[发明专利]一种鼓泡加湿与热泵循环耦合的海水淡化系统及工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种鼓泡加湿与热泵循环耦合的海水淡化系统及工艺方法，属于海水淡化技术领域。

背景技术

加湿除湿海水淡化法，是众多海水淡化方法中能源消耗量最少、应用最广的方法之一，其热利用效率高，加热蒸发与放热冷凝过程分开进行，有利于对各个过程进行改进和强化，也便于对水蒸汽的凝结潜热进行回收和利用，适用于小型海水淡化装置。目前，影响加湿除湿法应用的关键是高效加湿、高效冷凝潜热回收及先进工艺过程的开发与应用。

传统加湿过程多采用喷淋加湿，由于单级喷淋的加湿率不高，通常采用两级或三级串联喷淋加湿，三级喷淋加湿率为96％左右。为强化加湿过程，还开发了喷淋填料塔，使加湿率提高到98％-100％，但塔内安装填料后，其结构较为复杂，填料层表面易结垢，海水和空气均需要强制循环流动，流动阻力亦增大，导致循环能耗增大，产水成本增高。

除湿过程中，回收利用水蒸汽的冷凝潜热，可提高热能的循环利用率，降低产水能耗与成本。目前，水蒸汽冷凝潜热回收利用的三种主要方式是预热海水、储存后再利用及直接蒸发海水。其中，预热海水法简单，易于实现，应用较为普遍，但因预热后的海水只有约1/7-1/10用来补充消耗的海水，其余大部分海水因其热品位低，无法再利用，而被排放掉，导致总热量回收利用率低；潜热储存再利用法，对储热材料的快速吸热、放热要求高，目前在实现上仍有技术难度；直接蒸发海水法，即直接将水蒸汽的冷凝潜热用于蒸发海水，热回收利用率高，是水蒸汽冷凝潜热回收利用的主要发展方向，但受工艺设计、设备性能等技术的限制，目前应用较少。

2008年，侯少波等人在《Desalination》杂志上发表的文章中，提出了一种由直接喷淋加湿与多级盆式除湿相结合的海水淡化工艺，盆式除湿器具有回收水蒸汽冷凝潜热直接用于蒸发海水的作用，提高了淡水生产能力；2012年，印度人K.S.Reddy等人在《Desalination》杂志上发表的文章中，公开了一种能够回收水蒸汽冷凝潜热的低温多级蒸发与多级冷凝相结合的太阳能海水淡化装置，其采用多级倾斜板结构回收水蒸汽冷凝潜热用于直接蒸发海水；2013年，郑宏飞等人在《Desalination》杂志上发表的文章中，提出了三效管式加湿除湿海水淡化装置,其采用三级不同管径、不同圆心的套管式除湿器，用于回收水蒸汽冷凝潜热蒸发海水。上述三种工艺方法，回收水蒸汽的冷凝潜热均用于直接蒸发海水，因此热利用率高，但由于其空气流动方式均采用自然对流式，因此单位时间内产水量不大。

中国专利CN103449547A中公开了“一种太阳能海水淡化机”,采用串列式多级等温加热多效回热加湿除湿法，改进了传统喷淋加湿工艺，用水蒸汽冷凝潜热预热进料海水，提高了热能利用率；发明专利CN103482714A中涉及了“一种射流-热法海水淡化方法与装置”，其能耗低，性能稳定，加湿效率有所提高。上述两种方法与装置的不足在于加湿工艺较复杂，设备级数多，不便操作和维护。发明专利CN102765768A中提出了“一种用热泵提高海水淡化效率的装置及方法”，它虽然在一定程度上提高了海水淡化效率，降低了产水成本，但其设备较复杂，工序繁琐。

综上所述，提高空气加湿效率及水蒸汽冷凝潜热的回收利用率，改进空气流动方式，有益于降低加湿除湿海水淡化装置的产水成本、提高产水率。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服其设备较复杂，工序繁琐的问题，本发明提出一种鼓泡加湿与热泵循环耦合的海水淡化系统及工艺方法，采用高效鼓泡加湿与热泵相耦合，辅之以空气强制加湿除湿循环流动的海水淡化工艺，设备结构简单，易于操作；热利用率高，产水量大，产水成本低。