一种低温多效蒸馏海水淡化系统的降膜式冷凝器

摘要

本发明涉及海水淡化技术领域，提供了一种低温多效蒸馏海水淡化系统的降膜式冷凝器，换热管支撑架设置在冷凝器外壳内，水室设置在换热管支撑架上，水室设置有五组，分为两层，上层两组，下层三组，水室包括：第一通道换热管束组、第二通道换热管束组和喷淋管束，第一通道换热管束组和第二通道换热管束组包括若干换热管束，第一通道换热管束组设置在第二通道换热管束组下侧，喷淋管束设置在第二通道换热管束组上侧，管侧真空吸入管路一端通过管侧挡板与第二通道换热管束组连接，壳侧真空吸入管路设置在冷凝器外壳上部，本发明解决常规设计中的换热管束换热面积小、余热回收率低、泄漏检查及更换繁琐、极易受冲刷及电化学腐蚀等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及了一种低温多效蒸馏海水淡化系统的降膜式冷凝器，所属领域分类号：C02F1/04。

背景技术

低温多效蒸馏海水淡化系统是将一系列含有喷淋管束和换热管束的效体蒸发器（简称蒸发器）串联起来，末端设置降膜式冷凝器（1.用于预热原海水，2.强制冷凝蒸汽，3.促进蒸汽单向流通），其热交换过程主要通过喷淋管束将原海水及浓缩海水均匀分布在各效体蒸发器内部的换热管束外表面，由此管束外表面的海水吸收蒸汽的潜热而汽化，管束内壁蒸汽遇冷凝结成淡水，经过在装置内多次蒸发和冷凝，从而获得多倍于蒸汽量的淡化水的过程。

目前低温多效蒸馏海水淡化系统降膜式冷凝器通常采用铜合金、铝合金及钛管等直管式或外螺纹管式换热管束布置于效体内部；常规外螺纹管式换热管可以有效增加换热面积，提升整体换热效果；同时按照现有低温多效蒸馏海水淡化系统生产工艺要求，为避免海水渗漏至换热管淡水侧，影响淡化水水质，降膜式冷凝器换热管束往往采用一根独立密封的换热管段；当需要更换独立密封的换热管束时，仅能通过喷淋方式确定渗漏部位换热管束实施两端封堵，取消其换热作用，进而保障淡化水水质指标，维持其余换热管束的继续使用。

然而，直管式换热管束通常价格便宜，便于安装，但换热面积较低，不利于蒸汽热能的充分回收利用；受限于喷淋系统中原海水中夹带部分的悬浮物和黏泥，在喷淋布水过程中极易堵塞在两波纹间隙，导致换热面积减少，布水流道堵塞，从而造成换热效率降低，造水比降低等问题；受限于降膜式冷凝器换热管束的数量及内部结构空间限制，通常无法针对已安装的换热管束实施更换条件；但采用封堵独立密封的换热管束时，会逐渐降低降膜式冷凝器换热面积，从而降低海水淡化系统降膜式冷凝器造水比，长此以往将导致低温多效蒸馏海水淡化系统无法正常投入生产运行状态。

发明内容

为了解决直管式换热管束通常价格便宜，便于安装，但换热面积较低，不利于蒸汽热能的充分回收利用；受限于喷淋系统中原海水中夹带部分的悬浮物和黏泥，在喷淋布水过程中极易堵塞在两波纹间隙，导致换热面积减少，布水流道堵塞，从而造成换热效率降低，造水比降低等问题；受限于降膜式冷凝器换热管束的数量及内部结构空间限制，通常无法针对已安装的换热管束实施更换条件；但采用封堵独立密封的换热管束时，会逐渐降低降膜式冷凝器换热面积，从而降低海水淡化系统降膜式冷凝器造水比，长此以往将导致低温多效蒸馏海水淡化系统无法正常投入生产运行状态的问题，本发明提供了一种低温多效蒸馏海水淡化系统的降膜式冷凝器，来解决该问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低温多效蒸馏海水淡化系统的降膜式冷凝器，包括：冷凝器外壳、换热管支撑架、水室、壳侧真空吸入管路、管侧真空吸入管路和海水进水管，所述换热管支撑架设置在冷凝器外壳内，

所述水室设置在换热管支撑架上，水室设置有五组，分为两层，上层两组，下层三组，所述水室包括：第一通道换热管束组、第二通道换热管束组和喷淋管束，第一通道换热管束组和第二通道换热管束组包括若干换热管束，第一通道换热管束组设置在第二通道换热管束组下侧，喷淋管束设置在第二通道换热管束组上侧，管侧真空吸入管路一端通过管侧挡板与第二通道换热管束组连接，管侧真空吸入管路另一端伸出冷凝器外壳，壳侧真空吸入管路设置在冷凝器外壳上部，壳侧真空吸入管路一端伸出冷凝器外壳，壳侧真空吸入管路另一端与设置在水室上的真空平衡管贯通连接，海水进水管一端与喷淋管束连接，海水进水管另一端穿过冷凝器外壳与外界海水连通，换热管支撑架上还设置有产品水缓冲罐和浓盐水缓冲罐，第一通道换热管束组、第二通道换热管束组输出端通过管路与产品水缓冲罐和浓盐水缓冲罐连接。

优选地，所述冷凝器外壳还设置有强制循环冷凝管，强制循环冷凝管通过壳侧真空吸入管路与冷凝器外壳内部贯通连接，强制循环冷凝管内部设置有列管式换热器，强制循环冷凝管底部设置有冷却水进水口，强制循环冷凝管顶部设置有冷却水出水口，冷却水进水口与冷却水出水口通过管道连通，强制循环冷凝管底部还设置有冷凝水收集管。

优选地，所述水室还包括：纤维管束，所述纤维管束均匀布置在喷淋管束下方，纤维管束内部承插有支撑杆。

优选地，所述换热管束包括：换热管束管体、导向翅片和定向导板，所述换热管束由多组换热管束管体端部通过螺纹对接实现整体贯通，换热管束管体对接处设置有橡胶密封圈，所述换热管束管体管内交叉间隔布置有多组导向翅片，导向翅片与换热管束管体径向切面呈45-60°，定向导板设置在换热管束管体端口。

优选地，所述导向翅片结构形式为换热管束管体轴截面翅片长度最大，向上下两侧逐渐减小，直至上下最低点处长度降为零。

优选地，所述换热管束与水平面夹角为0.001°-0.003°，换热管束较低的一端与产品水缓冲罐和浓盐水缓冲罐通过凝结水收集管连接。

优选地，所述喷淋管束包括：喷淋管，喷淋管下侧直线阵列设置有多个喷嘴，多个喷嘴与喷淋管可拆卸安装，每个喷嘴的底面水平布置。

优选地，所述换热管支撑架两端还贯通设置有液位平衡管，液位平衡管输出端与海水排污口贯通连接，海水排污口设置在冷凝器外壳底部最低点。

优选地，所述冷凝器外壳最低端还设置有海水出水口。

优选地，所述冷凝器外壳内部底部还设置有多组牺牲阳极。

优选地，所述冷凝器外壳外壁上还设置有壳侧窥视孔和管侧窥视孔，且壳侧窥视孔和管侧窥视孔设置透明有机玻璃。

优选地，所述冷凝器外壳外壁上还设置有壳侧检查人孔和管侧检查人孔。

优选地，所述冷凝器外壳外壁上还设置有酸洗排氢口。

本发明的优点在于：本发明通过在管束内部设置若干导向翅片，同时通过定向引导将海水淡化系统最后一级效体蒸发器剩余蒸汽引入第一通道后换热冷凝后再进入第二通道，延长蒸汽流通路径长度，增加管束内壁热交换面积，同时能有效提升降膜式式冷凝器整体空间利用率，增大换热管束有效换热面积。通过设置牺牲阳极和换热管束上部布置的纤维管束有效避免因海水冲刷和电化学腐蚀而造成的换热管束渗漏现象，本发明通过设置多组水室，便于当水室中换热管束失效后进行更换和维护。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明正视截面图；

图2是本发明侧视截面图；

图3是本发明强制循环冷凝管的正视图；

图4是本发明水室的截面图；

图5是本发明换热管束的结构轴侧图；

图6是本发明定向导板的示意图。

附图标记说明：

1、冷凝器外壳；2、换热管支撑架；3、水室；4、壳侧真空吸入管路；5、管侧真空吸入管路；6、海水进水管；7、真空平衡管；8、凝结水收集管；9、换热管束；10、强制循环冷凝管；；11、海水出水口；12、牺牲阳极；13、壳侧窥视孔；14、管侧窥视孔；15、壳侧检查人孔；16、管侧检查人孔；17酸洗排氢口；21、管侧挡板；22、液位平衡管；23、海水排污口；31、第一通道换热管束组；32、第二通道换热管束组；33、喷淋管束；34、纤维管束；91、换热管束管体；92、导向翅片；93、定向导板；101、冷却水进水口；102、冷却水出水口；103、冷凝水收集管；104、爆破安全膜；331、喷淋管；332、喷嘴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

结合图1和图2说明，一种低温多效蒸馏海水淡化系统的降膜式冷凝器，包括：冷凝器外壳1、换热管支撑架2、水室3、壳侧真空吸入管路4、管侧真空吸入管路5和海水进水管6，所述换热管支撑架2设置在冷凝器外壳1内，

所述水室3设置在换热管支撑架2上，水室3设置有五组，分为两层，上层两组，下层三组，采用双层五水室3独立冷凝模式，有效降低末级效体蒸发器蒸汽凝结效率，促进低温多效海水淡化系统蒸汽正向流通。

所述水室3包括：第一通道换热管束组31、第二通道换热管束组32和喷淋管束33，第一通道换热管束组31和第二通道换热管束组32包括若干换热管束9，换热管束9两端通过索环密封在换热管支撑架2所在管板上，换热管支撑架2承担第一通道换热管束组31、第二通道换热管束组32和喷淋管束33的承托支撑作用。

第一通道换热管束组31设置在第二通道换热管束组32下侧，喷淋管束33设置在第二通道换热管束组32上侧，管侧真空吸入管路5一端通过管侧挡板21与第二通道换热管束组32连接，以便将未冷凝的蒸汽及不凝结性气体混合物抽出，以便促进流通蒸汽正向流动，如此设置，能有效提升降膜式式冷凝器整体空间利用率，增大有效换热面积。

管侧真空吸入管路5另一端伸出冷凝器外壳1，壳侧真空吸入管路4设置在冷凝器外壳1上部，壳侧真空吸入管路4一端伸出冷凝器外壳1，壳侧真空吸入管路4另一端与设置在水室3上的真空平衡管7贯通连接，海水进水管6一端与喷淋管束33连接，海水进水管6另一端穿过冷凝器外壳1与外界海水连通，换热管支撑架2上还设置有产品水缓冲罐和浓盐水缓冲罐，第一通道换热管束组31、第二通道换热管束组32输出端通过管路与产品水缓冲罐和浓盐水缓冲罐连接。

本装置的冷凝器外壳1通过连接法兰方式与海水淡化系统末级效体蒸发器串联连接，冷凝器外壳1内部分两层五个水室3排列布置，上层两室和下层三室，其作用在于在充分利用空间的基础上，实现多级水室分层式独立冷却模式，最大限度的提升降膜式冷凝器蒸汽冷凝效率，每个水室3分别布置多组第一通道换热管束组31、第二通道换热管束组32和喷淋管束33，第一通道换热管束组31位于第二通道换热管束组32下侧，蒸汽首先经过第一通道换热管束组31进行冷凝，未冷凝的蒸汽抵达降膜式冷凝器末端挡板后回流进入第二通道换热管束组32继续冷凝，在第二通道换热管束组32中未冷凝的蒸汽及不凝结气体通过管侧真空吸入管路5抽出进入强制循环冷凝管10中最后冷凝或通过抽真空系统抽出；低温多效海水淡化系统最后一级效体蒸发器剩余蒸汽首先被引入第一通道换热管束组31，换热冷凝的凝结水排入尾端的冷凝水收集管103，第二通道换热管束组32中的凝结水从前壁的管箱中收集，与从第一通道换热管束组31一起通过冷凝水收集管103排入产品水缓冲罐，如因换热管束泄漏或冲刷腐蚀等原因造成水质指标异常，则将凝结水通过冷凝水收集管103排入浓盐水缓冲罐。

结合图3进行说明，所述冷凝器外壳1还设置有强制循环冷凝管10，强制循环冷凝管10通过壳侧真空吸入管路4与冷凝器外壳1内部贯通连接，强制循环冷凝管10内部设置有列管式换热器，强制循环冷凝管10底部设置有冷却水进水口101，强制循环冷凝管10顶部设置有冷却水出水口102，冷却水进水口101与冷却水出水口102通过管道连通，强制循环冷凝管10底部还设置有冷凝水收集管103，

所述强制循环冷凝管10为降膜式冷凝器外置式辅助蒸汽冷凝装置，通过并列三根壳侧真空吸入管路4与冷凝器外壳1固定连接，其结构为内部布置若干根钛合金换热直管束的列管式换热器，热源处于壳侧，冷源处于管侧，其作用在于冷凝少量未在降膜式冷凝器中凝结的剩余蒸汽，强制促进低温多效海水淡化装置蒸汽正向流通。

在降膜式冷凝器壳侧末端还设置有爆破安全膜104，爆破安全膜104是定值压力爆破保护装置，其作用在于降膜式冷凝器及其附属的强制循环冷凝管10不足以冷凝末级效体蒸发器蒸汽造成超过大气压力值情况下，维持低温多效海水淡化装置蒸汽单向外泄导通保护。

强制循环冷凝管10采用水电联产燃煤发电机组循环冷却水作为独立冷却水源，冷却水源通过冷却水进水口101进入强制循环冷凝管10管侧内壁与未在降膜式冷凝器中凝结的剩余蒸汽接触换热冷凝，吸收热量后通过冷却水出水口102流出，冷凝后的蒸汽冷凝水通过冷凝水收集管103排出，未凝结的不凝结气体通过壳侧真空吸入管路4从抽真空系统排出。

结合图4进行说明，所述水室还包括：纤维管束34，所述纤维管束34均匀布置在喷淋管束33下方，纤维管束34内部承插有支撑杆，纤维管束34直接布置在每个水室3的喷淋管束33的正下方，呈交错布置方式，纤维管束34内部承插一种特殊聚亚酰胺的支撑杆，支撑杆为纤维管束34提供必要的支撑刚性，同时纤维管束34采用耐腐蚀、耐磨损的纤维材质，能够有效阻挡因喷淋管束33分配海水及海水中携带泥沙而造成换热管束9的冲刷作用腐蚀泄漏的风险。

结合图5和图6进行说明，所述换热管束9包括：换热管束管体91、导向翅片92和定向导板93，所述换热管束9由多组换热管束管体91端部通过螺纹对接实现整体贯通，多组换热管束9可采用分装式定位导入方式，利用换热管支撑架2定向牵引杆对接，通过螺旋导向承插对接方式实现快速更换换热管束9整体贯通，换热管束相互对接部位均设置密封胶圈用于封堵结合密封面，避免海水渗入换热管束9内部影响凝结水水质。

所述换热管束管体91管内交叉间隔布置有多组导向翅片92，导向翅片92与换热管束管体91径向切面呈45-60°，定向导板93设置在换热管束管体91端口，所述导向翅片92结构形式为换热管束管体91轴截面翅片长度最大，向上下两侧逐渐减小，直至上下最低点处长度降为零，换热管束管体91进口端口和出口端口分别设置定向导板93，其作用在于定向引导蒸汽流通方向至换热管束9内部的导向翅片92，以便蒸汽流体在换热管束9内部通过微循环方式“S”型路径通过流道，延长蒸汽流通及接触距离，增加内壁换热面积，所述换热管束9内壁布置若干个导向翅片92，所述导向翅片92在换热管束9内壁呈现间隔交叉布置形式，其结构形式为换热管内壁水平端部翅片长度最大，向上下两侧逐渐减小，直至上下最低点处长度降为零，导向翅片92与换热管束9径向切面呈（45-60°）倾斜角度，且间距可根据海水淡化系统设计造水比具体情况自由调节，导向翅片布置若干个微小导向流通孔洞，其作用在于当蒸汽过流时微小流通孔洞分流一部分蒸汽过流通量，另一部分过流通量仍然通过间隔布置的导向翅片92导向流通，还可以平衡导向翅片两侧压力状态，避免在导向翅片后间隙空间形成流通负压涡流区导致换热管束与支撑框架振动磨损，同时在海水淡化装置负荷高蒸汽流量较大时延缓蒸汽流通速率，提升换热管束冷凝效率。

所述换热管束9与水平面夹角为0.001°-0.003°，换热管束9较低的一端与产品水缓冲罐和浓盐水缓冲罐通过凝结水收集管8连接，便于凝结水回收。

结合图4进行说明，所述喷淋管束33包括：喷淋管331，喷淋管331下侧直线阵列设置有多个喷嘴332，多个喷嘴332与喷淋管331可拆卸安装，每个喷嘴332的底面水平布置，喷淋管331布置在第一通道换热管束组31上方，喷淋管331上布置若干喷嘴332，喷嘴332底面水平布置，可以使海水均匀分布至换热管束9外壁，避免海水分布冷却不均或冲刷换热管束9，喷淋管331通过海水进水管6分别在降膜式冷凝器五个水室3两端分为两层喷淋布水，以此保障整体布水的均匀性。

结合图2进行说明，所述换热管支撑架2两端还贯通设置有液位平衡管22，液位平衡管22输出端与海水排污口23贯通连接，海水排污口23设置在冷凝器外壳1底部最低点，液位平衡管22分别在换热管支撑架2两端布置联通，避免因真空度不平衡及液位控制偏差而造成的液位波动情况，所述海水液位过高时可通过液位平衡管22溢流进而从海水排污口23排出本装置。

结合图1和图2进行说明，所述冷凝器外壳1最低端还设置有海水出水口11，如此设置，可以将预热海水输送至后续海水淡化装置效体蒸发器。

所述冷凝器外壳1内部底部还设置有多组牺牲阳极12，如此设置，可以对冷凝器外壳及换热管支撑架等附属部件防腐涂层表面有擦伤或损伤的情况下用于阴极防腐保护。

所述冷凝器外壳1外壁上还设置有壳侧窥视孔13和管侧窥视孔14，且壳侧窥视孔13和管侧窥视孔14设置透明有机玻璃，如此设置，可以观察喷淋管束喷淋海水分布及换热管束外壁结垢程度。

所述冷凝器外壳1外壁上还设置有壳侧检查人孔15和管侧检查人孔16，如此设置，可以在停运期间便于快捷检查降膜式冷凝器管侧、壳体腐蚀、结垢、淤积状态。

所述冷凝器外壳1外壁上还设置有酸洗排氢口17，如此设置，可以方便降膜式冷凝器酸洗期间产生的氢气排出。

本发明的工作原理：蒸汽首先经过第一通道换热管束组31进行冷凝，未冷凝的蒸汽抵达降膜式冷凝器末端挡板后回流进入第二通道换热管束组32继续冷凝，在第二通道换热管束组32中未冷凝的蒸汽及不凝结气体通过管侧真空吸入管路5抽出进入强制循环冷凝管10中最后冷凝或通过抽真空系统抽出；低温多效海水淡化系统最后一级效体蒸发器剩余蒸汽首先被引入第一通道换热管束组31，换热冷凝的凝结水排入尾端的冷凝水收集管103，第二通道换热管束组32中的凝结水从前壁的管箱中收集，与从第一通道换热管束组31一起通过冷凝水收集管103排入产品水缓冲罐，如因换热管束泄漏或冲刷腐蚀等原因造成水质指标异常，则将凝结水通过冷凝水收集管103排入浓盐水缓冲罐，本发明延长了蒸汽流通路径长度，增加管束内壁热交换面积，空间利用率高，余热回收利用率高，汽水分离效果好，检查更换换热管束便捷，综合成本低廉。

对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。