一种海水淡化系统的制作方法

本发明涉及海水淡化处理技术领域，尤其涉及一种海水淡化系统。

背景技术：

淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一。淡水资源短缺已经成为影响世界经济社会可持续发展的重要因素，引起了全社会的普遍关注。积极推进海水淡化技术，向大海要水已经成为当今世界各国的共识。

海水淡化，又称海水脱盐，是分离海水中盐和水的技术和过程。海水淡化已也成为解决当前沿海地区缺水问题最有效的措施之一。可以预见，随着经济持续发展和人们生活水平提高，淡水资源供需矛盾会愈加尖锐化，海水淡化作为解决淡水资源短缺的有效手段，将会变得越来越重要。

目前，广泛采用低温多效蒸馏技术进行海水淡化处理。低温多效蒸馏技术是利用废热或电厂、化工厂的低品质蒸汽，在串联的一系列的降膜蒸发器内，以较低的温度(低于70℃)将海水蒸馏，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于输入蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。在低温多效蒸馏技术中，每个蒸发器又称为“效”。该技术产品水水质高，淡化后的水质可以达到的含盐量小于10mg/l。

然而，在实际处理过程中发现，现有的低温多效蒸馏技术难以对海水进行进一步的浓缩和蒸馏，从而对海水淡化处理的效率不高，并且，由低温多效蒸馏海水淡化系统的真空装置排出的不凝气绝大部分是蒸汽，但是由于其温度和压力比较低而不能直接再利用，一般将其排掉，造成了资源和能源的浪费。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种海水淡化系统，用以解决当前海水淡化处理所采用的低温多效蒸馏技术存在浓缩倍率不高，并难以对处理过程中产生的乏汽进行再利用的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海水淡化系统，

包括蒸发子系统、膜蒸馏子系统和耦合子系统；

所述蒸发子系统用于对海水进行蒸发浓缩，蒸发子系统包括物料入口、物料出口、蒸汽入口和蒸汽出口，所述蒸汽入口连通第一管路的一端，所述蒸汽出口连通第二管路一端，所述物料出口连通第三管路的一端；

所述膜蒸馏子系统包括膜蒸馏浓缩单元和冷凝单元，所述膜蒸馏浓缩单元的物料入口连通所述第三管路的另一端；所述膜蒸馏浓缩单元的蒸汽出口连通冷凝单元与第四管路的一端，其中，所述冷凝单元对所述膜蒸馏浓缩单元输出的蒸汽进行冷凝，以输出淡水；

所述耦合子系统包括蒸汽引射泵组，所述蒸汽引射泵组安装在所述第一管路上，所述第二管路的另一端和/或所述第四管路的另一端连通所述蒸汽引射泵组。

优选的，本发明中所述耦合子系统还包括蒸汽压缩机组；所述蒸汽压缩机组安装在所述蒸汽引射泵组与所述蒸发子系统之间的所述第一管路上。

优选的，本发明中所述耦合子系统还包括稳压器；所述第二管路的另一端和/或所述第四管路的另一端连通所述稳压器，所述稳压器连通所述蒸汽引射泵组。

优选的，本发明中所述蒸发子系统包括多个依次串联的降膜蒸发器，其中，位于首效的降膜蒸发器的蒸汽入口连通所述第一管路的一端，每一效的降膜蒸发器的蒸汽出口通过第一蒸汽输送管连通下一效的降膜蒸发器的蒸汽入口，位于末效的降膜蒸发器的蒸汽出口和物料出口对应连通所述第二管路和所述第三管路的一端；

每一效的所述降膜蒸发器的冷凝水出口均通过相应的短接管连通第五管路，位于首效与末效之间每一效的所述降膜蒸发器均配置有相应的闪蒸器，每一效的所述闪蒸器安装在相应效的所述短接管与所述第五管路的对接处，每一效的所述闪蒸器的蒸汽出口通过第二蒸汽输送管连通相应效的所述降膜蒸发器的所述第一蒸汽输送管的中部。

优选的，本发明中，位于首效的所述降膜蒸发器的物料入口连通第六管路的一端，所述第六管路上装有第一冷凝器，所述第六管路连通所述第一冷凝器的其中一路换热通道，所述第一冷凝器的另一路换热通道连通所述第五管路的一端；位于末效的所述降膜蒸发器通过所述第一蒸汽输送管同时连通所述第一冷凝器的另一路换热通道。

优选的，本发明中，位于首效与末效之间每一效的所述降膜蒸发器均配置有相应的预热器，所述预热器安装在所述第六管路上，所述第六管路分别连通各个所述预热器的其中一个换热通道，每一效的所述降膜蒸发器通过所述第一蒸汽输送管连通下一效的所述降膜蒸发器所对应的所述预热器的另一个换热通道。

优选的，本发明中所述膜蒸馏浓缩单元包括多个依次串联的膜蒸馏组件，位于首效的所述膜蒸馏组件的物料入口连通所述第三管路的另一端，每一效的所述膜蒸馏组件的物料出口通过转接管连通下一效的所述膜蒸馏组件的物料入口；

位于首效的所述膜蒸馏组件的蒸汽出口连通所述第四管路的一端，其它效的所述膜蒸馏组件的蒸汽出口连通所述冷凝单元。

优选的，本发明中所述冷凝单元包括第二冷凝器、第三蒸汽输送管和第七管路；

与每一效的所述膜蒸馏组件的物料入口端相对应的所述第三管路或所述转接管上各自安装有一个所述第二冷凝器；

所述第三管路或所述转接管连通所述第二冷凝器的其中一个换热通道；

每一效的所述第二冷凝器的另一个换热通道的一端通过所述第三蒸汽输送管连通下一效的所述膜蒸馏组件的蒸汽出口，每一效的所述第二冷凝器的另一个换热通道的另一端连通所述第七管路。

优选的，本发明中所述冷凝单元还包括第八管路，所述第八管路的一端连通所述蒸汽压缩机组与所述蒸发子系统之间的所述第一管路，所述第八管路的另一端连通位于末效的所述第二冷凝器的另一个换热通道的一端，位于末效的所述第二冷凝器的另一个换热通道的另一端连通所述第七管路。

优选的，本发明中所述冷凝单元还包括第三冷凝器和第九管路，位于首效的所述膜蒸馏组件的蒸汽出口连通所述第九管路的一端，所述第九管路的另一端连通所述第七管路；所述第九管路上安装所述第三冷凝器。

(三)技术效果

本发明提供的海水淡化系统，在进行海水淡化处理时，首先，当通过第一管路向蒸发子系统通入高温高压的动力蒸汽，并向蒸发子系统的物料入口注入预处理的海水后，由蒸发子系统对海水进行第一次蒸发浓缩，然后，蒸发子系统处理后浓海水转移至膜蒸馏子系统中的膜蒸馏浓缩单元，由膜蒸馏浓缩单元对浓海水进行再一次的浓缩，经过浓缩后的海水排出，而膜蒸馏浓缩单元在浓缩过程中蒸发产生的蒸汽，通入至膜蒸馏子系统中的冷凝单元，经过冷凝单元的冷凝处理后得到凝结的淡水；与此同时，在整个处理过程中，由蒸发子系统输出的末效乏气和/或膜蒸馏子系统输出的一部分蒸汽返回输送至耦合子系统中的蒸汽引射泵组，并由蒸汽引射泵组将其与动力蒸汽一起再次输送至蒸发子系统，并参与下一个循环的海水淡化处理。

由上可知，本发明通过蒸发子系统和膜蒸馏子系统对海水的两次浓缩和蒸馏，大大提高了对海水处理的效率，并且通过回收利用蒸发子系统和膜蒸馏子系统排出的低温低压的蒸汽，为蒸发子系统和膜蒸馏子系统的处理过程提供能量，实现了对低品位能源的高效利用，减小了系统整体的能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所示的海水淡化系统的结构示意图。

图中：ⅰ-蒸发子系统，ⅱ-膜蒸馏子系统，ⅲ-耦合子系统，1-第一管路，2-第二管路，3-第三管路，4-第四管路，5-第五管路，6-第六管路，7-第七管路，8-第八管路，9-第九管路，10-蒸汽引射泵组，11-蒸汽压缩机组，12-稳压器，13-降膜蒸发器，14-第一蒸汽输送管，15-闪蒸器，16-第二蒸汽输送管，17-第一冷凝器，18-膜蒸馏组件，19-转接管，20-第二冷凝器，21-第三蒸汽输送管，22-第三冷凝器，23-预热器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，本实施例提供了一种海水淡化系统，

包括蒸发子系统ⅰ、膜蒸馏子系统ⅱ和耦合子系统ⅲ；

蒸发子系统ⅰ用于将通入的动力蒸汽与海水进行热交换，并对海水进行蒸发浓缩，蒸发子系统ⅰ包括物料入口、物料出口、蒸汽入口和蒸汽出口，所述蒸汽入口连通第一管路1的一端，所述蒸汽出口连通第二管路2一端，所述物料出口连通第三管路3的一端；

膜蒸馏子系统ⅱ包括膜蒸馏浓缩单元和冷凝单元，所述膜蒸馏浓缩单元的物料入口连通第三管路3的另一端；所述膜蒸馏浓缩单元的蒸汽出口连通冷凝单元与第四管路4的一端，其中，所述冷凝单元对所述膜蒸馏浓缩单元在对海水进行浓缩过程中输出的蒸汽进行冷凝，以输出淡水；

耦合子系统ⅲ包括蒸汽引射泵组10，蒸汽引射泵组10安装在第一管路1上，第二管路2的另一端和/或第四管路4的另一端连通蒸汽引射泵组10。

由图1所示的结构可知，本实施例在对海水进行淡化处理时，通过第一管路1向蒸发子系统ⅰ的蒸汽入口通入高温高压的动力蒸汽，并向蒸发子系统ⅰ的物料入口注入预处理的海水后，由蒸发子系统ⅰ对海水进行第一次蒸发浓缩，然后，蒸发子系统ⅰ处理后输出的浓海水，通过第三管路3转移至膜蒸馏子系统ⅱ中的膜蒸馏浓缩单元，由膜蒸馏浓缩单元对浓海水进行再一次的浓缩，经过浓缩后的海水排出，而膜蒸馏浓缩单元在浓缩过程中蒸发产生的蒸汽，通入至冷凝单元，经过冷凝单元的冷凝处理后得到凝结的淡水，所释放的冷凝热作为前一效膜蒸馏组件的预热热源；在整个处理过程中，由蒸发子系统ⅰ输出的末效乏气和/或膜蒸馏子系统ⅱ输出的一部分蒸汽返回输送至耦合子系统ⅲ中的蒸汽引射泵组10，并由蒸汽引射泵组10将其与动力蒸汽一起再次输送至蒸发子系统ⅰ，并参与下一个循环的海水淡化处理。

由上可知，本发明通过蒸发子系统ⅰ和膜蒸馏子系统ⅱ对海水的两次浓缩和蒸馏，大大提高了对海水处理的效率，并且通过耦合子系统ⅲ回收利用蒸发子系统ⅰ和膜蒸馏子系统ⅱ排出的低温低压的蒸汽，为蒸发子系统ⅰ和膜蒸馏子系统ⅱ的海水淡化处理过程提供能量，实现了对低品位能源的高效利用。

进一步的，本实施例所述的耦合子系统ⅲ还包括蒸汽压缩机组11；蒸汽压缩机组11安装在蒸汽引射泵组10与蒸发子系统ⅰ之间的第一管路1上。

具体地，蒸汽引射泵组10在工作时，抽吸来自第二管路2和/或第四管路4的蒸汽，将该部分蒸汽与动力蒸汽混合并泵送出去，达到初级增焓的目的，而混合蒸汽在第一管路1中的输送过程中，又由蒸汽压缩机组11进行再次压缩处理，即进行二次增焓，以向蒸发子系统ⅰ和膜蒸馏子系统ⅱ高温高压的蒸汽，从而实现了对低品位能源的高效利用。

进一步的，本实施例中耦合子系统ⅲ还包括稳压器12，其中，稳压器12可采用封闭的气室；第二管路2的另一端和第四管路4的另一端连通稳压器12，稳压器12通过管路连通蒸汽引射泵组10。

具体地，在工作中，稳压器12不仅可以对第二管路2和第四管路4输送的蒸汽进行中转存储，还尤其对第二管路2和第四管路4输送的蒸汽进行稳压处理，以便于蒸汽引射泵组10在工作中对稳压器12内存储的蒸汽进行抽吸。

进一步的，本实施例中蒸发子系统ⅰ包括多个依次串联的降膜蒸发器13，其中，位于首效的降膜蒸发器的蒸汽入口连通第一管路1的一端，每一效的降膜蒸发器的蒸汽出口通过第一蒸汽输送管14连通下一效的降膜蒸发器的蒸汽入口，位于末效的降膜蒸发器的蒸汽出口连通第二管路2的一端，位于末效的降膜蒸发器的物料出口连通第三管路3的一端。每一效的降膜蒸发器的冷凝水出口均通过相应的短接管连通第五管路5，位于首效与末效之间每一效的降膜蒸发器均配置有相应的闪蒸器15，每一效的闪蒸器安装在相应效的短接管与第五管路5的对接处，每一效的闪蒸器的蒸汽出口通过第二蒸汽输送管16连通相应效的降膜蒸发器的第一蒸汽输送管14的中部。

具体地，本实施例所述的蒸发子系统ⅰ在对海水进行处理时，预处理的海水进入首效的降膜蒸发器后，通过布膜器在该降膜蒸发器管道上均匀布膜，动力蒸汽经过蒸汽引射泵组10与蒸汽压缩机组11后，进入首效的降膜蒸发器的换热管束内，与进入首效的降膜蒸发器的预处理海水进行换热，换热产生的二次蒸汽进入与其相邻的下一效降膜蒸发器的换热管束内，以作为下一效的热源，未被蒸发的海水经过首效降膜蒸发器的初步浓缩后，进入与其相邻的下一效的降膜蒸发器，进行进一步的蒸发浓缩，并且，换热产生的冷凝水排入闪蒸器15闪蒸，由闪蒸器15为下一效的降膜蒸发器补充蒸汽；以此类推，在各效的降膜蒸发器冷凝形成的冷凝水经过闪蒸器15的闪蒸后，闪蒸后的蒸汽为相邻下一效降膜蒸发器补充蒸汽，未闪蒸的部分作为冷凝水排出；蒸发子系统ⅰ的末效乏汽再次与动力蒸汽引入蒸汽引射泵组10，再次经蒸汽压缩机组12进入首效的降膜蒸发器的换热管束内，末效的浓海水进入膜蒸馏子系统ⅱ。

进一步的，本实施例中，位于首效的降膜蒸发器的物料入口连通第六管路6的一端，第六管路6上装有第一冷凝器17，第六管路6连通第一冷凝器17的其中一路换热通道，第一冷凝器17的另一路换热通道连通第五管路5的一端，从而，第一冷凝器17可利用蒸发子系统ⅰ末效输出的冷凝水对预处理的海水进行预热。

与此同时，位于末效的降膜蒸发器通过其第一蒸汽输送管14同时连通第一冷凝器17的另一路换热通道，从而，第一冷凝器17还可利用蒸发子系统ⅰ末效输出的乏汽对预处理的海水进行预热。

进一步的，本实施例中，位于首效与末效之间每一效的降膜蒸发器均配置有相应的预热器23，预热器23安装在第六管路6上，第六管路6分别连通各个预热器的其中一个换热通道，每一效的降膜蒸发器13通过其第一蒸汽输送管14连通下一效的降膜蒸发器13所对应的预热器23的另一个换热通道。

具体地，由于每一效的闪蒸器15通过其上的第二蒸汽输送管16连通相应效的降膜蒸发器13的第一蒸汽输送管14的中部，且每一效的降膜蒸发器13通过第一蒸汽输送管14连通下一效的降膜蒸发器13所对应的预热器23，则每一效的预热器23接收来自上一效的降膜蒸发器13和闪蒸器15输出多余的蒸汽，并对预处理的海水实现预热。

进一步的，本实施例中所述膜蒸馏浓缩单元包括多个依次串联的膜蒸馏组件18，位于首效的膜蒸馏组件的物料入口连通第三管路3的另一端，每一效的膜蒸馏组件的物料出口通过转接管19连通下一效的膜蒸馏组件的物料入口；位于首效的膜蒸馏组件的蒸汽出口连通第四管路4的一端，其它效的膜蒸馏组件的蒸汽出口连通冷凝单元，由冷凝单元对各个膜蒸馏组件在对海水浓缩过程中产生的蒸汽进行冷凝，以制备得到淡水。

具体地，膜蒸馏子系统ⅱ在对海水进行进一步的处理时，蒸发子系统ⅰ输出的末效浓海水通过各效的膜蒸馏组件18依次进行膜蒸馏浓缩处理，由于每一效的膜蒸馏组件18的透过侧为负压，则在膜浓缩的过程中，浓海水中水分子蒸发气化，穿过疏水膜微孔，非挥发性的离子和分子等溶质则不能透过疏水膜，从而实现浓海水初步浓缩，初步浓缩后的浓海水进入下一效的膜蒸馏组件18，再次进行分离浓缩，依此类推。各效的膜蒸馏组件18在处理过程中产生的水蒸气进入冷凝单元，由冷凝单元对水蒸气进行冷凝，以制备得到淡水，其中，首效的膜蒸馏组件输出的水蒸气通过第四管路4回收至蒸汽引射泵组10，由蒸汽引射泵组10进行增焓再利用。

进一步的，本实施例中所述冷凝单元包括第二冷凝器20、第三蒸汽输送管21和第七管路7；与每一效的膜蒸馏组件18的物料入口端相对应的第三管路3或转接管19上各自安装有一个第二冷凝器20；第三管路3或转接管19连通第二冷凝器20的其中一个换热通道；每一效的第二冷凝器20的另一个换热通道的一端通过第三蒸汽输送管21连通下一效的膜蒸馏组件18的蒸汽出口，每一效的第二冷凝器20的另一个换热通道的另一端连通第七管路7。

具体地，蒸发子系统ⅰ输出的末效浓海水，在通过第一效的第二冷凝器20时，吸收第二效膜蒸馏组件18所输出的蒸汽的冷凝放热后，再进入第一效的膜蒸馏组件18内进行膜蒸馏浓缩处理，初步浓缩后的浓海水吸收第三效的膜蒸馏组件18产生蒸汽冷凝释放的热量后，进入第二效膜蒸馏组件18进行分离浓缩，以此类推，第n效膜蒸馏组件18(位于末效的膜蒸馏组件18，n为大于等于3的自然数)产生的蒸汽，在n-1效与n效之间的第二冷凝器20冷凝，释放的冷凝热作为n-1效的膜蒸馏组件18的热源，以加热进入第n-1效的浓海水；在整个处理过程中，每一效的第二冷凝器20冷凝产生的淡水统一由第七管路7进行收集。

进一步的，本实施例中所述冷凝单元还包括第八管路8，第八管路8的一端连通蒸汽压缩机组11与蒸发子系统ⅰ之间的第一管路1，第八管路8的另一端连通位于末效的第二冷凝器20的另一个换热通道的一端，位于末效的第二冷凝器20的另一个换热通道的另一端连通第七管路7。

由此，经过蒸汽引射泵组10和蒸汽压缩机组11两次增焓后的蒸汽，还可以通过第八管路8供给至位于末效的第二冷凝器20，以便向输送至末效的膜蒸馏组件18的海水提供热量，而末效的第二冷凝器20中冷凝而产生的淡水回收至第七管路7。

进一步的，本实施例中所述冷凝单元还包括第三冷凝器22和第九管路9，位于首效的膜蒸馏组件18的蒸汽出口连通第九管路9的一端，第九管路9的另一端连通第七管路7；第九管路7上安装第三冷凝器22，从而，还可以通过第三冷凝器22对位于首效的膜蒸馏组件18输出的蒸汽进行冷凝，以回收得到淡水，并将该淡水输送至第七管路7。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。