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CN1522168A - 从含有盐的未处理水中生产洁净饮用水和高百分比盐水的蒸发方法 - Google Patents

从含有盐的未处理水中生产洁净饮用水和高百分比盐水的蒸发方法 Download PDF

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CN1522168A
CN1522168A CNA018234267A CN01823426A CN1522168A CN 1522168 A CN1522168 A CN 1522168A CN A018234267 A CNA018234267 A CN A018234267A CN 01823426 A CN01823426 A CN 01823426A CN 1522168 A CN1522168 A CN 1522168A
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Abstract

本发明涉及一种用于获取高蒸馏品质的饮用水以及含不同盐量的高百分比的盐水的经济方法和装置。与热电力产生过程相结合，本发明还提供电流，其中燃料的使用率高于85％。本发明的方法使用了废热，工作于饱和蒸发循环系统中，并在一个温度间隔中，用于未处理水的可同流换热的预热。所述系统可以包括相当数量的蒸发模块，从而能适合所有饮用水的需求。蒸发模块可在多到四个系统压力级下运行，并且可以将较高级的系统压力级的废热用于安置在下游的压力级中。这样便可获得饮用水的热耗值小于10kW/m3。通过使用标准的气体涡轮/发电装置，该模块设计可以满足3.0－1000m3/h容量的饮用水。使用从内燃机生成的废热可以获取较少量的饮用水。

Description

从含有盐的未处理水中生产洁净饮用水和高百分比盐水的蒸发方法
本发明构成一个蒸发过程，以及该过程的许多有利发展，用于从生水中生成高品质饮用水和作为化学原材料的高级盐水，不管该生水的初始盐浓度多少。如果该蒸发过程和一热电力发电过程相结合，这种组合设施能够以高燃料效率产生电能。
构成本发明的过程利用了一个穿过一个或多个蒸发/冷凝温度范围的饱和蒸汽循环载体气流。它们是一个在另一个之上设置的。载体气体是在蒸发柱内吸收水蒸气，并且在冷凝柱中释放它，这样就产生了蒸馏。引入的生水是作为冷却剂的。当它吸收热量时，即通过蒸馏物冷凝产生的热量，它就加热起来了。附加的热量用来补偿由载体气体循环传递而造成的热量损失。
这样的一种由一个蒸发装置构成的蒸发过程，公开在EP 0531 293B1中，其中用来补偿由载体气体传递而造成的热量损失，使用了两个性能相同的热交换装置，所有循环载体气体都从中通过。其中一个热交换装置位于冷凝柱内，而另一个位于蒸发柱内。这样设置的目的是在冷凝柱内通过使用冷凝释放的热量将蒸汽消耗的载体气体总气流加热，并且在蒸发柱内将所吸收的热量传递给蒸发介质，这样就消除了由传递而损失的热量。
这种方法的主要问题是这些附加的热交换装置很大程度地过量补偿了传递中的热量损失，并且，产生相当大的因多种热交换而造成的温度损失。此外，这些在两个柱内的热交换装置的机械整合在结构上很复杂的，要占用很大的空间以及大规模的生产，并且成本很昂贵的。
本发明提供的解决上述问题的方法是避免对载体气体传递而造成的热量损失的过度补偿。它基于一个特定的蒸发装置，是由一个蒸发柱，一个冷凝柱，和一个再加热装置以及由鼓风机驱动的，通过并在蒸发柱和冷凝柱之间循环的一个载体气体组成。其中收集蒸汽的载体气体，在一个相同的蒸发/冷凝温度范围内循环，具有温度和流量的调节。一个有生水流过的可同流换热的热交换装置，位于冷凝柱内。
取代了将附加热交换装置整合在柱内用以加热和冷却这些无蒸汽载体气体循环总气流，代表本发明的方案利用了一个由在冷凝柱和蒸发柱间若干个单元所组成的热交换器。在主侧，一个分配的、饱和蒸汽的、载体气体传输气流，流过每一个热交换器单元。在辅助侧，盐水连续地流过这些单元，并经过多个单元热交换器和蒸发柱之间进行循环。当盐水连续地流过热交换器单元时，它就从一个单元到下一个单元地进行加热，这样流量就逐渐减少了。从热交换器单元传递到蒸发柱中的单个的可调节流量-温度的部分盐水流，将从蒸发柱通过热交换器单元传递到冷凝柱内的部分调节到载体气体的饱和蒸汽流的焓值标准。再加热后的部分盐水流以大约相同的温度引入到蒸发柱的入口处，从而消除了由循环的载体气体传递而造成的热量损失。在这些流过蒸发柱的过程中，与还在冷却的盐水主流一起蒸发。流过热交换器单元的循环盐水的总量，或者是由浓缩的盐水流出量或是由生水的流入量供给。
因此，用来补偿传递中的热损失而安装的热交换输出，将1000kg∥h的水的蒸馏率从2×210kw减小到小于70kw。换句话说，水的蒸馏率减小到以前的六分之一。温度损失减小了一半。
需要不同的热交换器输出，用以完成来自不同物理条件的相同的目的。即，对给出一个固定的总系统压力，用来在载体气体内储存相同的蒸汽量，需要较大量的气体，用来在低蒸汽部分压力下储存，而不是在高蒸汽部分压力下储存相同量的蒸汽。由于这个原因，当饱和温度升高到高于柱内运行温度的范围时，从蒸汽柱传递给冷凝柱的载体气体量以幂指数形式减小。例如在专利EP 0531 293 B1的说明书中公开的积累起来形成循环总量的部分载体气体量。必须不能流过全部柱的整个工作温度范围。而是，最大载体气体的部分量必须仅通过最低温度范围，而最小载体气体的部分量必须通过整个温度范围。在一个极端实施例中，如果蒸汽的部分压力与总系统压力相等，要传递的载体气体的部分量将会为零。根据本发明的平行连接的热交换器及装置，免去了在柱内整和热与质量交换装置的必要，这就意味着在柱内的热和质量的交换不易丢失。因此，柱的设计就更加紧凑，并且制造成本非常小。
进一步地，通过多个单元热交换器，不止一次地在盐水一侧供给浓缩的流出量，是一种特别有效的方法，用来使最终的流出量浓缩到凝结点，但又避免了结晶。当储存的盐水有限时，或从无限量的海水供给生成高浓度的盐水作为化学原材料时，这一方法尤其具有优点。
在多个单元热交换器和蒸发柱之间循环的盐水，不仅用来补偿由循环载体气体传递而造成的热损失，也用来逐渐地代替蒸发柱内正在蒸发的盐水，并且用来平衡正在蒸发的盐水中焓的变化。结果，当蒸发温度减小时，在蒸发柱内的特定蒸汽量增加，而在没有循环盐水的情况下，蒸汽量减小。结果，获取蒸馏的特定的再加热需求就较低。
本发明所涉及的所述过程的另一方面是这样一个事实，多个单元热交换器与可同流换热的热交换装置在冷凝柱中相结合，或整和在冷凝柱中。可同流换热的热交换装置的热交换表面区域增大了，包括了外部热交换器的单个热传递单元的运行值，以及那些可调节流量-温度的生水的部分量，从可同流换热的热交换装置中分级地移去，并供给到蒸发柱内具有相同温度的位置。结果是，柱可以制造成一个具有在空间和成本上都节省的同轴设计的蒸发模块，并且具有一个能够承受住压力的外罩。这就基本上减小了用管道、阀门和压力容器以及管道连接件的费用，并减小了昂贵的抗海水材料的使用。
不限数量的这种蒸发模块可以连接成平行组，用以增加饮用水的生产量，以及串联连接到最多4个运行系统压力标准。用了不同的系统压力标准，在蒸发模块内，得以在较低系统压力标准下循环的载体气体量，作为与其相关的热传递时得以减小。此外，蒸发温度范围可以增加到220K，并且在较高系统压力标准下，模块的废热可以用来最终加热在低于高系统压力标准下的蒸发模块的盐水的流入量。结果是，减小了在最高系统压力标准下的外部加热运行，以及减小了在最低系统压力标准下的外部冷却运行。在一个增大的蒸发温度范围内，不管盐的含量如何，用于从生水中生产饮用水的特定的热能消耗可以减小到小于10kWh/m3。并且，模块设计在大型自动化生产线上允许有更大的和更节约的产品份额。
理想地，蒸发模块的运行系统压力标准应该是可选择的，因此，在串联连接的模块内，相同的蒸发温度差以调节的特定的相互依赖的蒸发率进行处理。这样，延长了蒸发设施的总蒸发温度范围。在蒸发模块内的总系统压力由载体气体的引入量而设定。不同系统压力标准的运行值直到由外部热源来决定的上蒸发温度(Upper EvaporationTemperature)达到时才得到。用于获得饮用水的蒸发装置的最好的载体气体是大气。
在生水的流入侧安有一个机械滤水器，用来去除生水中的悬浮物，对蒸发装置总是有利的。从浓缩的流出物中的盐水或作为制冷剂用于蒸发装置的另一部分(a second body)生水，可以对自动回流有好的效果。
对于高于100℃的蒸发温度的多级蒸发装置，建议采用一个可选择地净化电渗析单元的组合，以防止在蒸汽表面上形成壳状物。这是一种从要加热的生水中去除形成的外壳和腐蚀性的游离盐如CaSO4，CaCO3和Mg(OH)2的节能方法，并且经过蒸发装置，将它们提供给蒸发装置的浓缩或冷却的流出物。这就增加了蒸发装置的可利用性和使用寿命，并减小了所需的维修。
太阳热能或工业过程的废热可以非常有效地用来将净化的，预热的生水，从可同流换热的最终温度加热到上端蒸发温度。对太阳能加热来说，蒸发模块的运行压力标准可以设置为最适宜的收集器运行条件。
从产生电力的气体涡轮机或燃油发动机来的废热特别适宜。在此情况下，平行地以及串连连接的蒸发模块的数量可以调节到温度标准，并且可供给大量的废热。类似这样的装置产生电力的元件提供所有装置所需的电力，例如，可以将剩余能量提供给一个公用电力网。在这种类型的装置中，燃油使用率高达85％是可能的。
为了增加饮用水的产量，反渗透(RO)和/或电渗析(ED)装置可以在上游或与生水的流入侧平行地连接。然而，只有在特定的能量损耗包括转换损失，不高于蒸发装置本身损耗时这种设置才是值得的。在提供的生水的盐浓度间隙变化时，例如，由于潮水影响的结果，生水从河口湾中提取时，上面所述总是有利的。
使用这样的一个蒸发装置获得的蒸馏物可以与预先处理的部分生水和/或与机械或电过程的渗透相混合，用以生产饮用水(RO，ED)。这些通过一个超紫外线的放射系统(UVR)，在与蒸馏物混合前使它们消毒。
本发明通过图1至图5详细说明。图的说明如下：
图1：一个在柱体外、带有多个单元热交换器的单级蒸发模块过程的示意图，用以补偿由载体气体循环而传递的热损失。
图2：一个蒸发系统过程的示意图。该蒸发系统包括三个运行系统压力标准，在每一个系统压力标准下有一个蒸发模块，及结合有可同流换热单元的用于补偿热传递的系统。
图3：一个由电力产生装置生成的废热加热的蒸发装置过程的示意图，用于饮用水相结合的产品，高级的盐水以及电力的产生。
图4：一个用于生产高品质饮用水和高级盐水的蒸发装置的生水流量示意图。
图5：一个用于生产高品质饮用水和高级盐水的，具有最佳能量耗损值的蒸发装置的可替换的生水流量示意图。
图1示出了所说蒸发模块，包括一个蒸发柱(1)，一个冷凝柱(2)，一个多个单元热交换器(3)以及一个再加热装置(4)。蒸汽收集载体气体(6)，在这里为空气，由鼓风机驱动，通过柱体(1)和(2)并在柱体(1)和(2)之间循环。
一个可同流换热的热交换装置(7)位于冷凝柱(2)内。泵(8)驱动生水(9)流过热交换装置(7)，用于可同流换热的再加热。可同流换热地加热的生水(9)通过再加热装置(4)加入。并在再加热装置内，将其加热到上蒸发温度，然后引入到蒸发柱(1)的上部(10)。
蒸发柱(1)包括热和质量交换包，它们一个在另一个之上放置(11.01到11.15)。在其上，加热后的生水(9)垂直地从上部流到底部地被冷却，同时以相反的方向(6)蒸发到空气流中。在包(11.01到11.15)之间有自由空间(12.1到12.15)。在这些自由空间中，部分饱和蒸汽气流(6.01到6.15)通过多个单元热交换器(3)的各个单元(3.01到3.15)，供给到循环的空气(6)中。然后，在相同温度标准下将其引入到冷凝柱(2)中。空气在柱(1)内和热交换单元(3.01到3.15)内流过相同数量的单元(11.01到11.15)。
一个泵(14)，从蒸发柱(1)的底部(15)抽取冷的浓缩盐水。部分盐水流(16)，即部分浓缩流出物(13)，供给到多个单元热交换器(3)，并在所述热交换器(3)内，部分盐水流(16)与总体流相似。当其通过在辅助侧上的单元(3.01到3.15)时，该部分盐水流(16)就加热。在每两个单元之间，一个在循环盐水(16)中逐渐加热的部分流(16.01到16.15)从多个单元热交换器(3)供回到蒸发柱(1)。最后加热的部分流(16.15)与可同流换热的加热后的生水(9)合并，并供给到再加热装置(4)。传递的部分盐水流(16.x)和传递的饱和蒸汽气流(6.x)与每一种情况下具有相同的序列号(x)并依赖于焓值标准平衡。
蒸发模块泵(18)从冷凝柱(2)的底部(19)抽取蒸馏物(17)，用于进一步的使用。在蒸发模块中传递的部分流量的大小依赖总的系统压力和柱内的温度范围。
图2示出了多级蒸发系统，包括三个运行在不同压力标准下的蒸发模块(A，B，C)。每一个蒸发模块包含一个蒸发柱(A-1，B-1，C-1)和一个冷凝柱(A-2，B-2，C-2)。冷凝柱(A-2，B-2，C-2)包含有相连接的可同流换热的热交换装置(A-3，B-3，C-3)，用于预热生水。
由鼓风机(A-4)推动的饱和蒸汽气流(A-5)在柱(A-1)和(A-2)之间并通过柱(A-1)和(A-2)循环。在蒸发模块B和C中，饱和蒸汽气流(B-5)和(C-5)以在模块A中的相同方式循环。在蒸发模块(A，B，C)内的运行压力适于不同的蒸发温度范围，并相互补充。
泵(21)驱动生水(20)通过可同流换热装置(A-3，B-3，C-3)，并在所述装置内将生水加热到最终的可同流换热的温度。然后，加热后的生水(20)通过再加热装置(22)注入，并在，将其引入到蒸发柱(C-1)的上部(C-9)之前加热到上蒸发温度。
当在蒸汽收集气流(C-5)内蒸发时，生水(20)以相反的方向流动；而在不断的冷却时，生水(20)就流过热和质量交换包(C-10)。在柱(C-1)的底部(C-11)，部分蒸发的生水(C-23)从蒸发柱(C-1)的底部抽取出来，它的压力在节流阀内减小到蒸发模块(B)内的压力并被引入到柱(B-1)的顶部(B-9)。部分蒸发的盐水(C-23)连续地流过柱(B-1)和(A-1)；同时系统压力逐渐减小，而蒸发和冷却在柱(C-1)内继续进行。从大气蒸发模块(A)抽取的最终浓缩物(A-23)，在蒸发柱(A-1)的底部(A-11)由泵(A-24)驱动，并流过用于进一步处理。
从可同流换热的热交换装置(A-3，B-3，C-3)看，图1所示的多个单元热交换器(3)，可调节焓值的部分盐水流(A-20x，B-20x，C-20x)以相反的方向供给到单个的、部分饱和空气蒸汽流(A-5x，B-5x，C-5x)，这部分空气流从蒸发柱(A-1，B-1，C-1)传递给冷凝柱(A-2，B-2，C-2)。然后，它们以相同温度，在相应位置引回到蒸发柱(A-1，B-1，C-1)中。
在热交换装置(A-3，B-3，C-3)和蒸发柱(A-1，B-1，C-1)之间循环的盐水(A-25，B-25，C-25)，在进入可同流换热的热交换装置(A-3，B-3，C-3)之前适当的位置，由泵(A-24，B-24，C-24)，从各自的浓缩流出物(A-23，B-23，C-23)到生水(20)，分别供给到每一个蒸发模块(A，B，C)。
在冷凝柱(C-2)内，从饱和气流(C-5)冷凝的蒸馏部分(C-26)，当它从上至下地穿过冷凝柱(C-2)时被冷却。并在底部(C-27)收集，通过节流阀将蒸馏部分的压力减小，并在冷凝柱(B-2)的上部(B-28)引入。在冷凝柱(B-2)内，蒸馏部分(C-26)与从饱和蒸汽气流(B-5)冷凝的蒸馏部分(B-26)-起冷却。混合后的蒸馏部分(CB-26)在底部(B-27)收集。
蒸馏部分(CB-26)减小到冷凝柱(A-2)的系统压力标准，并在其上部(A-28)引入。蒸馏部分(CB-26)与从饱和蒸汽气流(A-5)冷凝的蒸馏部分(A-26)合并，当其从上至下地流过冷凝柱(A-2)时与蒸馏部分(A-26)一起冷却。收集在底部(A-27)的蒸馏部分(ABC-26)通过泵(29)从冷凝柱(A-2)中析取，以备后用。
图3示出了一个基于蒸发原理的一个完整的热设施，用于从盐水中，以最适宜的方式获取高品质的饮用水。这种设施生产电，高品质饮用水以及高级盐水。蒸发模块仅以简单形式示出。所示虚线为该设施可能增加的单元(RO-，ED-单元)，它们通过使用剩余能量可以增加饮用水的生产。
该设施的概念基于使用产生电力的气体涡轮机(30)的废热。气体涡轮机(30)的发电机(31)提供必要的电力，用于蒸发装置(32)，串联连接和平行连接的电流消耗部件EDS(33)、ED(34)和RO(35)、供给泵(36，45，47)以及UVR消毒装置(37)。任何剩余能量可以供给一个公用电力网。在多个阶段蒸发设施(32)内，气体消耗热交换器(38)使用气体涡轮机(30)产生的废热将以前加热的生水(41)再加热。
未处理的生水(39)由泵(36)通过过滤器(40)供给，以去除悬浮物和壳状物，并去除可选择净化电渗析单元(33)内游离的盐，用以抵消蒸发设施冷却剂流出物(46)的流量。预处理的生水在通过装置内冷凝部中的可同流换热装置时加热。水蒸汽在引入到装置内蒸发部前，液化并在气体消耗热交换器(38)内，利用从气体涡轮机来的消耗热加热到上蒸发温度(Upper Evaporation Temperature)。
蒸馏物(42)从设施的冷凝部抽取。盐水泵(48)从蒸发部去除高浓度的盐水(45)。冷却水泵(47)通过蒸发设施的冷却系统和电渗析装置(33)的辅助侧输送冷却水(46)。冷却水也用于过滤回流，然后将其输送到废水处理处。冷却水的任务也可以由与RO装置平行或串联连接的高浓度流出物来实现。
蒸馏物(42)与预处理生水的部分流(43)混合，以形成高品质的饮用水(44)，并输送到管道中使用。用于混合的部分预处理生水流(43)，流过UVR消毒装置(37)，并与蒸馏物(42)混合。
图4示出了一个具有蒸馏品质饮用水以及盐水作为化学原材料的高级盐水结合生产的生水处理过程流程图。这些产品都是从生水中获取的，无论它的初始盐浓度是多少。待处理的生水(100)串连地在生水入口(101)和盐水出口(102)之间流动，在多达包括蒸发模块的九个蒸发系统(I，II-IX)内经历不断的蒸发，并在三个系统压力标准(D.E.F.)下运行。
每一个系统压力标准(D.E.F.)代表27个蒸发阶段(1-27)的每一个阶段。盐水平行地通过每一个蒸发阶段(1-27)，其每个蒸发阶段可以由几个蒸发模块(如图1或图2，在此未示出)组成。总的蒸发阶段数量(1-27)由最初和最终的盐水浓度决定，并由不同蒸发阶段的温度范围内具体的可行的蒸发率决定。蒸发阶段(1-27)的数量可以从10、即在一个大气压力标准的装置情况下，到30、即在3-4个系统压力标准(D.E.F.)的情况的范围内排列。蒸发模块总数量独立于系统压力标准的数量(D.E.F.)。这由生成的饮用水决定。模块的数量在第一蒸发阶段最多，在最后蒸发阶段最少。并根据生成的蒸馏物由于一个阶段到另一个阶段的整体增加而有可能减少。
生水泵(103)通过第一蒸发系统(I)供给适量的生水流入(100)。生水(104)的主流流过可同流换热单元(F-105)，并在获取蒸馏物时，通过吸收液化过程的热来加热。接着，生水主流再次与用于中部系统压力标准(E)下的蒸馏冷却部(106)混合，并与蒸馏冷却部分一起，流过可同流换热装置(E-105)，在获取蒸馏物时，生水主流通过吸收液化过程的热来加热。接下来，生水主流与用于高系统压力标准(D)的蒸馏冷却部分(107)混合，并与蒸馏冷却部分一起，流过可同流换热装置(D-105)，并在获取蒸馏物时，通过吸收液化过程的热来加热。当离开上层可同流换热装置(D-105)后，生水总流通过使用外能，在热交换器(108)内，加热到高系统压力标准(D)下的上蒸发温度。然后，将生水总流提供给如图1或2(未示出)中的该系统压力标准(D)的蒸发阶段。生水总流在蒸发和冷却时，流过该系统压力标准(D)的蒸发模块。并在出口处，压力通过节流阀(D-109)减小到系统压力标准(E)下的蒸发阶段的系统压力，工作于中间系统压力标准下。接着，生水总流流过该系统压力标准(E)下的蒸发模块，并且在蒸发和冷却时生水总流压力通过第二节流阀(E-109)，在出口处减小到较低系统压力标准(F)下的系统压力。接下来，生水总流流到低蒸发阶段，并在再次蒸发和冷却时流过蒸发模块。减压地流到第一蒸发系统(I)外部的部分浓缩的盐水由泵(110)通过外部冷却的热交换装置(111)，并在此，部分浓缩的盐水冷却到一个由第二生水流(112)限定的标准，以相同的方式通过第二蒸发系统(II)，并可同流换热地加热。如上所述的，如供给第一蒸发系统(I)的生水的相同方式。然后，生水以相同的方式流到后续的蒸发系统(III-IX)，直到获得高等级的盐水(102)。
较高系统压力标准(D，E)的蒸馏物在各自的蒸发系统收集，并与蒸馏冷却物(D-113，E-113)配合，根据需要从生水主流(101)由龙头排出的按需求的部分盐水量(106，107)，加热到低于系统压力标准(E，F)的上蒸发温度。龙头排出的部分水流(106，107)加热后再次与生水主流(104)合并。结果，相应流量和加热条件总是可以在系统压力标准(D，E，F)和后续的蒸发系统(II-IX)的相同系统压力标准下较好地平衡。
指定给不同系统压力标准(D，E，F)的蒸馏泵(D-114)，(E-114)，(F-114)将蒸馏物从蒸发系统输送给一个饮用水压力储藏器(115)。冷却水泵(116)将生水(117)作为冷却剂供给冷却器(111)。浓缩的盐水(102)在最后蒸发阶段(27)通过泵输送，以使进一步处理。
图5示出了一个具有盐水泵所需极低机械能的最佳能量设施图，用于生产高品质的饮用水和高级的盐水。在所示的实施方案中，在两个运行系统压力标准(G，H)下最多有18个蒸发阶段，包括高系统压力标准(G)下的第一个九个蒸发阶段，以及在低系统压力标准(H)下的第二个九个蒸发阶段。
生水泵(151)将流入的生水(150)输送给高系统压力标准(G)。生水(152)的主流部分通过第十个蒸发阶段(10)的可同流换热装置加热。一个盐水(154)的可调节部分流过蒸馏冷却器(155)，并以在高系统压力标准(G)处收集的蒸馏物相反流加热到低系统压力标准(H)下的上蒸发温度。所述这两个预热的部分生水流(152，154)合并。合并的流(150)在流过第一蒸发阶段(1)的可同流换热装置(157)时，在高系统压力标准(G)下加热。
加热装置(158)将生水(150)加热到该蒸发阶段(1)的上蒸发温度。接着，生水提供给图1中的蒸发模块(未示出)。生水在蒸发和冷凝时流过蒸发阶段。泵(160)将部分浓缩的盐水流出量(159)从第一蒸发阶段(1)流到热交换装置(161)，并在第二蒸发阶段(2)用于下蒸发温度的冷却和稳定，且具有相同压力。接着，盐水(159)加热，流过可同流换热装置(162)以及第二蒸发阶段(2)的外部加热装置(163)，并在上蒸发温度下，供给到图1中的蒸发阶段(2)的蒸发模块(未示出)。
进一步的泵(160)输送后续的蒸发阶段(3-8)的盐水流出量，它们同样处于相同压力，并以相同的方式从蒸发阶段到蒸发阶段的通过高系统压力标准(G)，并且盐水的流出量相应于所述的热处理。第九个蒸发阶段的盐水流出量(164)的压力通过节流阀(165)减小到低系统压力标准(H)下的系统压力，并在没有任何进一步加热的情况下输送给第十个蒸发阶段(10)。泵(166)将第十个蒸发阶段(10)的盐水流出量(167)输送给冷却装置(168)。接着，盐水(167)在在输送到第十一个蒸发阶段(11)的可同流换热装置(169)时加热，该可同流换热装置(169)在相同的压力标准下运行，并流过热交换器(161)。在低系统压力标准(H)的上蒸发温度下，盐水(167)供给到第十一个蒸发阶段(11)的蒸发模块(未示出)。进一步的泵(166)从一个蒸发阶段到另一个蒸发阶段的输送生成的盐水流出量，并且盐水流出量由所述的热处理决定。盐水泵(171)输送高浓度的盐水(170)，用于进一步的处理。两个系统压力标准(G，H)下的蒸馏物(152，172)通过两个泵(173，174)输送到饮用水压力储藏(175)器。冷却水泵(176)在低系统压力标准(H)与第二生水流(177)输送冷却剂(168)，该生水流冷却剂加热后流到废水处理装置。
如图5所示的流程图，只是生水泵(151)、蒸馏泵(153)和盐水泵(171)必须克服系统压力差，而泵(160，166)和冷却水泵(176)必须克服传送高度和装置中的压力流体损失。

Claims (20)

1.一种用于从生水中获取高品质饮用水的蒸发过程和装置，无论它的初始盐浓度如何，如图1所示，包括一个蒸发柱(1)、一个冷凝柱(2)、一个外部再加热装置(4)以及一个载体气体(6)的蒸汽收集循环流，其中一个鼓风机(5)以一个不变压力，在整个温度范围内，在逐渐增加的温度和流量阶段(6.01到6.15)内，推动所述饱和载体气体(6)，这样，使得循环载体气体通过并在所述蒸发柱(1)和所述冷凝柱(2)之间循环，其中在冷凝柱(2)内，生水(9)流过一个可同流换热的热交换装置(7)，其特征在于：一个热交换器(3)，包括在所述柱(1，2)之间的多个单元(3.01，3.15)；一个特别指定的载体气体(6.01，6.15)的饱和蒸汽在主侧流过所述热交换器单元(3.01，3.15)的每一个单元；从所述生水入口(9)或从浓缩的盐水出口1(13)来的盐水(16)，在辅助侧上串联地流过所述热交换器单元(3.01，3.15)，并在所述多个单元热交换器(3.01，3.15)和蒸发柱(1)之间循环；同时从所述单元(3.01)到所述单元(3.15)分阶段地减少其流量(16.01，16.15)时，从而在所述多个单元热交换器(3)内被加热，抵消了从所述蒸发柱(1)到所述冷凝柱(2)，由载体气体部分流(6.01，6.15)传递的热损失；从所述热交换器(3)在逐渐增加温度和流量的阶段内得到的盐水(16.01，16.15)部分流，被输送到所述蒸发柱(1)内具有相同温度的位置(12.01，12.15)；与从所述可同流换热的加热装置(7)来的通过所述外部再加热装置(4)的所述生水(9)合并的部分流(16.15)，当加热后进入所述蒸发柱(1)内的热和质交换包(11.15，11.01)，这样，当与从所述热交换器(3)就会在逐渐增加的温度和流量阶段获取的所述盐水(16.01，16.14)的部分来流合并时蒸发和冷却；以及一个泵(14)，用来将浓缩的盐水送出所述蒸发柱(1)以及将所述部分盐水流(16)再次输送到所述多个单元热交换器(3)中。
2.如权利要求1的过程和装置，其特征在于：所述多个单元热交换器在所述冷凝柱内与所述可同流换热装置结合，盐水流过所述冷凝柱；或作为另一个方案，在柱内整和作为一个单独的单元；在这个组合或独立装置内，逐渐增加地调节流量和逐渐增加地加热部分盐水流，被抽取并输送到所述蒸发柱内具有相同温度的位置。
3.如权利要求1或2的装置，其特征在于：所述蒸发柱和冷凝柱以一个节省空间的、合理价格的装置相结合，优选是一个同轴/柱状的设计，将蒸发柱放置在中心，并且只须装置的外墙需要承受系统压力。
4.如权利要求1、2或3的过程和装置，其特征在于：用来作为载体气体的气体，不与盐水发生化学反应，优选为空气。
5.如权利要求1、2、3或4的过程和装置，其特征在于：单个蒸发模块或与蒸发阶段平行连接以形成蒸发模块组；所述盐水串联地流过多到30个所述蒸发阶段，且在所述蒸发模块内的所述盐水，当蒸汽浓缩时可同流换热地在一个温度范围被加热，然后，在蒸发时以相同的温度范围冷却。
6.如权利要求5的过程，其特征在于：所有蒸发阶段的所述蒸发模块在相同压力下工作，优选在大气系统压力下工作，或所述蒸发阶段可在多到三个系统压力标准下工作，所述蒸发阶段一个在一个之上的放置，并且所述蒸发模块的特定蒸发率通过蒸发在不同的系统压力标准下相互补充的温度范围装置调节。
7.如权利要求5或6的过程和装置，其特征在于：在所述蒸发阶段内，盐水平行地从所述蒸发阶段到所述蒸发阶段的流过所述蒸发模块的数量，根据生成的蒸馏物的整体增加而减小。
8.如权利要求7的过程，其特征在于：工作在单个系统压力标准下的所述蒸发模块的数量相同或调节到适应在相应系统压力标准的外部热量，并且由于从高系统压力标准、经过中间系统压力标准到低系统压力标准的整体增加而增加。
9.如权利要求6、7或8的过程，其特征在于：一个节流阀被用来减小从较高系统压力标准的蒸发阶段到下一个较低系统压力标准的所述蒸发阶段的盐水流出量的压力，所述盐水流不经加热供给到所述较低系统压力标准的蒸发模块。
10.如权利要求9的过程和装置，其特征在于：在系统压力标准下所选择的总体系统压力由载体气体引入量而设置，并且运行压力值在达到各自的上蒸发温度时设置。
11.如权利要求10的过程和装置，其特征在于：在盐水一边，在不同系统压力下串联地流过；多到三个蒸发阶段，在不同压力标准下，盐水以系统压力的方向增加，连续地流过所述蒸发阶段的所述可同流换热装置；并且，盐水在输送到所述高系统压力标准的蒸发阶段前，使用外部能量加热以达到该系统压力标准的上蒸发温度，流过并从而蒸发和冷却；所述盐水流出时，在节流阀处它的压力减小到向下的下一个蒸发阶段中较低的中间系统压力；然后以相同方式，在没有再加热的情况下流过该阶段和低于该系统压力标准的蒸发阶段；然后优选在大气压力下流出较低蒸发阶段，而从较高系统压力标准得到的蒸馏物被收集时，在蒸馏冷却器内，相连的经调节的部分盐水量被加热到下面的较低系统压力标准的上蒸发温度。
12.如权利要求11的不管生水的初始盐浓度如何，从其中获取无菌的、高品质的饮用水和有价值的，基本上饱和的盐水，的过程，其特征在于：在大气系统压力标准下运行的所述多到二十个单一阶段蒸发系统、或所述运行在两个系统压力标准下的多到二十五个的两阶段蒸发系统、或所述运行在三个系统压力标准下的多到三十个的三阶段的蒸发系统，串联地在盐水流的一面连接；所述泵从一个蒸发系统的最低系统压力标准到下一个蒸发系统的最高系统压力标准输送减压的，部分浓缩的盐水流；并且，在每一种情况下，在热交换装置内，所述盐水流通过外部冷却剂装置被预先冷却到一个指定温度，优选地，利用流过下一个单一或多个阶段蒸发系统的可同流换热装置之前的另一部分生水(a second body)。
13.不管生水的初始盐浓度如何，从其中获取无菌的、高品质的饮用水和有价值的，基本上饱和的盐水的过程，其特征在于：要处理的生水系列地流过至少10个和至多30个蒸发阶段，所述蒸发阶段由平行的所述蒸发模块组成；所述盐水流过的所述蒸发模块的数量，依据生成的蒸馏物，一个蒸发阶段到一个蒸发阶段的减少；所述每一个从一个蒸发阶段到下一个蒸发阶段输送的部分浓缩的盐水量，在进入位于下面的蒸发模块的冷凝部的可同流换热装置前，被事先冷却到一个指定的温度；同时流入的生水流过可同流换热装置时没有被事先冷却，并且从可同流换热装置合并的所有预热的盐水流，在输送到同一个蒸发模块内的蒸发部前，在一个加热装置内被再次加热到上蒸发温度。
14.如权利要求13的过程，其特征在于：具有生水流入水流的所述第一蒸发阶段，位于最高系统压力标准的开始；具有最终浓缩的盐水流出水流的所述最后蒸发阶段，位于最低系统压力标准的终端；所述生水，当加热和未事先冷却时，起始于最低系统压力标准并且终止于最高系统压力标准，平行地流过一定数量的可同流换热热交换装置；所述第一蒸发阶段决定平行流过的蒸发模块的数量；并且，在这样的系统压力标准下，盐水流过两个蒸发阶段的可同流换热装置，或一个蒸发阶段的蒸发模块的可同流换热装置，也可流过一定数量的可平行调节的一个或两个蒸馏冷却器外。
15.如权利要求14的过程，其特征在于：在较高系统压力标准下，所述剩余蒸发阶段的盐水流出水流，将下一个系统压力标准的蒸发阶段的、可同流换热的、预热的盐水流入水流重新加热到该系统压力标准的上蒸发温度，同时，在热交换器单元内，冷却到一个指定温度，这样在较低系统压力标准下，仅仅是盐水没有流过的蒸发模块外部地被冷却，在加热装置内，仅仅是蒸发装置内的盐水入水流通过使用外部能量，在最高系统压力标准下被加热。
16.如权利要求15的过程，其特征在于：泵驱动生水，将其输送到最高系统压力标准的第一蒸发阶段，并克服系统压力差；低压泵从一个蒸发阶段到下一个蒸发阶段的，驱动运行在最高系统压力标准下的蒸发阶段的盐水流出量(减去蒸发阶段的蒸馏量)；节流阀从最高系统压力标准到下一个系统压力标准地减小盐水流出量的压力；所述低压泵，从一个蒸发阶段到下一个蒸发阶段地驱动运行在该系统压力标准的蒸发阶段的盐水流出量(减去蒸馏量)；这样输送盐水流出量的节能方式持续进行直到在最低系统压力标准下的终端获取浓缩的盐水；所述每一个蒸发阶段分配一个低压泵；以及所述这些泵仅仅补偿了装置内的输送位差和损失的流体压力。
17.如上述任一权利要求1～16的过程和装置，其特征在于：可同流换热地预热盐水，是利用太阳热能或过程产生的热再加热到其上蒸发温度，优选利用从热电力产生过程的消耗热，例如从气体涡轮机或燃油发动机来的消耗热；并且具有一个、两个或三个系统压力标准的所述蒸发系统可结合在一起，用来优化如外热源的使用。
18.如权利要求17的过程和装置，其特征在于：一个选择性的电渗析系统和/或一个机械过滤系统连接在上游，用于蒸发装置的生水流入水流；所述过滤系统从生水中去除悬浮物；并且优选地所述可选择的电渗析系统，用于把形成的壳状物，可腐蚀的和从蒸发装置生水入水流游离的盐输送到另一部分生水流中，其中，另一部分生水流作为用于蒸发装置的制冷剂。
19.如权利要求18的过程和装置，其特征在于：一个RO-和/或ED-除盐装置，系列地或平行地在生水入水流一边连接到加热的除盐装置；并且所述该装置使用剩余能量以产生附加的渗透量。
20.如权利要求19的过程和装置，其特征在于：所述获取的渗透量通过超紫外线辐射(UVR)装置消毒，并且与蒸发装置的蒸馏物相混合，用以获取高品质的饮用水。
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