[发明专利]一种高效机械蒸汽再压缩海水淡化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用机械蒸汽再压缩技术进行海水淡化的方法。 

背景技术

我国人口众多，淡水资源日趋紧缺，发展海水淡化技术对解决淡水资源的匮乏具有重要的意义。以蒸发方法为基础的海水淡化技术具有膜分离、离子交换等方法所不具有的产水水质、成本等优势。但是传统的单效及多效蒸发技术需要提供大量生蒸汽，并需配置燃煤锅炉及冷却系统，会造成难以避免的能源消耗和产生大量的废物排放。同时造成系统整体结构复杂，体积庞大，操作和维护困难，运行成本急剧上升。

机械蒸汽再压缩是一种蒸发工艺，简称MVR(Mechanical Vapor Recompression )。是指在蒸发中，将二次蒸汽绝热压缩，随后将其送入蒸发器的加热室作为热源重新使用的一种办法。二次蒸汽经压缩后饱和温度升高，与器内沸腾液体形成足够的传热温差，故可重新作加热剂用。因此只须补充一定量的压缩功，便可利用二次蒸汽的大量潜热。MVR方法不需要外部的热源，系统的能耗仅为压缩机和各类泵的能耗，所以节能效果相当显著。

海水中还有大量的氯离子，在高温下会对设备造成严重的腐蚀。另外，低温操作的设备热损失较低，可以节约大量的能源。因此，低温低压海水淡化方具有显著的优势。

低温负压操作，维持蒸发器内真空度需要消耗电能，供水和蒸发后浓海水排放也需要消耗大量余热。一些专利文献报道了采用电能之外的其它方法来获得真空环境，如中国专利 CN101177308A、201310300526.7和 CN202880936U用海水重力和大气压力等方法产生真空，所需能量比传统方式少，但是这些方法工艺复杂，设备体积庞大，对场地要求也很高。中国发明专利201110104604.7、201010300875.5以及200910138238.X 、200910016942等均提供了太阳能热压缩式机械蒸汽再压缩海水淡化装置，但太阳能的季节性、地域性分布不均等特点都成为制约太阳能海水淡化推广的瓶颈，其中201010300875.5、200910016942对浓盐水和产品淡水的余热没有进行回收，造成了能源的极大浪费。另外，这些专利对工作环境有苛刻的要求，设备和装备复杂。太阳能热压缩式机械蒸汽再压缩海水淡化装置基本都是由太阳能集热器、蒸汽喷射器、压缩机、加热室、蒸发器、热交换器等大量设备组成，结构复杂和占地面积大将限制这些工艺的使用。专利20031010755.7公布的MVR海水淡化装置的技术方案是包括蒸汽机械蒸汽压缩机、多个蒸发器和置于蒸发器内的冷凝管、喷淋系统等在内的设备，多个蒸发器实现多效逐级蒸发，该工艺不仅设备和系统结构复杂，而且未考虑到浓盐水和产品淡水的外排造成的热量散逸，难以实现大规模的应用和普及。

整体而言，现有技术中利用机械蒸汽再压缩技术进行海水淡化的方法总是存在能耗较高、设备体积庞大或对场地要求高等不足，而难以实现大规模的应用和普及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种设备和工艺简单、能耗和成本低，可靠、高效和便捷的机械蒸汽再压缩海水淡化方法。

为解决以上问题，本发明采取如下技术方案：

一种高效机械蒸汽再压缩海水淡化方法，该方法采用机械蒸汽再压缩系统对海水进行淡化，该方法包括：

(1)海水预热：进料海水经过海水预热器进行预热，使海水达到蒸发所需温度；

(2)蒸发：预热后的海水进入蒸发器，蒸发器内的压力维持为负压，海水在蒸发器内蒸发，部分海水汽化形成水蒸汽，残余的海水形成浓盐水；

(3)蒸汽再压缩：海水汽化形成的水蒸汽进入机械式压缩机进行压缩，压缩后温度和压力提高的蒸汽进入到蒸发器中，在蒸发室内释放热量后冷凝形成冷凝淡水；

特别是：

步骤(1)中，将进料海水分成二路，一路经过第一热交换器（冷凝淡水热交换器）进行换热，另一路进入第二热交换器（浓盐水热交换器）进行换热，其中第一热交换器中的热源为蒸发产生的冷凝淡水，第二热交换器的热源为蒸发产生的浓盐水，海水通过与冷凝淡水和浓盐水换热后达到蒸发所需温度；

所述海水淡化方法还包括：

(4)在海水预热后、蒸发前对海水进行脱气，以除去海水中所含有的室温不凝结气体；

(5)使蒸发产生的浓盐水的一部分循环回到蒸发器中，剩余部分通入到第二热交换器中与进料海水进行换热。

优选地，步骤(2)中，蒸发器的操作压力为9.6KPa~84.5KPa，蒸发温度为45℃-95℃。