[发明专利]一种旋风式冷冻除盐系统及除盐方法

权利要求书

1.一种旋风式冷冻除盐系统的使用方法，其特征在于，包括压缩机（101）、一级散热器（102）、二级散热器（103）、蒸发器/冷风机（104）、风量计（1041）、蒸发器排水管（1042）、背压阀（1043）、循环风机（105）及其入口的负压调节阀（1051）和出口的压力释放阀（1052）、气液分离过滤器（106）、系统进水管（201）、进水降温换热器（202）、制冰塔（301）、制冰塔冷空气吹入口（302）及制冰塔进风导管（303），所述制冰塔进风导管（303）内部设置进水喷淋装置（3031）并和原水进水管（3032）以及浓水循环回水管（4052）相连；所述制冰塔空气排出口（304）与之相连的制冰塔（301）内部设置导气管（3041）；制冰塔锥形底（305）、制冰塔内冰位计（306）、螺旋压榨输送机（307）包含螺旋压榨输送机排水导流槽（3071）和落冰导管（3072）、多孔滤板（308）、浓水排出口（309）、浓水循环水箱（401）、浓水循环水箱液位计（402）、浓水循环水泵（403）、浓水出水管（404），所述浓水出水管（404）上设置浓水盐度计（4041）；浓水出水三通比例调节阀（405）将浓水出水分往浓水排水管（4051）和浓水循环回水管（4052）、融冰池（501）、融冰池温度计（502）、融冰池溢流堰（503）、淡水收集池（504）、淡水收集池液位计（505）、淡水输送泵（601），所述融冰池溢流堰（503）顶部设置滤网（5031）；所述一级散热器（102）、二级散热器（103）、蒸发器/冷风机（104）采用热泵原理，对系统内部的制冷剂进行不断的压缩、散热、蒸发循环然后将制得的冷量通过蒸发器/冷风机（104）传输到由循环风机（105）鼓入的空气当中然后进入到制冰塔（301）中用于对进入制冰塔的水进行冷却制冰；所述一级散热器（102）中散发的热量用于热能回收或散发到空气或其它冷却介质当中，所述二级散热器中散发的热量用于溶解融冰池中的冰；所述压缩机（101）与一级散热器（102）和冷风机（104）连通；所述二级散热器（103）位于融冰池（501）内，二级散热器（103）分别与冷风机（104）和一级散热器（102）连通；所述冷风机（104）上安置有三组进出管路，冷风机（104）通过第一组管路与二级散热器（103）和压缩机（101）连通，所述第一管路用于系统内部制冷剂的循环；所述冷风机（104）通过第二组管路与制冰塔进风导管（303）和循环风机（105）连通，所述第二管路用于循环产生低温冷空气，为制冰塔内的制冰提供冷源；所述冷风机（104）还设置有蒸发器排水管（1042），用于冷风机（104）的化霜处理；所述冷风机（104）和制冰塔之间的连接管路上设有风量计（1041）用于监控冷风机的工作状况；当风量计（1041）检测到的蒸发器/冷风机（104）出口风量减小到一定程度时即启动蒸发器/冷风机（104）的化霜程序；蒸发器/冷风机（104）进行化霜状态，化霜排出的水由蒸发器排水管（1042）排入到淡水收集池（504）当中；所述的系统进水管（201）、进水降温换热器（202）用于利用系统中冰水混合物产生的冷量将被处理的水引入系统当中并降温至接近于0摄氏度，以利于在后续处理过程中水在冷冻时消耗的冷量更小，达到最佳节能目的；所述制冰塔（301）为中空圆桶状，其上部为旋风式气固分离设备，用于利用冷空气对进水进行冷冻并分离，下部为冰水混合物的收集及排除部分；所述制冰塔冷空气吹入口（302）和位于制冰塔（301）上部的制冰塔进风导管（303）相连接，所述制冰塔进风导管（303）内部设置进水喷淋装置（3031），用于将系统进水喷淋到制冰塔进风导管（303）中，成为细小雾滴；所述制冰塔（301）的进水管分别和原水进水管（3032）以及浓水循环回水管（4052）相连可分别引入连接来自原水进水和浓水循环回水的两路进水；由进水喷淋装置（3031）喷出的细小雾滴先进入制冰塔进风导管（303）随后进入制冰塔（301）中，期间细小雾滴和低温冷空气接触后一部分水迅速结成冰粒同时排出盐份，而另一部分水中由于水中的盐份增加，冰点降低，达到温度平衡后不会进一步被冷冻；从制冰塔进风导管（303）中吹入的气、水、冰混合物以一个倾斜角度吹入制冰塔（301）当中，在冷空气吹入角度和制冰塔内部导气管（3041）的共同作用下，制冰塔进风导管（303）吹入的冷空气、水、冰混合物在制冰塔中旋转下降；混合物中的冰晶以及未结冰的雾滴在离心力的作用下被聚集到制冰塔（301）的桶壁附近并逐渐坠落到制冰塔（301）下部的冰水混合区，吹入的冷空气在与制冰塔中的雾滴充分接触后冷量被水吸收，温度逐渐升高后从制冰塔空气排出口（304）中排出，与空气排出口（304）相连的制冰塔内部设置导气管（3041），用于帮助制冰塔中的冰晶和冷空气的分离；从制冰塔空气排出口（304）中排出的空气经循环风机（105）增压，气水分离过滤器（106）除水后进入蒸发器/冷风机（104）中冷却后再次循环回到制冰塔当中；制冰塔内冰位计（306）用于控制螺旋压榨输送机（307）的启停，确保制冰塔中冰粒的高度始终位于制冰塔内冰位计（306）的两个控制点之间；螺旋压榨输送机用于将制冰塔内的冰粒排出到制冰塔外，同时通过压榨的方法将冰粒中夹杂的含有较高盐份的水排出；排出的水由螺旋压榨输送机排水导流槽（3071）流回到制冰塔当中；压榨后较为纯净的冰顺落冰导管（3072）落入到融冰池当中；制冰塔（301）的底部设置多孔滤板（308）用于将制冰塔中的冰粒和水分离开，透过制冰塔（301）的底部设置多孔滤板（308）的浓水经由浓水排出口（309）排出制冰塔；所述的浓水循环水箱（401）用于收集制冰塔（301）中排出的由进水经制冰塔去除了一部分含盐分较少的冰而被缩的浓缩水，浓缩水排往浓水循环水箱（401）时排水点的高度位于制冰塔（301）中制冰塔内冰位计（306）和螺旋压榨输送机（307）中间高度位置，确保螺旋压榨输送机（307）所处之处始终位于冰水混合物之中，以便于冰容易被螺旋压榨输送机（307）顺利排出，这一区域我们可将其定义为冰水混合区（3011）；浓水循环水箱中设置浓水循环水箱液位计（402）用于控制浓水循环水泵（403）的启停以及浓水循环水箱的排空；浓水循环水泵（403）的出口浓水出水管（404）上设置浓水盐度计（4041）用于检测浓水泵出水的盐度并用于控制浓水出水三通比例调节阀（405）的浓水的去向，如浓水中盐度高于设定盐度则浓水排往浓水排水管（4051）如浓水盐度低于设定盐度则浓水经浓水循环回水管（4052）回到制冰塔（301）中再次被浓缩直至达到设定浓度为止；所述的融冰池（501）用于接收并溶解在制冰塔（301）产生并经螺旋压榨输送机（307）压榨后的干净冰块，融冰池（501）和淡水收集池（504）相邻位置设置融冰池溢流堰（503），溢流堰顶部设置有滤网（5031）融冰池中的水经融冰池溢流堰（503）上部的滤网（5031）流入到淡水收集池（504）当中，溢流堰和滤网将融冰池中的冰块始终截留在融冰池一侧，同时始终保证融冰池（501）中的液位保持在一定的高度，一方面保证融冰池的融冰效果，另一方面可确保二级散热器（103）和进水降温换热器（202）的换热效果；淡水收集池中设置淡水收集池液位计（505）用于控制淡水输送泵（601）的启停以及淡水的最终排出；融冰池（501）中设置融冰池温度计（502）一方面用以监测融冰池中冰块的溶解情况，另一方面用于调节一级散热器（102）的运行散热量，确保融冰池中冰块可被溶解同时保证融冰池中温度不至于过高而导致二级散热器（103）和进水降温换热器（202）的换热效果变差；所述的淡水输送泵（601）和淡水收集池（504）连接，淡水输送泵（601）将淡水收集池（504）中的水抽出并输送出系统之外；所述的压缩机（101）、蒸发器/冷风机（104）、循环风机（105）、气液分离过滤器（106）、制冰塔（301）、原水进水管（3022）、浓水循环回水管（4052）、制冰塔冷空气吹入口（302）、制冰塔空气排出口（304）、螺旋压榨输送机（307）、螺旋压榨输送机排水导流槽（3071）、落冰导管（3072）、浓水排出口（309）、浓水循环水箱（401）、浓水循环水泵（403）、浓水出水管（404）、浓水出水三通比例调节阀（405）、浓水循环回水管（4052）、融冰池（501）等设备以及与之相连的管路均需设置保温隔热，防止空气中热量进入到系统当中影响系统运行效率；所述的循环风机入口的负压调节阀（1051）和出口压力释放阀（1052）用于调节系统中的运行压力，确保系统运行过程中内部压力稳定，所述的背压阀（1043）和循环风机（105）一起将整个冷风循环系统分割成高压区和低压区两个区域；在高压区内（循环风机（105）出口-气液分离过滤器（106）-蒸发器/冷风机（104）-背压阀（1043）进口端段）气体体积被压缩，相对湿度升高，有助于气体中的水分排出，此外被压缩后温度升高，有助于在蒸发器/冷风机（104）中的热量散除；在低压区内（背压阀（1043）出口端-制冰塔（301）-循环风机（105）进口段），由于气体压力相对较低，气体体积发生膨胀，一方面气体温度降低，有助于制冰塔中制冰，另一方面相对湿度变低，部分被处理的水在制冰塔中发生蒸发或升华，可带走一部分热量，进一步帮助制冰塔中的水被冷冻；

主要包括以下步骤：

S1：原水降温处理，首先原水经系统进水管（201）打入进水降温换热器（202）内，进水降温换热器（202）对原水进行降温处理；

S2：原水雾化，原水的水温度降至0-5摄氏度，降温后的水经原水进水管（3032）进入制冰塔进风导管（303）内的进水喷淋装置（3031）内，进水喷淋装置（3031）将原水分散成细小雾滴状喷洒入进风导管（303）内；

S3：冷风的制备，压缩机（101）、一级散热器（102）、二级散热器（103）和冷风机（104）采用热泵原理，对系统内部的制冷剂压缩、散热和蒸发循环，并将制得的冷风通过冷风机（104）传输到由循环风机（105）鼓入的空气当中；

S4：雾滴与冷风接触，循环风机（105）鼓入的空气经冷风机（104）降温后输入到制冰塔进风导管（303）内，此时冷风与进水喷淋装置（3031）喷洒的细小雾滴相遇，细小雾滴与冷风接触后一部分逐渐结成冰粒进入冰塔（301），另一部分由于盐份浓度增加使得冰点下降，不再继续凝结成冰，冰粒以及未结冰的雾滴在离心力的作用下被聚集到制冰塔（301）的侧壁附近并逐渐坠落到制冰塔（301）底部；

S5：冷空气的循环，吹入的冷空气在与制冰塔（301）中的雾滴充分接触后冷量被水吸收，温度逐渐升高后从空气排出口（304）中排出，制冰塔空气排出口（304）中排出的空气经循环风机（105）增压，气水分离过滤器（106）除水后进入冷风机（104）中冷却后再次循环回到制冰塔（301）当中；

S6：冰水分离处理，冰粒在制冰塔（301）底部聚集成堆，当制冰塔（301）内冰的位置高于冰位计（306）的上控制点，冰位计（306）控制螺旋压榨输送机（307）的启停，将制冰塔（301）的冰粒排出融冰池（501）内，制冰塔（301）的底部设置多孔滤板（308）将冰粒和水分离开，透过制冰塔（301）的底部设置多孔滤板（308）的浓水经由浓水排出口（309）排出制冰塔（301）；

S7：冰的溶解，压榨后的干净冰块，在融冰池（501）中利用进水降温换热器（202）和二级散热器（103）带入的热量溶解成除盐水。