[发明专利]冷冻与蒸发相结合的海水淡化方法及装置

说明书

本发明属于海水淡化的处理方法及装置，特别是一种冷冻法与蒸发法结合在一起的海水淡化方法及装置。

现有蒸发法包括多级闪蒸法、蒸汽压缩法、多效蒸发法，这类蒸发装置是由外部供给热能的海水淡化装置，所以其能耗高，一般每吨水需30度电，最少也需8.2～9.4度电，水价贵达每吨水需5.78～9.63元，水回收率低，一般仅为50～70%。产水量最多的多级闪蒸法，1公斤蒸汽必需经过7级蒸发器，才能产生约8公斤淡水，而且其设备费用十分昂贵。此外，利用太阳能蒸馏法淡化海水，其能耗虽较低，但固定投资大，造水成本比一般蒸馏法高。

现有的冷冻法，分为自然冷冻法和冷媒冷冻法两种。自然冷冻法是利用溶液自然凝固时水份和盐分离，而达到淡化海水，由于是利用天然低温冷凝，所以受当地气温的制约，不可能常年解决大量的海水淡化。同时，由于室外温度常常过低，常在-10～-30℃，导致大量盐份随着淡水一起结冰，所以制成的淡水含盐量较高，不能满足饮水卫生标准的要求。冷媒冷冻法又分为直接法和间接法，它是依靠外部能源驱动低温冷冻剂与海水进行直接或间接热交换，而使海水冷冻结冰。该法利用冷媒降低海水温度，在低温条件下，部分海水绝热汽化，使其余海水温度降低而结冰。每1公斤水汽化，约可使7.5公斤水结冰，故过程本身所需能量较少。但直接法会因少量冷媒（常用的有丙烷、正丁烷、氟利昂）随淡水一起结冰，致使饮用的淡水污染;间接法需要大量管道，很不经济。

本发明的目的是，依据水的三相点理论，在0±2℃时，保持水的相应的蒸发压力，使水在固、液、汽三相同时存在条件下，结冰和蒸发同时进行。蒸发1公斤水成为蒸汽，需要吸收的600千卡潜热，取自7.5公斤水冷冻结冰释放出的热量（每公斤水结成冰时，释放80千卡潜热），达到盐份和水份分离的目的。本发明是一种保持海水在三相点状态下，能同时进行冷冻结冰和蒸发成汽的方法和设备，以生产淡化的冰晶和蒸汽，实现海水淡化的目的。

本发明的冷冻与蒸发相结合的海水淡化装置，由结晶蒸发器、冰晶盐水分离器及浓盐水贮存器组成，其特征是，结晶蒸发器和冰晶盐水分离器的顶部用管道与一组蒸汽喷射泵连接，结晶蒸发器和冰晶盐水分离器由冰晶流动管道相连，结晶蒸发器和冰晶盐水分离器的底部出口管道连接有浓盐水贮存器;

结晶蒸发器中部水平设置有喷淋水管，与海水入口管道连接，在结晶蒸发器中部的喷淋水管下方，设有冰晶流动管道，与冰晶盐水分离器的顶部连接;

冰晶盐水分离器内设有振动筛，顶部设有通大气的管段，底部设有淡水排出管及冲洗用进水管;

浓盐水贮存器顶部有管道与蒸汽喷射泵连接，另设有通大气的管段，底部设排水管;

蒸汽喷射泵设有蒸汽入口管段和蒸汽冷凝水出口管段;

冰晶盐水分离器可设置两个，均与结晶蒸发器用冰晶流动管道连接，以轮换使用;

在各路管道上，设有控制流量的阀门，在结晶蒸发器、冰晶盐水分离器和浓盐水贮存器上设有压力、温度和液（冰）位显示仪表。

本发明的海水淡化方法是：

抽制真空：启动蒸汽喷射泵，将结晶蒸发器和冰晶盐水分离器内抽真空，使器内压力稳定在水三相点的压力值附近;

喷射海水：将海水泵入结晶蒸发器，调节海水流量，控制喷淋速度，保持结晶蒸发器内温度在0±2℃，即水的三相点温度，喷淋的海水由于压力骤降，一部分水吸热汽化为0℃蒸汽，另一部分水放热结晶成冰晶;

冰晶蒸汽分流：蒸汽部分通过蒸汽喷射泵抽出，成为淡化水，经冷凝水出口管段，收入工作锅炉的贮水池中;冰晶部分通过冰晶流动管道流入冰晶盐水分离器中;

冰晶盐水筛分：冰晶进入冰晶盐水分离器内，大量盐水自动流入已抽真空的浓盐水贮存器内，冰晶附着及其孔隙间残存的盐水，经振动筛分脱落，也流入已抽真空的浓盐水贮存器内，冰晶滞留在冰晶盐水分离器内的振动筛上;必要时，可反冲洗冰晶，使盐分脱离;

冰晶液化：将冰晶盐水分离器与浓盐水贮存器的连接管道关闭，同时与大气连通，在大气压和室温下，冰晶溶化成为液态淡水，排出收集，完成海水淡化。

本发明的冷冻与蒸发相结合的海水淡化方法及装置，具有以下优点：