类析出阶段的规模；经预处理的原料海水在浓缩到一定浓度后，采取浓度控制、温度控制和结晶控制的方法，使盐按大量析出顺序分别在不同的结晶室中析出，从而得到不同品种的盐；将混合盐进行再结晶、化学、电化学的处理，能够得到纯净的盐；将在固-液分离过程得到的卤液和洗盐水，输送到下一级装置中作为补充盐液；配置提溴和盐的精制设备，使装置在制取淡化水的同时，生产具有较高经济价值的盐和盐化工产品，为水盐联产创造条件；该装置由真空蒸发结晶器、冷却清液泵、一次热泵、清液加热器、干式真空泵、盐液混合器、补充盐液泵、循环补充盐液加热器、常压压气蒸馏供热模 块、常压压气蒸馏模块I?η、补水泵、重液冷却分离器、固-液分离机、高温凝结水冷却器、低温凝结水冷却器、盐化工设备、检控仪器和附属管线所组成。
2.权利要求1所述的装置，其特征在于所述真空蒸发结晶器:由真空闪蒸室和结晶室两部分组成；来自于低温凝结水冷却器的冷却清液，通过管道和雾化喷嘴进入真空闪蒸室蒸发，产生的水蒸气经挡液和除沫后，被一次热泵吸出；浓缩、降温后的盐液滴汇集后，经中央降液管输送到结晶室的底部，消除过饱和度、结晶和澄清，清液在结晶室液面溢流入冷却清液管道，在冷却清液泵的驱动下，到低温凝结水冷却器进行吸热，回到真空闪蒸室以蒸发水分的方式重新降低温度，为一次热泵不断地提供蒸发水蒸气，自身得到循环式的浓缩；当盐液达到过饱和的程度，结晶室就会不断有盐的结晶析出；结晶室底部的晶浆，通过晶浆泵排入固-液分离机，固体盐作为产品时，进行洗涤、干燥、包装处理；固体盐作为副产品和重结晶、化学、电化学处理工序的原料时，按制盐工艺要求处理；固-液分离机分离出的卤液和洗盐后的洗盐水，按盐析出顺序作为下一级装置的补充盐水。
3.权利要求1所述的装置，其特征在于所述清液加热器:是实现一次热泵排出的负压过热水蒸气放热凝结，加热清液的沉浸盘管式换热设备；与之连接的干式真空泵，提供所需真空度的保障；在清液加热器中，盐液自下而上，与耐腐蚀、耐磨、不粘性材料换热盘管内的，自上而下的负压过热水蒸气进行换热，高温盐液通过溢流口进入补充盐液管道，经补充盐液泵与来自重液冷却器的冷却清液、高温凝结水冷却器的补充盐液和凉水式蒸发冷却器的轻液相混合，成为温度适合常压压气蒸馏模块的循环补充盐液；在清液加热器换热盘管的中部，设置抽气孔，将经过了冷却、过热度明显降低了的部分负压水蒸气，抽至一次热泵作为补气，用以控制一次热泵排气的过热度；负压过热水蒸气的尾气，需要通过在尾气排气管中，采用室温的凝结水直接喷淋的方式进行再次冷凝，以控制负压过热水蒸气的冷凝压力；通过清液加热器控制一次热泵排气的过热度和冷凝温度，使一次热泵能够在较高的能效比工况下工作；负压过热水蒸气的凝结水，由凝结水泵抽吸、混合干式真空泵排入的不凝结气体后，输入到低温凝结水冷却器，进行进一步降温。
4.权利要求1所述的装置，其特征在于所述常压压气蒸馏模块:是在补充盐液泵提供循环补充盐液、模块的二次热泵提供负压环境和蒸发汽压缩升温的条件下，使盐液与水蒸汽在凉水式蒸发冷凝器中进行汽-液循环蒸馏，产生凝结水和浓缩盐液的设备，由二次热泵和凉水式蒸发冷却器所组成；其中二次热泵压缩提升水蒸气显热的能力，大于模块本身需要，能够为其它设备提供副产水蒸气的模块，称为常压压气蒸馏供热模块；模块数量按需求配置，是装置中产生凝结水、浓缩盐液的主体部分；凉水式蒸发冷凝器由蒸发室、蒸发冷凝段和集液器组成，操作压力略高于大气压力，蒸汽凝结压力易于维持，能够采用拼装结构制造；上部的蒸发室设雾化器、挡液板和除沫器；为祛除传统压气蒸馏模式存在的蒸发热损失大，容易结垢，盐液保有量大，启动能耗大的弊端；中部的蒸发冷凝段采用盐液膜附壁流淌蒸发的方式，改善水蒸汽的逃逸条件，防止结垢，增强换热面的自洁能力，减少盐液保有量，减小模块启动的热负荷；蒸发冷凝段由模块化的管板组件拼合而成，易于大型化；壳程加设水蒸汽入口、折流挡板和凝结水不凝气出口，构成水蒸汽通道；为了使壳程底部的不凝气能够均匀排出，在壳程底部均布不凝气收集管，与不凝气出口相连接；竖直的并列管程为盐液通道，换热管内 表面采用耐腐蚀、耐磨、不粘性材料，换热管外表面进行大螺旋角翅化，换热管上口加设盐液分配帽，防止干壁、液泛现象发生；在盐液通道中，盐液从上至下以盐液膜的形式附壁流淌，接受隔壁的水蒸汽及其凝结水膜的加热，盐液膜中的水分受热蒸发，逃逸出盐液膜形成水蒸汽，汇集于换热管中心的空腔，在模块二次热泵的抽吸下，自下而上与盐液膜逆向流动，并传质传热，最终在蒸发室与循环补充盐液滴直接传质传热，成为温度更高的水蒸汽；水蒸汽由二次热泵吸入、补水压缩，成为高温过热水蒸汽，进入壳程的水蒸汽通道，进行冷却、凝结过程，凝结水进入高温凝结水冷却器冷却；从蒸发室雾化喷淋、经换热管内壁流淌下的盐液，因失去水分而逐步浓缩，汇集到位于凉水式蒸发冷凝器下部的集液器液面；集液器为上大下小的倒锥形，使汇集的浓缩盐液经中央降液管输送到集液器的底部，按质量轻重进行上下分布，上层质量较轻的轻液，由补充盐液泵抽吸，重新进入凉水式蒸发冷凝器的蒸发室进行浓缩过程；底层质量较重的重液，经管道排入重液冷却分离器冷却、分离析出物后，清液补充到冷却清液中，在真空蒸发结晶器的蒸发室中继续蒸发、浓缩。
5.权利要求1所述的装置，其特征在于所述重液冷却分离器:是将高温重液冷却到接近室温的沉浸式换热分离设备，蛇形管换热器采用耐腐蚀、耐磨、不粘性材料制造；由于高温重液冷却过程温差较大，很容易使其中的盐达到超饱和状态而析出；因此，重液冷却分离器由冷却室和分离室两部分组成；高温重液与蛇形管内流通的冷却清液在冷却室换热，吸热后的冷却清液，进入补充盐液泵；冷却后的重液经中央降液管输送到分离室的底部，消除过饱和度、结晶和澄清，清液在分离室液面溢流入收集管道，去与流向真空蒸发结晶器的冷却清液混合；分离室底部的晶浆，进入固-液分离机分离，固体盐作为产品时，进行洗涤、干燥、包装处理；固体盐作为副产品和重结晶、化学、电化学处理工序的原料时，按制盐工艺要求处理；固-液分离机分离出的卤液回到冷却室与冷却后的重液混合；当控制重液冷却过程能够使不同种类的盐分别析出时，按冷却温差要求，分级设置重液冷却分离器，使不同品种的盐，分别在不同的分离室结晶、分离。
6.权利要求1所述的装置，其特征在于所述高温凝结水冷却器:是将常压压气蒸馏模块中，凉水式蒸发冷凝器排出的凝结水和不凝结气体，由高温凝结水泵输入，进行初步冷却的板式换热设备；冷却工质为补充盐液，与盐液接触的表面为耐腐蚀、耐磨、不粘性材料；高温凝结水泵选用螺杆泵，同时肩负着为常压压气蒸馏模块维持冷凝压力，排出不凝结气体的功能；在高温凝结水进入高温凝结水泵之前，设置补水泵，抽取部分高温凝结水，作为模块二次热泵的补水；在高温凝结水冷却器冷却后的凝结水，送往低温凝结水冷却器。
7.权利要求1所述的装置，其特征在于所述低温凝结水冷却器:是将清液加热器、高温凝结水冷却器排出的凝结水，由低温清液冷却到室温的板式换热设备；因冷却工质是冷却清液，所以与盐液接触的表面为耐腐蚀、耐磨、不粘性材料；不凝气随凝结水同时冷却，达到室温的凝结水，经与低温凝结水冷却器连接的盐度控制器检验，合格时排入淡化水箱作为产品水，不合格时盐度控制器报警，并将其导入工艺水箱；低温清液吸热后返回到真空蒸发结晶器的真空闪蒸室蒸发、降温。
8.权利要求1所述的 装置，其特征在于所述装置中的真空蒸发结晶器、冷却清液泵、一次热泵、清液加热器、干式真空泵、盐液混合器、补充盐液泵、循环补充盐液加热器、常压压气蒸馏供热模块、补水泵、重液冷却分离器、固-液分离机、高温凝结水冷却器、低温凝结水冷却器，是常压压气蒸馏模块运行的保障性设备；每级中的常压压气蒸馏供热模块和常压压气蒸馏模块的数量按需求配置，是生产淡化水、进行盐液浓缩的主体设备；当盐化工设备需要供热时，调整就近常压压气蒸馏模块二次热泵的排气压力，产生超出模块需求过热度的蒸汽，通过汽-液换热的方式使盐化工设备获得热量，而将能够维持模块运行的蒸汽尾气，送回模块；当盐化工设备需要直接供应水蒸气时，分流超出模块需求过热度的蒸汽，将能够维持模块运行的蒸汽送回模块，而取得需要的水蒸汽部分；装置不仅能够实现水盐联产的海水淡化，还能够处理在该装置中进行蒸发浓缩的其他液体。
9.权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置按海水中盐类的析出顺序，设置分级装置；如氢氧化铁级、碳酸钙级、硫酸钠级、氯化钠级；合并设置分级时，将产出阶段性的混合盐；溴、硫酸镁、氯化镁、氯化钾的产出，和混合盐的化学、电化学处理，应考虑由盐化工设备完成为主；装置内应设置快速泄液和喷淋清洗系统，以备装置需要较长时间停产检修和变换浓缩盐液时，能够及时将装置内的盐液、析出物和结垢清除；级间应配置相关盐液和清洗液的蓄液池，凝结水箱、工艺水系统能够实行级间共享。
【文档编号】C02F1/04GK103435117SQ201310414804
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】韩建民 申请人:韩建民