[发明专利]一种曝气式增湿除湿蒸发系统及方法

说明书

本发明涉及一种曝气式增湿除湿蒸发系统及方法，本发明的系统包括通过空气循环单元连接的增湿单元和除湿单元；增湿单元具有增湿箱体、进料组件、增湿曝气装置和加热循环组件；除湿单元具有除湿箱体、除湿曝气装置、冷却水恒温组件和冷却水外排组件；空气循环单元包括连接于增湿箱体与除湿曝气装置之间的湿热空气循环管路以及连接于除湿箱体与增湿曝气装置之间的干冷空气循环管路。与现有技术相比，本发明具有设备组装简单、维护方便、传热效率高、成本低、投资少及占地面积小的优点，既减少了化石燃料的利用，又降低了使用化石燃料带来的环境问题，符合节能减排及持续发展的目标，具有良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于环保节能技术领域，涉及曝气式增湿除湿蒸发系统及方法，尤其是涉及一种将低温加热与曝气蒸发结合的低能耗、结构简单的蒸发浓缩系统。

背景技术

水资源的匮乏是世界面临的难题，地表水中的海水约占整个水圈的97.5％，真正能被人类直接利用的淡水资源只占0.00768％，加之水的地区分布不均，导致一些地区出现“水比油贵”的现象。中国目前人均水资源量只有2140m³，只有世界水平的四分之一。而随着经济的发展和人口的增加，人类对水资源不断增加的需求与日益匮乏的水资源矛盾急剧加大。为了解决这一问题，不仅需要人类节约用水、保护水资源，还需要变不可用水为可用水，比如海水淡化、污水处理等。

蒸发作为一种从污水中蒸馏出水的方法，常用于无法通过过滤、生物或化学处理等方法去除高浓度污染物的废水的处理，其中蒸发应用最广的领域为海水淡化。为了使水分得到最大程度的蒸发，需要为蒸发系统提供大量的热能。而提供热能的化石燃料等不可再生资源在全球能源需求日益膨胀的情况下，枯竭速度日益加快。因此，蒸发工艺的低能耗设计一直都是研究焦点。无沸腾的蒸发因为蒸发温度低、热能消耗小等优点在研究和应用方面得到了广泛关注，比如低温真空蒸发、低温多效蒸发和增湿除湿蒸发等。其中增湿除湿蒸发因为低温常压的操作条件，相比于低温真空和低温多效蒸发技术，具有操作简便、运维成本小以及工艺规模灵活等优点。

现有技术文献：

(1)中国专利CN106765704A提出了一种双热质耦合太阳能热空气型蒸发系统及方法，通过太阳能集热器加热空气、冷凝显热预热待蒸发物料，充分利用了低位热能。

(2)中国专利CN111453915A公开了一种基于空气增湿除湿的废水浓缩系统，通过设置填料和布气、布水装置，达到废水的浓缩结晶目的。

发明内容

通过对现有技术的分析，本发明申请人发现，中国专利CN106765704A在综合考虑工艺运维成本等因素时，该系统的处理热效率较低，且受自然条件等因素的影响较大；中国专利CN111453915A的填料和布水布气结垢容易结垢腐蚀，尤其是该发明中除湿器中的温度较高，设备结垢腐蚀更严重。在现有的、常规的增湿除湿蒸发系统中，普遍存在着蒸发速率低、热效率不高的缺点，这就意味着需要更长的蒸发时间或者更大的设备体积。特别是在利用太阳能、废热等有利于可持续发展的能源作为热源的应用中，增湿除湿装置的热效率更加有待提高，以平衡紧张的能源需求和工艺成本的降低需求。此外，现有增湿除湿方法中，多采用增湿器内设置填料，并辅以液体喷雾装置，以增大气液逆流接触面积、提高热效率。这样的方式存在一个显著的缺点，就是填料、喷头等装置容易堵塞和腐蚀，加之待蒸发物料的可能存在腐蚀性成分，在增加运维成本的同时，限制了增湿除湿工艺的应用范围。因此，需要改进增大气液接触面积的方式，减少易腐蚀、结垢设备或者材料的应用。

综上所述，针对现有工艺及装置的缺陷，特别需要一种热质传递效率高、能有效降低腐蚀和结垢概率的增湿除湿蒸发系统，以解决存在的问题。

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热质传递效率高，可有效降低设备腐蚀、结垢概率的曝气式增湿除湿蒸发系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：