[发明专利]低温余热驱动的热膜耦合海水淡化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以高效利用余热和制备淡水的装置，属于工业节能领域。

背景技术

水资源是人类社会一切生产、生活的物质基础，没有水和水资源就没有人类。21世纪以来，水资源问题已经成为困扰世界各国经济和社会发展的一个重要的制约因素。目前世界各国常用的局部地区缺水解决方案有远程调水、地下取水、建造水库等，但是长期使用造成了水资源枯竭、浪费土地、地面下沉和破坏生态等众多弊端，不能从根本上解决淡水危机。

海水淡化技术经过几十年的发展，已成为世界上公认的解决缺水的最佳方案。海水淡化不仅可以增加淡水总量，而且不受时空和气候影响。目前海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法和反渗透法等。其中，反渗透海水淡化（SWRO）技术无需加热、能耗少，运行过程连续稳定，设备体积小、操作简单，适应性强等技术优势，因此得到了广泛研究和推广。

反渗透海水淡化（SWRO）技术是利用高压泵将原料海水加压，使其压力达到所需的操作压力，然后使加压后的原料海水流入反渗透膜压力容器中进行分离，透过反渗透膜的部分成为淡水，未透过反渗透膜的浓盐水则带着高压排出。近年来，反渗透膜技术、海水的预处理技术、高压浓盐水的回收技术等相关技术都获得了长足发展，使得反渗透海水淡化的生产成本不断下降，但是反渗透膜的寿命和高压泵的能耗仍然制约了反渗透海水淡化的进一步推广。中国专利公开了“一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置”（专利号：201520140199），采用低温余热有机朗肯循环（ORC）为反渗透海水淡化（SWRO）技术所需的高压泵提供动力源，降低了反渗透海水淡化（SWRO）技术的能耗，但是反渗透海水淡化（SWRO）技术的设备成本方面未有显著降低，原因在于反渗透膜为半透膜，价格不菲、寿命不长，每年约有50%的衰减，产水速度降低；而且由于反渗透膜的阻力大，因此运行中需要使用高压泵持续提供动力，进一步降低了反渗透膜的寿命；同时反渗透海水淡化（SWRO）技术产生淡水水质含盐量300ppm左右，对水质要求高的用户不能直接适用，生产灵活性低。

低温多效蒸馏法（LT-MED）产生淡水含盐量低于5ppm，水质完全适用于要求高的用户。低温多效蒸馏法（LT-MED）海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度约70摄氏度的海水淡化技术，由于操作温度降低，传热管材的结垢和腐蚀问题得到了有效控制，因此可以使用廉价的铝合金材料替代贵重的防腐合金，从而有效降低了海水淡化设备的制造成本。低温多效蒸发可以利用低品位的热源作为加热蒸汽，因此其制水的能耗成本大幅度降低。国际原子能委员会认为，在所有蒸馏法中，多效蒸发海水淡化方法在降低海水淡水成本方面最具有潜力。

我国工业余热资源总量高达8亿吨标煤，占我国总能耗约30%。低温余热有机朗肯循环（ORC）采用低沸点工质吸收热量汽化，进入透平（透平指将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮或涡轮机）膨胀做功驱动高压泵，排放的系统余热还可以作为低温多效蒸馏法（LT-MED）的热源，将反渗透海水淡化（SWRO）、低温多效蒸馏法（LT-MED）与低温余热有机朗肯循环（ORC）的耦合系统可以提高低温余热利用效率，减小不可逆损失，对于降低生产费用、提高生产的灵活性等方面都有较大的优势，对促进能源的高效利用和水资源的可持续发展具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种低温余热驱动的热膜耦合海水淡化装置，将有机朗肯循环系统、反渗透海水淡化系统和低温多效蒸馏系统相结合，旨在提高工业余热的高效利用、深度利用和满足不同海水淡化用户的用水水质和水量的要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种低温余热驱动的热膜耦合海水淡化装置，包括有机朗肯循环系统、反渗透海水淡化系统和低温多效蒸馏系统；所述有机朗肯循环系统驱动反渗透海水淡化系统以制取淡水，同时有机朗肯循环系统排放的余热为低温多效蒸馏系统提供热源以制取淡水。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述有机朗肯循环系统包括与系统余热管道相连通的蒸发器、与蒸发器的有机工质管道相连通的膨胀机、与膨胀机出口相连通的凝汽器、与凝汽器的有机工质管道出口相连通的工质泵，工质泵的出口连通蒸发器的有机工质管道入口；所述蒸发器还设置有用于与有机工质换热的余热排放管道，凝汽器还设置有用于与有机工质换热的原料海水管道。