[发明专利]一种用于盐溶液的真空雾化闪蒸水分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种低品位热源利用技术装置，具体地，涉及一种基于固体吸附驱动和利用热管强化传热的盐溶液真空雾化闪蒸水分离装置。 

背景技术

近年来，溶液除湿技术得到了较快的发展，溶液除湿系统可采用低温热源驱动，利用具备强吸湿能力的盐溶液在除湿器中与湿空气进行热质交换，进而达到空气除湿的目的。它克服了冷冻除湿消耗高品位能源、高能耗和污染环境的问题。除湿器和再生器是溶液除湿空调系统最重要的组成部件。再生器的传热传质性能直接影响到整个过程的除湿效果。目前溶液除湿系统的再生器结构形式大致分为以下几种：内热型再生器、绝热型再生器、太阳能集热型再生器、蒸发式再生器。 

其中，内热型再生器通过外部热源补偿由于溶液内水分蒸发所带走的热量，维持再生溶液有一定的温度，近似于等温再生，保证了再生过程的压差驱动力，提高了再生效率。如图1所示。稀溶液由底部被溶液泵依次送入预热器、加热器中进行预热，提高溶液水蒸气表面蒸汽压力，然后喷淋在再生器的填料层上，与空气接触，溶液内水蒸气通过热质交换被带走，由于水分蒸发吸热，溶液温度降低，降温后的溶液循环进入加热器进行加热。尽管循环过程保证了溶液一定的再生温度，但由于仍采用空气接触带走水蒸气的方法，再生效率的提升仍然有限。 

总之，内热型和太阳能集热式虽然应用较广，但本身仍存在不足，如设备工艺较为复杂，再生效率受到限制等等。因此在完善已有的再生器类型的同时，还需要研究新型高效再生器，用以提高系统再生效率等问题。 

    在海水淡化技术领域，常用的海水淡化方法有反渗透、多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏，后三者属于热蒸馏方法。反渗透系统由电能/机械能驱动，近些年在膜组件性能、能量回收技术等方面得到了长足发展，造水成本大幅下降，其产水容量已占海水淡化总容量的50%以上。热蒸馏海水淡化方法目前主要用于电—水联产，即利用电厂较低温度的热能来生产淡水，此外，该方法非常适合于工业余热回收和太阳热能、地热能等低品位热源的有效利用。 

基于闪蒸理论的多级闪蒸技术已经在海水淡化领域应用多年，图2为其单级示意图。上一级海水通过节流喷嘴进入该级闪蒸，闪蒸出的水分通过上部的冷凝管束凝结，冷凝液被淡水盘收集排出。 

从以上介绍可以看到，溶液除湿技术以提高浓缩比为研究目标，而多级闪蒸海水淡化是以提高造水比为研究方向，虽然两者目的不同，但其核心本质完全一致，即通过热能驱动与真空度控制，尽可能快速、高效地分离溶液中的水分。而水分不断分离的根本动力是溶液的初始闪蒸温度与冷却水温度之差，即在一定真空度条件下，冷却水间接凝结水蒸气的速度决定溶液中水分的蒸发速度，而凝结速度又主要取决于冷却水温度。 

就凝结过程而言，存在两点不足：（1）凝结过程靠冷却水的显热“中和”水蒸气的凝结潜热，效率很低，且凝结过程水蒸气准平衡压力偏高，接近8～50kPa，降低了溶液入口的过热度，制约了蒸发端蒸发效率；（2）缘于常用冷却水的温度基准（海水淡化系统冷却水主要采用海水，一般25℃左右，除湿溶液再生则采用冷却塔冷却水，一般32℃上下），可利用低品位热源范围受到限制，比如采用60℃溶液多级闪蒸再生时，两者温差只有28℃，可设置级数受到限制。 

就溶液闪蒸过程而言，存在两点不足：（1）这是一个面蒸发，蒸发面积有限；（2）随着水分蒸发的持续，主体溶液温度快速降低，即过热度减小甚至消失，其蒸发强度也随之减弱。 

很显然，为处于蒸发过程的溶液提供足够的热量成为保持其蒸发强度的关键因素，同时凝结端与之匹配的凝结能力也是这一过程能持续进行的重要环节。当前无论多级闪蒸还是低温多效蒸馏的海水淡化技术，均采用逐级变压以适应海水或沸点温度阶梯变化的需求，该设计虽然是基于热量的多级利用，但却是单级蒸发量有限的无奈之举，因此提高单级蒸发量和热能利用率则可优化整个系统设计。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于快速高效分离盐溶液中水分的装置，克服现有的技术缺点，将热管强化传热、固体吸附驱动、真空雾化闪蒸这三种技术结合，具有能量利用率高、对原水水质要求不高、对驱动热源温度要求低、易控制等优点。