本發(fā)明涉及海水淡化領(lǐng)域，具體涉及一種基于渦流管制冷的海水淡化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水是生命的源泉和搖籃，是人類得以生存、生活和生產(chǎn)的必不可少的基本物質(zhì)，是地球上無法代替的得寶貴的基礎(chǔ)自然資源，是組成地質(zhì)環(huán)境的重要因素和生態(tài)環(huán)境的控制要素之一，同時(shí)也是重要的戰(zhàn)略資源和一個(gè)國家綜合國力的有機(jī)構(gòu)成。水資源的匱乏正在逐漸影響全球經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境。聯(lián)合國有關(guān)機(jī)構(gòu)曾指出“淡水資源緊缺將嚴(yán)重制約21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展，并且有可能導(dǎo)致國家之間爆發(fā)戰(zhàn)爭”。
海水淡化技術(shù)簡而言之就是除去海水中的鹽分而得到可以直接飲用的淡水，傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)包括多級閃蒸(MSF)，其優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟設(shè)備簡單可靠有利于大型化，但是工程投資高也是重要制約因素。多效閃蒸(MEd)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是能利用低品位熱源，減小生產(chǎn)成本，但是蒸發(fā)溫度制約了熱效率。反滲透(RO)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是能耗低，建設(shè)周期短，但是對海水的預(yù)處理要求十分嚴(yán)格。
水合物法是一種比較環(huán)保的海水淡化技術(shù)。具有能耗低、設(shè)備簡單，水合劑價(jià)格低廉、來源廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)。水合物海水淡化是利用水合劑氣體分子與海水中的水分子在一定條件下生成水合物漿，由循環(huán)泵抽到水合物分解器中吸熱分解、分解出的液態(tài)水在冷卻器中受熱蒸發(fā)成水蒸氣、水蒸氣在淡水凝結(jié)器中放熱冷卻最后得到淡水。水合物法海水淡化的最大優(yōu)點(diǎn)是能耗低、設(shè)備簡單、維修運(yùn)行成本低；水合劑氣體在水或鹽水中的溶解度低，無毒，廉價(jià)易得，無爆炸危險(xiǎn)。另外，它還具有冷凍法的一些優(yōu)點(diǎn)如不需要對海水進(jìn)行預(yù)處理、腐蝕較輕等。
水合物具有以下特征：(1)水合物生成和分解過程完全互逆，生成水合物的原材料只有氣體和水，分解后的剩余產(chǎn)物也只有氣體和水，對環(huán)境沒有污染，而且水在自然界中大量存大并價(jià)格低廉；(2)水合物形成和分解的溫度壓力條件相對溫和。水合物漿在常壓下是一種類似冰漿的固液兩相懸浮液，是由一些細(xì)小的微粒狀籠型水合物和水溶液組成，在5～12℃溫度范圍內(nèi)具有很高的熱量密度，在常壓和低壓工況下就可以生成。
專利號為200910214077.8的發(fā)明專利公開了一種利用液態(tài)天然氣(LNG)冷能進(jìn)行海水淡化的系統(tǒng)，包括有城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)、城鎮(zhèn)供氣系統(tǒng)、LNG裝卸和儲存系統(tǒng)、水合物海水淡化系統(tǒng)、以及海水提取系統(tǒng)。該海水系統(tǒng)對LNG冷能利用率高，經(jīng)濟(jì)效益高，投資成本小，對環(huán)境的影響。但其缺點(diǎn)也是明顯的，即海水淡化依賴于LNG冷能，故該海水淡化系統(tǒng)只能建在LNG接收站周圍，限制了該海水淡化系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
另外，專利號為201110134047.3的發(fā)明專利中公開了一種海水淡化的方法，該方法需要在水合反應(yīng)前對海水進(jìn)行冷卻，增加其過冷度，因而需要額外配置冷卻水系統(tǒng)，增加了設(shè)備的復(fù)雜性，增加了系統(tǒng)的能耗。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是針對上述課題進(jìn)行的，目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，無需額外配備供能或制冷裝置的基于渦流管制冷的海水淡化系統(tǒng)。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下的技術(shù)方案：
本發(fā)明提供一種基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)，其特征在于，包括：水合物海水淡化裝置，使海水和水合劑進(jìn)行水合反應(yīng)生成水合物漿并將該水合物漿分解得到淡水和水合劑；水合劑循環(huán)裝置，與水合物海水淡化裝置連通并換熱，將水合劑回收，并提供給水合物海水淡化裝置；以及渦流管制冷裝置，具有冷端出口和熱端出口，與水合劑循環(huán)裝置連通，用于將水合劑循環(huán)裝置中換熱的水合劑分成冷、熱兩部分，其中，水合物海水淡化裝置包括：用于使水合劑和海水進(jìn)行水合反應(yīng)生成水合物漿的水合物生成釜；出口端與該水合物生成釜相連通，將海水抽入水合物生成釜的海水泵；入口端與該水合物生成釜相連通的水合物泵；與該水合物泵的出口端相連通的水合物分解器；以及與水合物分解器底部的出口端相連通的淡水泵，水合物生成釜具有不銹鋼的本體；位于該本體的側(cè)面下方，與海水泵的出口端相連通的海水入口；位于本體的側(cè)面上方，與水合物泵的入口端相連通的水合物出口；位于本體底部的水合劑入口，以及位于本體頂部的排氣口，水合劑循環(huán)裝置包括：入口端與水合物分解器的頂部相連通，使水合物漿分解得到的水合劑排出的第一氣體管；入口端與該第一氣體管的出口端相連通的氣體混合罐；入口端與該氣體混合罐的出口端相連通的氣體干燥器；入口端與該氣體干燥器的出口端相連通，壓縮水合劑使水合劑升溫的氣體增壓泵；入口端與該氣體增壓泵的出口端相連通，通過水合物分解器，使水合劑在水合物分解器中放熱的第二氣體管；入口端與水合物生成釜的頂部相連通，出口端與氣體混合罐相連通的第三氣體管；入口端與渦流管制冷裝置的熱端出口連通，出口端與氣體混合罐連通的第四氣體管；以及入口端與渦流管制冷裝置的冷端出口連通，出口端與氣體水合物生成釜底部連通的第五氣體管。
在本發(fā)明提供的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，水合劑是CO2和C3H8中的至少一種。
在本發(fā)明提供的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，水合物海水淡化裝置還包括浮球式液位計(jì)，該浮球式液位計(jì)設(shè)置在水合物生成釜的頂部，用于檢測水合物生成釜中的水合物漿的液位。
在本發(fā)明提供的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，渦流管制冷裝置包括入口端與第二氣體管相連通的渦流管、設(shè)置在熱端出口上的第一流量調(diào)節(jié)閥以及設(shè)置在冷端出口上的第二流量調(diào)節(jié)閥。
在本發(fā)明提供的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：其中，第二氣體管為蛇形換熱盤管。
發(fā)明的作用與效果
本發(fā)明所涉及的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)，因?yàn)椴捎脷怏w增壓泵使水合劑氣體升溫，高溫高壓的水合劑氣體通過蛇形換熱管進(jìn)入水合物分解器中與水合物漿換熱，使水合物漿換熱分解，分解后的水合物氣體通過第一氣體管進(jìn)入氣體混合罐，換熱后的水合劑氣體進(jìn)入渦流管中，形成冷、熱兩部分水合劑氣體，冷端的水合劑氣體進(jìn)入水合物生成釜，熱端的水合劑氣體進(jìn)入氣體混合罐，預(yù)熱后在進(jìn)入氣體增壓泵循環(huán)利用，所以，本發(fā)明的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了水合劑氣體的循環(huán)利用，而且無需額外配置供能裝置和制冷裝置就能夠?qū)⒌崛〕鰜?，從而降低能耗?/p>
另外，因?yàn)椴捎盟衔餄{作為載體將水合物輸送到水合物分解器中，因此避免了固態(tài)水合物堵塞管道系統(tǒng)的危險(xiǎn)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明所涉及的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)作詳細(xì)闡述。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)100包括水合物海水淡化裝置10、水合劑循環(huán)裝置20以及渦流管制冷裝置30。
水合物海水淡化裝置10用來使海水和水合劑進(jìn)行水合反應(yīng)生成水合物漿并將該水合物漿分解得到淡水和所述水合劑，水合物海水淡化裝置10包括海水泵11、水合物生成釜12、水合物泵13、水合物分解器14、淡水泵15以及浮球式液位計(jì)16。在本實(shí)施例中，水合劑為CO2，此外水合劑還可以為C3H8或者C3H8與CO2的混合物。
海水泵11的入口端通過管路連接海水，管路上設(shè)置有第一調(diào)節(jié)閥門17，第一調(diào)節(jié)閥門17用來調(diào)節(jié)海水的進(jìn)水量，海水泵11的出口端連接水合物生成釜12，在本實(shí)施例中，海水為過濾了固體雜質(zhì)后的海水。
水合物生成釜12具有不銹鋼的本體121、海水入口122、水合物出口123、水合劑入口124以及排氣口125。海水入口122位于本體121的側(cè)邊下方，與海水泵11的出口端連通。水合物出口123位于本體121的側(cè)面上方，與水合物泵13的入口端相連通。水合劑入口124位于本體121底部，與渦流管制冷裝置30相連。排氣口125位于本體121的頂部，與水合劑循環(huán)裝置20相連。
水合物泵13的入口端與水合物生成釜12的水合物出口123相連通，出口端與水合物分解器14相連通。
水合物分解器14的側(cè)面上方與水合物泵13的出口端相連通，頂部與水合物循環(huán)裝置20相連通，底部的出口端與淡水泵15相連通。
淡水泵15的進(jìn)口端與水合物分解器14底部的出口端連通，出口端與外部的淡水收集裝置通過連接管路連通，該連接管路設(shè)置有第二調(diào)節(jié)閥門151，第二調(diào)節(jié)閥門151用來調(diào)節(jié)淡水泵15出口端的淡水出水量。
浮球式液位計(jì)16設(shè)置在水合物生成釜12的頂部，它的下端靠近到水合物生成釜12的底部，上端在水合物生成釜12的上方，中間為一根桿和浮在水合物漿上的浮球，通過浮球上的感應(yīng)器上下移動來檢測水合物生成釜12中的水合物漿的液位。
如圖1所示，水合劑循環(huán)裝置20用來將水合劑回收，并提供給水合物海水淡化裝置10，水合劑循環(huán)裝置20包括第一氣體管21、氣體混合罐22、氣體干燥器23、氣體增壓泵24、第二氣體管25、第三氣體管26、第四氣體管27以及第五氣體管28。
第一氣體管21入口端與水合物分解器14頂部的出口端相連通，出口端與氣體混合罐22相連通，第一氣體管21上設(shè)置有第三調(diào)節(jié)閥211，第三調(diào)節(jié)閥211用來調(diào)節(jié)第一氣體管21上的氣量。
氣體混合罐22具有三個(gè)進(jìn)口端和一個(gè)出口端，三個(gè)進(jìn)口端分別為第一進(jìn)口端221、第二進(jìn)口端222、第三進(jìn)口端223，第一進(jìn)口端221與第一氣體管21的出口端連通，第二進(jìn)口端222與第三氣體管26連通，第三進(jìn)口端223與第四氣體管27連通。氣體混合罐22的出口端與氣體干燥器23連通。
氣體干燥器23的入口端與氣體混合罐22的出口端相連通。
氣體增壓泵24的入口端與干燥器23的出口端相連通。
第二氣體管25的入口端與氣體增壓泵24的出口端相連通，第二氣體管25通過水合物分解器14，在水合物分解器14中為螺旋結(jié)構(gòu)的蛇形換熱盤管。第二氣體管25的出口端與渦流管制冷裝置30相連通。
第三氣體管26的入口端與水合物生成釜12頂部的排氣口125相連通，出口端與氣體混合罐22的第二進(jìn)口端222相連通，第三氣體管26上還設(shè)置有第四調(diào)節(jié)閥261，第四調(diào)節(jié)閥261用來控制第三氣體管26內(nèi)的氣量。
第四氣體管27的入口端與渦流管制冷裝置30相連通，出口端與氣體混合罐22的第三進(jìn)口端223相連通，第四氣體管27上還設(shè)置有第五調(diào)節(jié)閥271，第五調(diào)節(jié)閥271用來控制第四氣體管27內(nèi)的氣量。
第五氣體管28的入口端與渦流管制冷裝置30相連通，出口端與水合物生成釜12底部的水合劑入口124相連通，第五氣體管28上還設(shè)置有第六調(diào)節(jié)閥281，第六調(diào)節(jié)閥281用來控制第五氣體管28內(nèi)的氣量。
渦流管制冷裝置30包括渦流管31、第一流量調(diào)節(jié)閥32以及第二流量調(diào)節(jié)閥33，渦流管31具有一個(gè)進(jìn)口端、熱端出口311以及冷端出口312，它的進(jìn)口端與第二氣體管25的出口端相連通，熱端出口311與第四氣體管27的進(jìn)口端相連通，冷端出口312與第五氣體管28的進(jìn)口端相連通。第一流量調(diào)節(jié)閥32設(shè)置在熱端出口311上，用來調(diào)節(jié)通入第四氣體管27的氣量。第二流量調(diào)節(jié)閥33設(shè)置在冷端出口312上，用來調(diào)節(jié)通入第五氣體管28的氣量。
本實(shí)施例所涉及的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)的工作原理和使用過程為：
在采用基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)100淡化海水時(shí)，操作者首先打開海水泵11，將海水通過海水入口122抽入水合物生成釜12中，與水合劑入口124通入的低溫水合劑反應(yīng)后生產(chǎn)水合物漿。采用水合物泵13將位于水合物生成釜12上層的水合物漿通過水合物出口123抽出，送入水合物分解器14，水合物漿在水合物分解器14中吸熱分解，得到水合劑和淡水。淡水泵再將淡水抽出送入到外部的淡水收集裝置中。
水合物分解器14中水合物漿分解生成的水合劑氣體從第一氣體管21排到氣體混合灌22中，預(yù)熱升溫后的水合劑氣體再進(jìn)入氣體干燥器23，被氣體干燥器23干燥后的水合劑氣體進(jìn)入氣體增壓泵24，在氣體增壓泵24的壓縮作用下升溫升壓。高溫高壓的水合劑氣體進(jìn)入第二氣體管25，在水合物分解器14中使水合物漿受熱分解成淡水和水合劑氣體，該水合劑氣體從水合物分解器14頂部的出口端進(jìn)入第一氣體管21，進(jìn)行再次循環(huán)。第二氣體管37中換熱后的水合劑氣體進(jìn)入渦流管31中，形成熱水合劑氣體和冷水合劑氣體，熱水合劑氣體經(jīng)過第四氣體管27進(jìn)入到氣體混合灌22中再循環(huán)，冷水合劑氣體經(jīng)過第五氣體管28進(jìn)入到水合物生成釜12底部的水合劑入口124與海水反應(yīng)再循環(huán)，水合物生成釜12頂部排氣口125出來的多余的水合劑氣體通過第三氣體管26進(jìn)入氣體混合灌22中后再循環(huán)。
實(shí)施例的作用與效果
本實(shí)施例所涉及的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)，因?yàn)椴捎脷怏w增壓泵使水合劑氣體升溫，高溫高壓的水合劑氣體通過蛇形換熱管進(jìn)入水合物分解器中與水合物漿換熱，使水合物漿換熱分解，分解后的水合物氣體通過第一氣體管進(jìn)入氣體混合罐，換熱后的水合劑氣體進(jìn)入渦流管中，形成冷、熱兩部分水合劑氣體，冷端的水合劑氣體進(jìn)入水合物生成釜，熱端的水合劑氣體進(jìn)入氣體混合罐，預(yù)熱后在進(jìn)入氣體增壓泵循環(huán)利用，所以，本實(shí)施例的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了水合劑氣體的循環(huán)利用，而且無需額外配置供能裝置和制冷裝置就能夠?qū)⒌崛〕鰜恚瑥亩档湍芎摹?/p>
另外，因?yàn)椴捎盟衔餄{作為載體將水合物輸送到水合物分解器中，因此避免了固態(tài)水合物堵塞管道系統(tǒng)的危險(xiǎn)。
另外，該海水淡化系統(tǒng)中采用的水合劑氣體取材簡單，節(jié)能環(huán)保；采用固液兩相的水合物漿作為載體輸送水合物，從而避免了固態(tài)水合物堵塞管道。
當(dāng)然，本發(fā)明所涉及的基于渦流管制冷循環(huán)的海水淡化系統(tǒng)并不僅僅限定于以上實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)。以上僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。