[发明专利]半干法气体加湿除湿式海水淡化系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能的半干法气体加湿除湿式海水淡化系统及方法，属于海水淡化技术领域。

背景技术

目前工业化应用最为广泛的海水淡化技术包括多级闪蒸法、多效蒸发法和反渗透法。这些方法都要消耗大量的燃料或电力资源。利用可再生能源－太阳能进行海水淡化，可以避免大量燃料和电力资源消耗带来的能源和环境问题。但是太阳能是一种低品质热能，如果不采用复杂的聚光装置，太阳能仅能将工质加热到一定的温度。用于直接蒸馏海水时，需配置多台真空泵才能完成蒸馏过程。增湿－去湿海水淡化技术利用气体饱和湿度差进行海水淡化，可以有效利用低品质的太阳热能。

经过对现有技术的检索发现，名称“喷雾推进通风蒸发－冷凝式海水淡化器”（专利申请号为CN00109939.6）、“利用空气饱和湿度差的海水淡化方法”（专利申请号为CN03144279.X）、“喷雾蒸发空气加湿除湿式太阳能海水淡化装置”（专利申请号为CN201010509740.X）等，这些专利都基于空气增湿－去湿过程进行海水淡化，技术上可行，但都存在海水蒸发或冷凝效率偏低的问题。提高空气和海水间的传热、传质系数，并且增加海水的蒸发面积是提高蒸发效率的关键，而降低湿空气和冷源间的热阻是提高水蒸汽冷凝效率的关键。此外，以上技术在水蒸汽冷凝过程中有些采用外界循环水作冷源，造成热量浪费，而有些为了利用这部分冷凝热，增加了几个独立的换热器使得系统过于复杂。以上技术的蒸发器中海水都不能完全蒸发，都设置了浓盐水存储器或循环管路，这一方面造成浓盐水携带热量的浪费，另一方面管路易遭腐蚀。部分技术为了提高海水蒸发面积，使用喷嘴雾化海水，但考虑到海水的腐蚀性，喷嘴容易损坏。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种利用太阳能的半干法气体加湿除湿式海水淡化系统及方法，该系统能在常压下运行，无需真空泵，无需高浓度海水储存或循环装置，并可根据太阳能空气集热器温度和空气流量调节蒸发器出口湿空气温度和生成淡水量，可回收盐粒。

为了实现上述发明目的，本发明的系统是通过以下技术方案实现的：

半干法气体加湿除湿式海水淡化系统，包括太阳能空气集热器、喷动床蒸发器、布袋除尘器、横管降膜冷凝器和汽水分离器，喷动床蒸发器包括壳体、空气进口喷嘴、海水进口导管、床料颗粒和湿空气出口导管，其中，所述空气进口喷嘴固定设置于壳体内的底部，且其输入端与太阳能空气集热器的输出端相连接；所述海水进口导管设置于壳体内的顶部，且与海水输入源相连接；所述床料颗粒放置于壳体内下部；所述湿空气出口导管设置于壳体上部，其输出端依次连接布袋除尘器、横管降膜冷凝器和汽水分离器；所述汽水分离器的输出端输出淡水，其气体输出端连接引风机用以提供气流动力。

其中，喷动床蒸发器出口端连接布袋除尘器用以收集湿空气中的固态颗粒，大部分为盐粒；横管降膜冷凝器输出端连接气液分离器用以分离淡水。

所述的喷动床蒸发器壳体采用不锈钢材料制成，外部由石棉保温层包裹。喷动床蒸发器选取粒径在350μm左右的石英砂颗粒作床料，颗粒被热空气流化，将进口海水分散为液滴，并将液滴黏附在其表面进行蒸发。颗粒对海水的分散和黏附作用扩大了空气和海水的接触面积，并提高了海水液滴在喷动床蒸发器中的停留时间，同时颗粒在床内的喷动流化导致气液间的传热、传质系数得到很大的提高，从而提高了海水蒸发效率。海水在喷动床蒸发器中完全蒸发，因此无需设置高浓度海水储存装置。

所述的横管降膜冷凝器壳程通湿空气，管程分为上下两个独立部分，上部分通海水，设置海水进、出端口，下部分通空气，设置空气进、出端口，其中，海水进口和海水存储罐相连接，海水出口和喷动床蒸发器海水导管相连接；气体进口和鼓风机相连接，气体出口和太阳能空气集热器相连接。湿空气掠过冷凝器壳程，在横管外壁冷凝放热，这种横管降膜冷凝方式有效降低了管内外的传导热阻，增大管外对流换热系数，使得冷凝器中的放热冷凝非常高效。

本发明的方法是通过以下方式进行工作：来自太阳能空气集热器的高温空气通过空气进口喷嘴进入喷动床蒸发器，流化床料颗粒并蒸发海水；海水被流化后的床料颗粒分散为液滴，部分黏附在床料颗粒表面蒸发，部分直接蒸发，颗粒在床内的剧烈运动加大了海水的蒸发面积和蒸发效率，并且提高了海水在蒸发器中的停留时间；吸湿后的空气首先进入布袋除尘器除去盐粒，然后进入横管降膜冷凝器冷凝，这种横管降膜冷凝方式有效降低了管内外的传导热阻，增大管外对流换热系数，使得放热冷凝过程非常高效；同时水蒸汽的冷凝热用于预热气体和海水，不会造成热量的浪费。