專利名稱：脫鹽裝置及脫鹽方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生淡水的脫鹽裝置的構(gòu)建。
背景技術(shù)：
由海7JC產(chǎn)生飲用水的已知方法包括例如在專利文獻(xiàn)1和2中所公開 的那些。在這些方法中，通過以下過程產(chǎn)生可飲用的冷凝水^使用納濾膜 將結(jié)垢組分從原海水中除去，將所得結(jié)垢組分減少的海水與原海水混合， 并使用多效蒸發(fā)器將所得混合物蒸餾。
專利文獻(xiàn)1:日本未經(jīng)審查的專利公開No.2003-507183
專利文獻(xiàn)2 King Abdulaziz City for Science and Technology, Saudi Arabia, Paten辨腦0;30〃謂6.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明待解決問題
如專利文獻(xiàn)#1中所述，在產(chǎn)生淡水的所述方法中，不能完全防止在 蒸發(fā)器內(nèi)部的結(jié)垢沉積。結(jié)果，蒸發(fā)器的熱效率不利地降低，并且無法高 效地產(chǎn)生可飲用的冷凝水。同時(shí)，專利文獻(xiàn)#2的權(quán)利要求中的一個(gè)權(quán)利要
:滂
的脫鹽體系，而沒有具體描述該脫鹽體系。
作出本發(fā)明以提供基于專利文獻(xiàn)#2中要求保護(hù)的體系的多效脫鹽裝 置的具體結(jié)構(gòu)，l吏得能夠高效產(chǎn)生冷凝水同時(shí)防止結(jié)垢沉積。
解決問題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的上述目的通過如下脫鹽裝置來實(shí)現(xiàn)，所述脫鹽裝置包括具
有多個(gè)蒸發(fā)罐的多效蒸發(fā)器；和通過其傳輸蒸汽的多個(gè)傳熱管；其中通過
將原料水(feed water)供給至多個(gè)傳熱管的外表面以由所述原料水產(chǎn)生蒸汽和濃縮鹽水，以將在在前的蒸發(fā)罐中產(chǎn)生的蒸汽引入在后的蒸發(fā)罐中 的所述傳熱管中的方式將所述多個(gè)蒸發(fā)罐彼此連接，從而使得所述蒸汽 可用作所述在后的蒸發(fā)罐的熱源，和所述多個(gè)蒸發(fā)罐分為高溫蒸發(fā)罐組 和低溫蒸發(fā)罐組，其中所述高溫蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫鹽裝置的上游， 所述低溫蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫鹽裝置的下游。
所述脫鹽裝置還包括結(jié)垢組分除去設(shè)備，其除去包含于未處理的 原水(raw unprocessed water )中的至少一部分結(jié)祐組分以產(chǎn)生結(jié)祐組 分減少的水；結(jié)垢組分減少的水的供給設(shè)備，其將所得的結(jié)垢組分減少 的水作為原料水供給至所述高溫蒸發(fā)罐組的每個(gè)蒸發(fā)罐中的所述傳熱 管；和未處理的原水的供給設(shè)備，其將未處理的原水作為原料水供給至 所述低溫蒸發(fā)罐組的每個(gè)蒸發(fā)罐中的所述傳熱管。
所述脫鹽裝置優(yōu)選包fe用于所述高溫蒸發(fā)罐組的回流設(shè)備，軒述回 流設(shè)備使在所述高溫蒸發(fā)罐組中產(chǎn)生的一部分濃縮鹽水返回至所述結(jié) 垢組分減少的水的供給設(shè)備。
所述脫鹽裝置優(yōu)選還包括用于所述低溫蒸發(fā)罐組的回流設(shè)備，所述 回流設(shè)備使在所述低溫蒸發(fā)罐組中產(chǎn)生的 一部分濃縮鹽水返回至所述 未處理的原水的供給設(shè)備。
所述結(jié)垢組分除去設(shè)備優(yōu)選是納濾膜設(shè)備。
本發(fā)明的目的還通過利用脫鹽裝置產(chǎn)生淡水的方法來實(shí)現(xiàn)，所述脫鹽
裝置包括多個(gè)蒸發(fā)罐和通過其傳輸蒸汽的多個(gè)傳熱管，其中通過將原料 7jc供給至所述多個(gè)傳熱管的外表面以由所述原料水產(chǎn)生蒸汽和濃縮鹽水，
以將在在前的蒸發(fā)罐中產(chǎn)生的蒸汽引入在后的蒸發(fā)罐中的所述傳熱管中 的方式將所述多個(gè)蒸發(fā)罐彼此連接，從而使得所述蒸汽可用作所述在后的 蒸發(fā)罐的熱源，和所述多個(gè)蒸發(fā)罐分為高溫蒸發(fā)罐組和低溫蒸發(fā)罐組， 其中所述高溫蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫鹽裝置的上游，所述低溫蒸發(fā)罐組 設(shè)置于所述脫鹽裝置的下游，所述方法包括結(jié)垢組分除去步驟，其除 去包含于未處理的原水中的至少一部分結(jié)垢組分以產(chǎn)生結(jié)垢組分減少 的水；結(jié)垢組分減少的水的供給步驟，其中將所述結(jié)垢組分減少的水作 為原料水供給至所述高溫蒸發(fā)罐組的每個(gè)蒸發(fā)罐中的所述傳熱管，和未處理的原水的供給步驟，其中將所述未處理的原水作為原料水供給至所 述低溫蒸發(fā)罐組的每個(gè)蒸發(fā)罐中的所述傳熱管。
發(fā)明效果
本發(fā)明提供一種脫鹽裝置以及產(chǎn)生淡水的方法，其使得冷凝水能夠高 效地產(chǎn)生同時(shí)防止結(jié)垢沉積。


圖l是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的脫鹽裝置的示意框圖。
圖2是顯示構(gòu)成如圖1所示脫鹽裝置的蒸發(fā)罐的示意框圖。
圖3表顯示當(dāng)氯化物組分濃度為32000ppm時(shí),硫酸釣的溶度積極限 和濃鹽水溫度之間關(guān)系的圖。
圖4是顯示當(dāng)氯化物組分濃度為80000ppm時(shí)，硫酸釣的溶度積極限 和濃鹽水溫度之間關(guān)系"圖。
圖5是顯示圖1中所示脫鹽裝置的變形方案的示意框圖。
圖6是顯示圖1中所示脫鹽裝置的另一個(gè)變形方案的示意框圖。
圖7是顯示圖1中所示脫鹽裝置的還另一個(gè)變形方案的示意框圖。
圖8是顯示圖7中所示脫鹽裝置的一個(gè)變形方案的示意框圖。
1脫鹽裝置
2蒸發(fā)器
2a高溫蒸發(fā)罐組4箱
5納濾膜設(shè)備(結(jié)垢組分除去設(shè)備) 6結(jié)垢組分減少的水的供^i更備 7未處理的原水的供給設(shè)備 8冷凝器
實(shí)施發(fā)明的最優(yōu)模式
以下參考附圖描述本發(fā)明的脫鹽裝置。圖l是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方 案的脫鹽裝置1的示意框圖。圖2是顯示脫鹽裝置1的蒸發(fā)罐20的示意框 圖。應(yīng)說明為了促進(jìn)理解該裝置，，附圖中的每個(gè)組件均進(jìn)行了部分放大 或者縮小，因此未顯示其實(shí)際尺寸。
如圖l所示，脫鹽裝置l包括多效蒸發(fā)器2;驅(qū)動(dòng)蒸汽管3，其將由 蒸發(fā)器等(未顯示)產(chǎn)生的熱驅(qū)動(dòng)蒸汽引至蒸發(fā)器2;儲存海水等未處理的 原水的'箱4;納濾膜設(shè)備5，其除去包含于原水申的結(jié)垢組分；結(jié)垢組分減 少的水的供^H殳備6;未處理的原水的供^i史備7和冷凝器8。
蒸發(fā)器2通過將多個(gè)蒸發(fā)罐20串聯(lián)連接來構(gòu)成。如圖2所示，所述多 個(gè)蒸發(fā)罐20中的每一個(gè)均具有封閉的蒸發(fā)室21、間接加熱器22和用于 噴射原料水的噴嘴23。蒸發(fā)室21的內(nèi)側(cè)底部用作濃鹽水儲存部24,其儲 存一部分濃鹽水。該鹽水通過4吏經(jīng)由噴嘴23噴射到間接加熱器22中的傳 熱管221外表面上的原料水由于與傳熱管221的熱交換所導(dǎo)致的蒸發(fā)而產(chǎn) 生。蒸發(fā)室21的內(nèi)側(cè)底部還具有濃鹽7jc入口26a,用于將在在前的蒸發(fā) 罐20中產(chǎn)生的濃鹽水引入；和濃鹽水出口 26b，用于將在濃鹽水儲存部 24中儲存的濃鹽7jc排出至在后的蒸發(fā)罐20。用于將蒸汽排至外部的蒸汽出 口 25a設(shè)置于蒸發(fā)室21的頂部上，所述蒸汽由于與傳熱管221的熱交換作 用而在傳熱管221的外表面上產(chǎn)生。
間接加熱器22具有設(shè)置于蒸發(fā)室21中的多個(gè)傳熱管221、第一集管 (header) 222和第二集管223，第一集管222和第二集管223各自連接至 所述多個(gè)傳熱管221的一端。第一集管222具有蒸汽入口 25b，用于將蒸汽引入傳熱管221;和冷凝水入口27a，用于引導(dǎo)在在前的蒸發(fā)罐20的 傳熱管221中產(chǎn)生的冷凝水。第二集管223具有冷凝水出口 27b，用于排 出在傳熱管221中通it4傳熱管221內(nèi)熱交換而產(chǎn)生的冷凝水(淡水)。 當(dāng)保持于第一集管222中的冷凝水的量超過預(yù)定量時(shí)，冷凝水通過最底下 的傳熱管221的內(nèi)部引入第二集管223。
設(shè)置于間接加熱器22上方的噴嘴23是用于在傳熱管221的外表面上 方噴射原料水的設(shè)備。
如圖1所示，蒸發(fā)罐20以如下方式彼此連接上游蒸發(fā)罐20中的蒸 汽出口 25a經(jīng)由蒸汽管25連接至緊鄰的下游蒸發(fā)罐20的蒸汽入口 25b, 使得將在上游蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的蒸汽輸入在緊鄰的下游蒸發(fā)罐20中傳熱 管221中作為熱源。上游蒸發(fā)罐20中的濃鹽水出口 26b經(jīng)由濃鹽水管26 連接至緊鄰的下^蒸發(fā)罐20中的濃鹽水入口 26a,使得將在lh游蒸發(fā)罐20 中產(chǎn)生然后保持于濃鹽*儲部24中的濃鹽水輸入緊鄰的下游蒸發(fā)罐20 中的濃鹽7JC儲存部24。在上游蒸發(fā)罐20中的冷凝水出口 27b經(jīng)由冷凝水 管27連接至緊鄰的下游蒸發(fā)罐,20中的冷凝水入口 27a，使得將在上游秀 發(fā)罐20中的傳熱管221中產(chǎn)生認(rèn)后保持于第二集管223中的冷凝7m入i 鄰的下游蒸發(fā)罐20中的間接加熱器22的第一集管222中。
用于引導(dǎo)由鍋爐等產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)蒸汽的驅(qū)動(dòng)蒸汽管3連接至最上游蒸發(fā) 罐20中間接加熱器22的第一集管222的蒸汽入口 25b。在最上游的蒸發(fā) 罐20中，不需要冷凝7JC入口 27a和濃鹽水入口 26a。
將蒸汽引導(dǎo)至下文描述的冷凝器8的蒸汽排出管81連接至最下游蒸發(fā) 罐20中的間接加熱器22的第二集管223的蒸汽出口 25a,用于糸^出冷凝 水至外界的冷凝7JC^出管卯連接至冷凝水出口 27b。用于將儲存的濃鹽水 排出至外界的濃鹽7jC排出管91連接至在蒸發(fā)室21的底部上形成的濃鹽水 出口 26b。
蒸發(fā)器2中的多個(gè)蒸發(fā)罐20從上游至下游分為兩組在高工作溫度下 操作的高溫蒸發(fā)罐組2a和在相對低工作溫度下操作的低溫蒸發(fā)罐組2b。 在圖1中顯示的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)高溫蒸發(fā)罐組2a和低溫蒸發(fā)罐組2b具有八 個(gè)蒸發(fā)罐20。高溫蒸發(fā)罐組2a和低溫蒸發(fā)罐組2b的蒸發(fā)罐20的數(shù)目可根據(jù)設(shè)計(jì)條件等來選定。
納濾膜設(shè)備5是用于除去結(jié)垢組分的設(shè)備，其除去包含于在箱4中保 持的海水等未處理的原水中的至少部分硫酸鉀(CaS04)及其它結(jié)垢組分， 以產(chǎn)生結(jié)垢組分減少的水。納濾膜設(shè)備5設(shè)置于箱4和冷凝器8之間。納 濾膜設(shè)備5具有主要除去二價(jià)離子的能力。特別地，優(yōu)選可高效除去硫酸 根離子的納濾膜設(shè)備5。
結(jié)垢組分減少的水的供^i殳備6是用于將結(jié)垢組分減少的7jC作為原料 7jC供給至高溫蒸發(fā)罐組2a的蒸發(fā)罐20的裝置，該結(jié)垢組分減少的水通過 使用納濾膜設(shè)備5從未處理的原水除去結(jié)垢組分而產(chǎn)生。結(jié)垢組分減少的 水的供給設(shè)備6具有供給泵(未顯示)和結(jié)垢組分減少的水的供給管61， 所述供給管61將高溫蒸發(fā)罐組2a的每個(gè)蒸發(fā)罐20的噴嘴23連接至納濾 M設(shè)備5。結(jié)垢組分減少的水的供給管61 ^!—部分沒置為通過在冷凝器8 內(nèi)提供的冷卻部(未顯示)，使得通過結(jié)垢組分減少的水的供給管61的結(jié) 垢組分減少的水用作使供給至冷凝器8的蒸汽冷凝的冷卻劑。
未處理的原水的供給設(shè)備7將箱4中未處理的原7jC作為原料7JC供給低 溫蒸發(fā)罐組2b的蒸發(fā)罐20。未處理的原水的供^H殳備7具有供給泵(未 顯示)和未處理的原水供給管71，所述供給管71將低溫蒸發(fā)罐組2b的每 個(gè)蒸發(fā)罐20的噴嘴23連接至箱4。未處理的原水供給管71的部分i殳置為 通過在冷凝器8內(nèi)提供的冷卻部(未顯示)，使得通過未處理的原7jC供給管 71的未處理的原水用作使供給至冷凝器8的蒸汽冷凝的冷卻劑。
冷凝器8是用于通過使用其中結(jié)垢組分已經(jīng)通過納濾膜設(shè)備5進(jìn)行除 去的結(jié)垢組分減少的水和由箱4供給的未處理的原水，來間接冷卻由多效 蒸發(fā)器2的最下游蒸發(fā)罐20的蒸汽出口 25a所排出的蒸汽從而產(chǎn)生冷凝水 的設(shè)備。所得冷凝水經(jīng)由管82排出至外部。
一種使用具有上述結(jié)構(gòu)的脫鹽裝置1由海水來產(chǎn)生可用作飲用水等的 冷凝水的方法如下所述。首先，通過鍋爐等產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)蒸汽由驅(qū)動(dòng)蒸汽管 3供給至蒸發(fā)器2。然后，將使用納濾膜設(shè)備5(即，用于結(jié)垢組分除去的 設(shè)備)已經(jīng)除去海水中至少部分結(jié)垢組分的結(jié)垢組分減少的水作為原料 水，經(jīng)由結(jié)垢組分減少的水的供^i殳備6來供給至高溫蒸發(fā)罐組2a的蒸發(fā)
9罐20。同時(shí)，將其中沒有除去結(jié)垢組分的海水(未處理的原水)作為原料 水，經(jīng)由未處理的原水的供給設(shè)備7供給至低溫蒸發(fā)罐組2b的蒸發(fā)罐20。
將注入蒸發(fā)器2中的驅(qū)動(dòng)蒸汽引入高溫蒸發(fā)罐組2a的最上游的蒸發(fā)罐 20的傳熱管221中。通過結(jié)垢組分減少的水的供給設(shè)備6供給的結(jié)垢組分 減少的水分配到高溫蒸發(fā)罐組2a的每個(gè)蒸發(fā)罐20的噴嘴23中，然后作為 原料水噴射到每個(gè)蒸發(fā)罐20的傳熱管221的外表面上，通過未處理的原水 的供iH殳備7供給的海水(未處理的原水)分配到低溫蒸發(fā)罐組2b的每 個(gè)蒸發(fā)罐20的噴嘴23中，然后作為原料水噴射到每個(gè)蒸發(fā)罐20的傳熱管 221的外表面上，
噴射到高溫蒸發(fā)罐組2a中的最上游的蒸發(fā)罐20中的傳熱管221的外 表面上的結(jié)垢組分減少的水與通過傳熱管221內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)蒸汽進(jìn)行熱交 換，^f吏得一部分結(jié)垢組分咸少的水蒸發(fā)。所得蒸汽然后供入緊鄰的Y游蒸 發(fā)罐20中的傳熱管221中作為熱源。在傳熱管221外表面上沒有蒸發(fā)的結(jié) 垢組分減少的水變?yōu)榫哂性黾拥柠}度的濃鹽水。所得濃鹽水沿著傳熱管 221的外表面向下流動(dòng)然后儲存在蒸發(fā)$21的底部。隨后，將濃鹽水從濃 鹽水出口 26b經(jīng)由濃鹽水管26供給至'i鄰的下游蒸發(fā)罐20。穿過傳熱管 221內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)蒸汽，通過與噴射到傳熱管221外表面上的結(jié)垢組分減少 的水進(jìn)行熱交換而轉(zhuǎn)化為冷凝水，然后儲存在間接加熱器22的第二集管 223中。經(jīng)由冷凝水管27，將冷凝7JC輸入間接加熱器22的緊鄰的下游蒸發(fā) 罐20中的第一集管222中。
在緊挨著高溫蒸發(fā)罐組2a的最上游蒸發(fā)罐20的蒸發(fā)罐20中，由噴嘴 23噴射到傳熱管221外表面上的結(jié)垢組分減少的水與在之前的蒸發(fā)罐20 (最上游蒸發(fā)罐)中產(chǎn)生并穿過傳熱管221的蒸汽之間發(fā)生熱交換。該過 程產(chǎn)生蒸汽和濃鹽水，并且還在傳熱管221中產(chǎn)生冷凝水。在高溫蒸發(fā)罐 組2a的后續(xù)蒸發(fā)罐20中依次進(jìn)行相同過程。
噴射到低溫蒸發(fā)罐組2b中的最上游蒸發(fā)罐20中傳熱管221的外表面 上的海水(未處理的原水)與在高溫蒸發(fā)罐組2a中的最下游蒸發(fā)罐20中 產(chǎn)生并通過傳熱管221內(nèi)部的蒸汽進(jìn)行熱交換。經(jīng)由該熱交換，部分海水 (未處理的原水)轉(zhuǎn)化為蒸汽，其它海水變?yōu)榫哂性黾欲}濃度的濃鹽水。 穿過傳熱管221內(nèi)部的蒸汽轉(zhuǎn)化為冷凝水。在緊挨著低溫蒸發(fā)罐組2b中最上游的蒸發(fā)罐20的蒸發(fā)罐20中，由噴嘴23噴射到傳熱管221的外表面 上的海水(未處理的原水)與在前一蒸發(fā)罐20 (最上游的蒸發(fā)罐20 )中產(chǎn) 生并穿過傳熱管221內(nèi)部的蒸汽進(jìn)行熱交換。該過程產(chǎn)生蒸汽和濃鹽水以
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ypc^RV/jnLf^v^^p^tL ;u升O 口Vf擊，&，
進(jìn)行相同過程。
經(jīng)由冷凝水管27，將在蒸發(fā)器2的每個(gè)蒸發(fā)罐20的傳熱管221中產(chǎn) 生的冷凝7jC依次地供給至下游蒸發(fā)罐20。最后，冷凝水經(jīng)由冷凝7JC排出管 卯從蒸發(fā)器2中的最下游蒸發(fā)罐20的冷凝水出口 27b排出。經(jīng)由蒸汽排 出管81，將在蒸發(fā)器2中的最下游蒸發(fā)罐20中的傳熱管221的外表面上 產(chǎn)生的蒸汽供給至冷凝器8，以轉(zhuǎn)化為冷凝水，然后經(jīng)由管82排出。由蒸 發(fā)器2排出的冷凝水和由冷凝器8排出的冷凝水用作飲用水和工藝用水， 并在各種工業(yè)例如電子工業(yè)中具有其它用途。 、
經(jīng)由濃鹽7jC排出管91，使得在蒸發(fā)器2的最下游蒸發(fā)罐20中儲存的 濃鹽7JC部分從濃鹽水出口 26b排出至外部。
在該實(shí)施方案的脫鹽裝置1中，通過將使用納濾膜設(shè)備5將結(jié)垢組分 從海水除去而得到的結(jié)垢組分減少的7JC作為原料水，供給至其中易于形成 結(jié)垢的其操作溫度高的高溫蒸發(fā)罐組2a的蒸發(fā)罐20中，然后進(jìn)行蒸發(fā)和 冷凝，以產(chǎn)生冷凝水。該布置可靠地防止在每個(gè)蒸發(fā)罐20的傳熱管221 等上的結(jié)垢沉積。
在該實(shí)施方案中，將海水而不是通過使用納濾膜設(shè)備5從海水除去結(jié) 垢組分來制備的結(jié)垢組分減少的水直接供給至低溫蒸發(fā)罐組2b的蒸發(fā)罐 20,因此通過整個(gè)脫鹽裝置l可高效地產(chǎn)生大量冷凝水，同時(shí)減小納濾膜 設(shè)備5的^Mt負(fù)載。將供給海水的低溫蒸發(fā)罐組2b的傳熱管221不存在 結(jié)垢沉積，這是因?yàn)樗鼈兪窃陲@著低于其中結(jié)垢組分例如石危酸釣可沉積到 傳熱管的表面上或其它部分上的溫度下進(jìn)行操作的。
如上所述，可防止結(jié)垢(水祐)在蒸發(fā)罐20中的傳熱管221的表面上 及其它部分上沉積。結(jié)果，可防止傳熱管221熱交換效率的降低，所以冷 凝水可由未處理的原水例如海水高效產(chǎn)生。此外，由于可防止結(jié)垢沉積， 供給至蒸發(fā)器2的驅(qū)動(dòng)蒸汽的溫度可進(jìn)一步提高，使得蒸發(fā)罐20可在甚至更高的操作溫度和高的濃度條件下運(yùn)行，因此高效產(chǎn)生大量冷凝水。
在這點(diǎn)上，本發(fā)明人通過如下計(jì)算溶度積已經(jīng)證實(shí)上述效果。用作未
處理的原水的海水包含23000ppm的氯化物組分、480ppm ( 0,012 mol/L ) 釣組分和3200ppm (0.033mol/L)硫酸根離子組分。^中通過使用納濾膜 設(shè)備5已將一些結(jié)垢組分從海水除去的結(jié)垢組分減少的水包含20000ppm 的氯化物組分、180ppm的(0.0045mol/L,除去率62.5%禍組分和100ppm (0.001mol/L，除去率97%)的硫酸根離子組分。
當(dāng)對這種結(jié)垢組分減少的水進(jìn)行蒸發(fā)-濃縮過程以產(chǎn)率1.6的濃縮比率 時(shí)，硫酸釣的溶度積是(鉀組分)x(硫酸根離子組 分)-0.0045xl.6x0.001xl.6-0.000012。相比之下，當(dāng)濃鹽水的溫度為125。C 和氯化物組分的濃度是32000ppm (20000ppmxl.6 )時(shí)，石危酸釣的遂:度積 極限是約0.0003，由顯示溶度積極'限和濃鹽水溫度之間關(guān)系的圖3中的曲 線可看出。圖3顯示基于United States Department of Interior's Office of Saline Water (OSW 14.16， IA頁；14.16頁IB)的技術(shù)數(shù)據(jù)手冊獲得的 結(jié)果。辨而，該數(shù)據(jù)是通過將(無水)硫酸釣蜂解于未處理的原水和濃鹽 水中以確定溶度積極限而測量的，因此難以直"用于其中處理結(jié)垢組分減 少的7jC作為原料水的情況。當(dāng)使用氯化物組分濃度作為參照進(jìn)行比較時(shí)， United States Department of interior's Office of Saline Water的數(shù)據(jù)是在 比結(jié)垢組分減少的水更嚴(yán)厲條件下的。因此，在確定更為安全的溶度積極 限方面不存在權(quán)宜的問題。為了更精確評價(jià)溶度積極限，原料水的離子強(qiáng) 度可用作參照。
如上所述，當(dāng)對濃縮比率為1.6的結(jié)垢組分減少的水進(jìn)行淡7jC產(chǎn)生過 程時(shí)，石危酸鉤的溶度積(0.000012)顯著低于溶度積極限(約0.0003)。 因此，即使在高達(dá)125'C的溫度下對蒸發(fā)器2供給驅(qū)動(dòng)蒸汽來驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)罐 20，也沒有結(jié)垢沉積風(fēng)險(xiǎn)。由圖3清楚看出，當(dāng)濃鹽水溫度是149。C和氯 化物組分濃JLA32000ppm時(shí)，硫酸鉤的溶度積極限是約0.0002。因此， 即使將比125'C更熱的149。C的驅(qū)動(dòng)蒸汽供給至蒸發(fā)器2來驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)罐20, 也沒有觀察到結(jié)垢沉積。因此，蒸發(fā)器2可在甚至更高的溫度下驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)對結(jié)垢組分減少的水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮過程直至其濃縮比率變?yōu)?時(shí)， 硫酸鈞的溶度積是(鈣組分)x(硫酸根離子組分)-0.0045x4x0.001x4-0.000072。由顯示溶度積極限和濃鹽7JC溫度之間關(guān) 系的圖4中的曲線看出，當(dāng)濃鹽水溫,度是125'C和氯化物組分濃-度是 80000ppm (20000ppmx4)，石危酸釣的溶度積極P艮是約0.0007。和在圖3 中一樣，圖4中的曲線顯示基于United States Department of Interior's Office of Saline Water的技術(shù)數(shù)據(jù)手冊(OSW 14.16， IA頁；14.16頁IB) 獲得的結(jié)果。
如上所述，即使當(dāng)結(jié)垢組分減少的水的濃縮比率是4時(shí)，硫酸鉀的溶 度積(0.000072)顯著低于溶度積極限(約0.0007)。因此，顯然即使將 具有高達(dá)125。C的溫度的驅(qū)動(dòng)蒸汽供給至蒸發(fā)器2來驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)罐20，也沒 有結(jié)垢沉積的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)濃鹽水溫度是149。C和氯化物組分濃度是80000ppm 時(shí)，溶度積極限是約0.0005，如圖4所示。因此，即使將結(jié)垢組分減少的 水的濃縮比率為4并且具有高于125 。C的溫度為149 'C的驅(qū)動(dòng)蒸汽供給至蒸 發(fā)器2來驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)罐20，也沒有結(jié)垢沉積風(fēng)險(xiǎn)。
以上描述了根據(jù)本發(fā)明的脫鹽裝置1的一個(gè)實(shí)施方案，但是本發(fā)明的 具體的結(jié)構(gòu)不限于上述實(shí)施方秉。例如，如圖5所示，脫鹽裝置l可具有 用于高溫蒸發(fā)罐組28的回流設(shè)i，其使在高溫蒸發(fā)罐組2a中產(chǎn)生的濃鹽 7jc部分返回至結(jié)垢組分減少的水的供給設(shè)備6;和用于低溫蒸發(fā)罐組29的 循環(huán)設(shè)備，其使低溫蒸發(fā)罐組2b中產(chǎn)生的濃鹽7jc部分返回至未處理的原 水的供^i殳備7。用于高溫蒸發(fā)罐組28的回流i殳備具有循環(huán)泵(未顯示) 和用于高溫蒸發(fā)罐組28a的回流管，所述回流管將高溫蒸發(fā)罐組2a的最下 游蒸發(fā)罐20的底部與結(jié)垢組分減少的水的供給管61連接。用于低溫蒸發(fā) 罐組29的回流設(shè)備具有循環(huán)泵(未顯示)和用于低溫蒸發(fā)罐組29a的回流 管，所述回流管將低溫蒸發(fā)罐組2b的最下游蒸發(fā)罐20的底部與未處理的 原水的供給管71連接。對于其中分別連接用于高溫蒸發(fā)罐組28a的回流管 和用于低溫蒸發(fā)罐組29a的回流管的蒸發(fā)罐20沒有限制，并且可根據(jù)設(shè)計(jì) ^Ht合適地選定。此夕卜，其中結(jié)垢組分減少的水的供給管61和未處理的原 7K供給管71連接至蒸發(fā)罐20的位置也可選擇。
在該結(jié)構(gòu)中，經(jīng)由用于高溫蒸發(fā)罐組28的回流設(shè)備，在將由結(jié)垢組分 減少的水的供給i史備6供給的結(jié)垢組分減少的水噴射到高溫蒸發(fā)罐組2a 的蒸發(fā)罐20的傳熱管221的表面上之前，將其與在高溫蒸發(fā)罐組2a中產(chǎn) 生的濃鹽水的一部分進(jìn)行混合。這使得由納濾膜設(shè)備5供給至高溫蒸發(fā)罐組2a的結(jié)垢組分減少的水的量減少。因此，納濾膜i史備5的^Mt負(fù)載可降 低并且可高效產(chǎn)生淡水。此外，因?yàn)樵诟邷卣舭l(fā)罐組2a中產(chǎn)生的濃鹽水的 溫度高于供給至高溫蒸發(fā)罐組2a的結(jié)垢組分減少的水的溫度,所以通過使 濃鹽7jc返回至結(jié)垢組分減少的水的供給設(shè)備6，可使經(jīng)由每個(gè)蒸發(fā)罐20的 噴嘴23噴射到傳熱管221上的原料水的溫度提高。結(jié)果，原料水和通過傳 熱管221內(nèi)部的蒸汽之間的溫差可減小。因此，在蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的蒸汽 的量可增加，因此可由未處理的原水例如海水來高效產(chǎn)生用于飲用及其它 目的的冷凝水。
經(jīng)由用于低溫蒸發(fā)罐組29的回流設(shè)備，使得在低溫蒸發(fā)罐組2b中產(chǎn) 生的濃鹽水的一部分也可以與由未處理的原水的供給設(shè)備7供給的未處理 的原水混合。因此，經(jīng)由低溫蒸發(fā)罐組2b的蒸發(fā)罐20的噴霧嘴23噴射 到傳熱管221上的原料水的溫度可提高，因此在蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的蒸汽的 量可增加。這使得能夠由未處理的原水高效產(chǎn)生冷凝水。
例如，如圖6所示，可提供預(yù)熱設(shè)備95來加熱通過結(jié)垢減少7jc供給管 61的結(jié)垢組分^少的水和通過未處理的原7jc供給管71 ^j未處理的原水。 圖6的結(jié)構(gòu)如—。高溫蒸發(fā)罐組2a的多個(gè)蒸發(fā)罐20分叢兩組，即上流組 2al和下流組2a2。低溫蒸發(fā)罐組2b的多個(gè)蒸發(fā)罐20分為兩組，即上流 組2bl和下流組2b2。通過在低溫蒸發(fā)罐組2b的所有蒸發(fā)罐20中和在高 溫蒸發(fā)罐組2a的下游組2a2中的蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的蒸汽作為熱源，將供 給至高溫蒸發(fā)罐組2a的上流組2al的蒸發(fā)罐20的結(jié)垢組分減少的7jC加熱。 此外，通過在低溫蒸發(fā)罐組2b的所有蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的蒸汽作為熱源， 將供給至高溫蒸發(fā)罐組2a的下游組2a2的蒸發(fā)罐20的結(jié)垢組分減少的水 加熱。此外，通過在低溫蒸發(fā)罐組2b的下游組2b2的蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的 蒸汽作為熱源，將供給至低溫蒸發(fā)罐組2b的上流組2bl的蒸發(fā)罐20的未
處理的原7jC加熱。
這種結(jié)構(gòu)有效地提高噴射到每個(gè)蒸發(fā)罐20的傳熱管221的表面上的結(jié) 垢組分減少的水和未處理的原水的溫度，并減小與通過蒸發(fā)罐20的傳熱管 221內(nèi)部的蒸汽的溫差。結(jié)果，在蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的蒸汽的量可增加，因 此可由未處理的原7jC有效地產(chǎn)生冷凝水。
此外，當(dāng)提供如圖6所示的預(yù)熱設(shè)備95時(shí)，供給至高溫蒸發(fā)罐組2a的上流組2al的結(jié)垢組分減少的水的溫度變得高于供給至高溫蒸發(fā)罐組2a 的下流組2a2的結(jié)垢組分減少的水的溫度。在這種情況下，如圖6所示， 優(yōu)選提供多個(gè)用于高溫蒸發(fā)罐組28的回流設(shè)備，使得在上流組2al中產(chǎn)生 的濃鹽7jC部分與供給至上流組2al的蒸發(fā)罐20的結(jié)垢組分減少的水混合， 并且使得在下流組2a2中產(chǎn)生的濃鹽7jc部分與供給至下流組2a2的蒸發(fā)罐 20的結(jié)垢組分減少的水混合。這種結(jié)構(gòu)可靠地減小噴射到高溫蒸發(fā)罐組2a 的蒸發(fā)罐20的傳熱管221上的原料水的溫度與通過傳熱管221內(nèi)部的蒸汽 的溫度之間的差異。這使得在蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的蒸汽的量增加，由此使得 可由未處理的原水高效地產(chǎn)生用于飲用等的冷凝水。
而且在低溫蒸發(fā)罐組2b中，供給至上流組2bl的未處理的原水的溫度 高于供給至下流組2b2的未處理的原水的溫度。因此，優(yōu)選提供用于低溫 蒸發(fā)罐組29的回流設(shè)備，、其將在上流組2bl中產(chǎn)生的濃鹽水與供給至上 流組2bl的蒸發(fā)罐20的未處理的原水部分混合。
或者，該實(shí)施方案可具有如下結(jié)構(gòu)，其中結(jié)垢組分減少的水的供^i殳 備6具有反滲透膜設(shè)備(RO設(shè)備)，^分離通過使得結(jié)垢組分減少的水 通過納濾膜設(shè)備5而獲得的部分純水，^得RO濃縮水作為原料7jc供給至 高溫蒸發(fā)罐組2a的蒸發(fā)罐20。這使得也能夠由反滲透膜設(shè)備產(chǎn)生用于飲 用等的水并實(shí)現(xiàn)淡水高效產(chǎn)生。如果必要，還能夠?qū)⒁呀?jīng)通過納濾膜處理 的海水和所得RO濃縮水的另外的混合溶液作為原料水，供給至高溫蒸發(fā) 罐組2a的蒸發(fā)罐20。
在該實(shí)施方案中，當(dāng)通過驅(qū)動(dòng)蒸汽管3的驅(qū)動(dòng)蒸汽的壓力足夠高以壓 縮在蒸發(fā)器2的蒸發(fā)罐20中的任意一個(gè)中產(chǎn)生的蒸汽時(shí)，在驅(qū)動(dòng)蒸汽管3 的上游中可搓:供蒸汽再壓縮噴射器31，如圖7所示，并且在蒸發(fā)罐20中 產(chǎn)生的蒸汽可部分供應(yīng)至蒸汽再壓縮噴射器31。在附圖7中，經(jīng)由蒸汽排 出管32，將在最下游蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的部分蒸汽供應(yīng)至蒸汽再壓縮噴射 器31。在該結(jié)構(gòu)中，在一些蒸發(fā)罐中產(chǎn)生的蒸汽可用作在上游上^L置的其 它蒸發(fā)罐的熱源。因此，采用更少的蒸發(fā)罐，可得到的期望的冷凝水(產(chǎn) 生的水)。通過將蒸發(fā)器2的工作溫度范圍(其對應(yīng)于最上游蒸發(fā)罐和最 下游蒸發(fā)罐之間操作溫度的差異)除以蒸發(fā)罐數(shù)目所獲得的值，基本和相 鄰蒸發(fā)罐之間操作溫度的差異相同。因此，需要的蒸發(fā)罐越少，則相鄰蒸 發(fā)罐之間操作溫度的差異越大。該結(jié)構(gòu)使得能夠由未處理的原水例如海水來高效產(chǎn)生用于飲用等的冷凝水。連接有蒸汽排出管32的蒸發(fā)罐20可根 據(jù)設(shè)計(jì)條件等合適地選擇。
還可使用例如圖8中所示的結(jié)構(gòu)，其中提供多個(gè)蒸汽再壓縮噴射器31 并且將在不同的蒸發(fā)罐20中產(chǎn)生的蒸汽供給至多個(gè)蒸汽再壓縮噴射器31 中的一個(gè)。穿過一個(gè)蒸汽再壓縮噴射器31的驅(qū)動(dòng)蒸汽供入高溫蒸發(fā)罐組 2a的最上游的蒸發(fā)罐20,穿過另一個(gè)蒸汽再壓縮噴射器31的驅(qū)動(dòng)蒸汽供 給至除了高溫蒸發(fā)罐組2a的最上游的蒸發(fā)罐20之外的蒸發(fā)罐20。
在該實(shí)施方案中，為防止在蒸發(fā)罐20中沉積軟的結(jié)垢例如碳酸釣，將 ^入未處理的原水例如海7jc^后，可進(jìn)行脫碳過程。當(dāng)?shù)蜏卣舭l(fā)罐組2b 的工作溫度4艮低從而沒有產(chǎn)生軟的結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可省略脫碳過程。
權(quán)利要求
1.一種脫鹽裝置，包括具有多個(gè)蒸發(fā)罐的多效蒸發(fā)器；和通過其傳輸蒸汽的多個(gè)傳熱管；其中通過將原料水供給至所述多個(gè)傳熱管的外表面以由所述原料水產(chǎn)生蒸汽和濃縮鹽水，以將在在前的蒸發(fā)罐中產(chǎn)生的蒸汽引入在后的蒸發(fā)罐中的所述傳熱管中的方式將所述多個(gè)蒸發(fā)罐彼此連接，從而使得所述蒸汽可用作所述在后的蒸發(fā)罐的熱源，和所述多個(gè)蒸發(fā)罐分為高溫蒸發(fā)罐組和低溫蒸發(fā)罐組，其中所述高溫蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫鹽裝置的上游，所述低溫蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫鹽裝置的下游，所述脫鹽裝置還包括結(jié)垢組分除去設(shè)備，其除去包含于未處理的原水中的至少一部分結(jié)垢組分以產(chǎn)生結(jié)垢組分減少的水；結(jié)垢組分減少的水的供給設(shè)備，其將所得的結(jié)垢組分減少的水作為原料水供給至所述高溫蒸發(fā)罐組的每個(gè)蒸發(fā)罐中的所述傳熱管，和未處理的原水的供給設(shè)備，其將未處理的原水作為原料水供給至所述低溫蒸發(fā)罐組的每個(gè)蒸發(fā)罐中的所述傳熱管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的脫鹽裝置，還包括用于所述高溫蒸發(fā)罐組的 回流設(shè)備，所述回流設(shè)備使在所述高溫蒸發(fā)罐組中產(chǎn)生的一部分濃縮鹽 水返回至所述結(jié)垢組分減少的水的供給設(shè)備。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脫鹽裝置，還包括用于所述低溫蒸發(fā)罐 組的回流設(shè)備，所述回流設(shè)備使在所述低溫蒸發(fā)罐組中產(chǎn)生的一部分濃 縮鹽水返回至所述未處理的原水的供給設(shè)備。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脫鹽裝置，其中所述結(jié)垢組 分除去設(shè)備是納濾膜設(shè)備。
5. —種通過利用脫鹽裝置產(chǎn)生淡水的方法，所述脫鹽裝置包括多個(gè) 蒸發(fā)罐和通過其傳輸蒸汽的多個(gè)傳熱管，其中通過將原料水供給至所述多個(gè)傳熱管的外表面以由所述原料 水產(chǎn)生蒸汽和濃縮鹽水，以將在在前的蒸發(fā)罐中產(chǎn)生的蒸汽引入在后的蒸發(fā)罐中的所述傳 熱管中的方式將所述多個(gè)蒸發(fā)罐彼此連接，從而使得所述蒸汽可用作所 述在后的蒸發(fā)罐的熱源，和所述多個(gè)蒸發(fā)罐分為高溫蒸發(fā)罐組和低溫蒸發(fā)罐組，其中所述高溫 蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫鹽裝置的上游，所述低溫蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫 鹽裝置的下游，所述方法包括結(jié)垢組分除去步驟，其除去包含于未處理的原水中的至少一部分結(jié) 垢組分以產(chǎn)生結(jié)垢組分減少的水；結(jié)祐《且分減少的水的供給步驟，其中將所述結(jié)垢組分減少的水作為 原料水供給至所述高溫蒸發(fā)罐組的每個(gè)蒸發(fā)罐中的所述傳熱管，和未處理的原水的供給步驟，其中將所述未處理的原水作為原料水供 給至所述低溫蒸發(fā)罐輯的每個(gè)蒸發(fā)罐中的所述傳熱管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脫鹽裝置以及脫鹽方法。其可以高效地獲得冷凝水同時(shí)防止結(jié)垢沉積。所述脫鹽裝置(1)包括具有多個(gè)蒸發(fā)罐(20)的多效蒸發(fā)器；和通過其傳輸蒸汽的多個(gè)傳熱管(221)，其中通過將原料水供給至所述多個(gè)傳熱管(221)的外表面以由所述原料水產(chǎn)生蒸汽和濃縮鹽水；以將在在前的蒸發(fā)罐(20)中產(chǎn)生的蒸汽引入在后的蒸發(fā)罐(20)中的所述傳熱管(221)中的方式將所述多個(gè)蒸發(fā)罐(20)彼此連接，從而使得所述蒸汽可用作所述在后的蒸發(fā)罐(20)的熱源。所述多個(gè)蒸發(fā)罐(20)分為高溫蒸發(fā)罐組(2a)和低溫蒸發(fā)罐組(2b)，其中所述高溫蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫鹽裝置的上游，所述低溫蒸發(fā)罐組設(shè)置于所述脫鹽裝置的下游。所述脫鹽裝置還包括結(jié)垢組分除去設(shè)備(5)，其除去包含于未處理的原水中的至少一部分結(jié)垢組分以產(chǎn)生結(jié)垢組分減少的水；結(jié)垢組分減少的水的供給設(shè)備(6)，其將所得的結(jié)垢組分減少的水作為原料水供給至所述高溫蒸發(fā)罐組(2a)的每個(gè)蒸發(fā)罐(20)中的所述傳熱管(221)，和未處理的原水的供給設(shè)備(7)，其將未處理的原水作為原料水供給至所述低溫蒸發(fā)罐組(2b)的每個(gè)蒸發(fā)罐(20)中的所述傳熱管(221)。
文檔編號B01D1/04GK101679076SQ200780052770
公開日2010年3月24日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者五味克之, 前川和人, 奧斯曼·艾哈邁德·哈馬德, 谷口良雄 申請人:海水淡化公司;水的再利用促進(jìn)中心;笹倉機(jī)械工程有限公司