专利名称:高新用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备及工艺技术
技术领域:
本发明涉及一种用微晶玻璃化料器余热淡化海水并直接制盐的设备及工艺,属于海水淡化设备的热量来源和设备制造领域。
背景技术:
地球上的淡水只占2. 8 %,能被人类生命活动利用的仅占2. 8 %的O. 23 %,而且分布极不均匀,中国人均占有水量仅是世界平均水平的1/4,我国有70%的城市缺水,其中114座城市严重缺水,特别是首都北京,人均水资源占有率仅是全国平均水平的1/8,地下水的开采已到了极限,北京周围已经形成2000平方公里的地下漏斗区,再不解决北京的缺水问题,迁都就是不可避免的最后选择。由于中东地区沙漠地下盛产石油,用石油换淡水,即用发电厂余热淡化海水的技术近十年发展很快,以色列、沙特、阿联酋等中东国家利用发 电厂余热淡化海水的工艺越来越成熟。传统的方法有两大类热蒸发法和电渗法(也就是膜过滤法),无论何种方法,推广的最大障碍仍然是成本问题,即能耗过高和设备投资大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备及工艺,解决能耗和设备投资过大的问题。本发明的技术方案是一种用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备,该海水淡化设备设有化料器、蒸发器、烟火道、齒水管、干燥内塔、干燥外塔、集盐器、抽火管、过滤栅、内燃气轮机、发电机、蒸汽管、冷凝池、集水器,具体结构如下化料器的外围安装作为蒸发器的水箱,蒸发器的顶部与冷凝池的海水出管连通,蒸发器的顶部与蒸汽管的一端连通,蒸汽管的另一端蒸汽管经冷凝池伸至集水器中;蒸发器通过卤水管与干燥塔连通,干燥塔包括干燥内塔和干燥外塔,干燥内塔设置于干燥外塔内,卤水管的一端连接蒸发器底部,卤水管的另一端伸至干燥内塔中,该端装有喷嘴,化料器的烟火道与干燥外塔连通;干燥内塔和干燥外塔为顶封口结构,干燥内塔上部开有与干燥外塔相通的孔,形成孔状开放圆筒结构;干燥外塔内的顶部设置过滤栅,干燥外塔内的底部设置与干燥内塔相通的集盐器。所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备,在干燥外塔内的过滤栅上方通过抽火管与内燃气轮机的输入端连接,内燃气轮机的输出端连接发电机。所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备,冷凝池采用加有保温盖的、可承重的地下式海水冷凝池,冷凝池上并列安装有蒸汽冷凝的管道和海水进池的管道和冷凝水收集器。所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备,蒸汽管在冷凝池中的部分采用往复蛇形排列的结构。
一种用微晶 玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,具体如下(I)蒸发器的海水进口设置于蒸发器顶部,通过冷凝池上的海水出管向蒸发器顶部注入经冷凝池加热到50-70°C的海水,经化料器的侧壁从炉底再循环,蒸汽回升到上部通过蒸汽管流出,蒸汽管进入冷凝池,使蒸汽管内的蒸汽冷凝成蒸馏水,从蒸汽管进入集水器;(2)从化料器引出的饱和蒸汽经蒸汽管通过海水冷凝池,不断地蒸汽换热将20°C的海水加热到50-70°C,不间断地补充20°C的海水,50-700C的海水被抽到蒸发器中,形成循环;(3)蒸发器底部沉淀浓缩卤水层,浓度20-40wt%的卤水进入干燥塔,干燥塔设在化料器的烟火道出口处,干燥塔为内外两层干燥塔结构,卤水从干燥内塔的孔眼向干燥外塔中喷射,进一步与干燥外塔的火焰剧烈交换,海盐固化成微粒落在干燥塔底,经集盐器包装成袋;(4)在强对流热交换中60-80wt%的水分转换成蒸汽混入烟气中经过滤栅过滤后,抽入内燃气轮机,通过内燃气轮机带动发电机发电。所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,蒸发器的顶部水箱温度为140-160°C,在蒸发器的顶部形成饱和蒸汽;蒸发器的内部设有加强工字梁,蒸发器的外侧都设置绝热保温层。所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,干燥内塔的直径O. 5-0. 7米,高度为15-20米;干燥外塔的直径为2. 5-3. 5米,高度为20-25米;干燥内塔在10米处-15米处开有8-12排8-12毫米直径的圆孔,孔距呈正三角形,形成孔状开放圆筒结构。所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,所述步骤(3)中,卤水压力 10-l5MPa。所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,所述步骤(4)中,蒸汽压力为O. 4MPa-0. 5MPa,过滤栅的孔径为O. 1-0. 2mm。所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,过滤栅的材质采用微晶玻璃与钛铁的复合材料,复合材料的组成为按重量百分比计,微晶玻璃60-70 %,钛8-15%,铁8-15%,铬3-5%,镍5-10%,偏硅酸钠1-5% ;将200目微晶玻璃粉,200目钛粉、铁粉、铬粉、镍粉,以及偏硅酸钠粘结剂,混磨1-3小时,用2000吨振动压机,压机压强1000-2000MPa,成型时间1-5分钟,模压成板状毛坯,经1100-1300°C烧结、晶化3-5小时,700-800°C退火50-80分钟,100°C以下出窑,冷却后激光打孔即成。本发明的有益效果是I、本发明采用先蒸发浓缩后,快速干燥直接制盐的海水淡化综合工艺,在生产微晶玻璃的设备上结合冷却炉体安装简易的海水淡化制盐设备,既冷却了炉体,又节省蒸发器钢材成本。2、本发明的经济效果极其显著,具体体现在(I)降低设备造价50%以上;(2)降低单位能耗成本80%以上。3、本发明通过微晶玻璃化料器余热做能量来源,通过冷却炉体的水箱浓缩海水,通过烟道干燥卤水的设备和工艺,并通过高温烟气混合体推动内燃气轮机发电。
4、本发明特种化料器必须是以底插式电极的超高温和强磁场才能通过“霞石催化”、“页岩雾化成核”、“光激发和碳置换”等综合措施才能激发水分子的氢碳单氧转换和超值燃烧放热。只有取消风机才能获得氢能源的清洁燃烧,才能获得雾化干燥制盐。5、本发明加有保温盖的可承重的地下式海水冷凝池,其特点是具有防渗和保温双重功能,并安装有蒸汽冷凝和海水进池并列的管道和冷凝水收集器(集水器)。
图I为本发明海水淡化设备的平面布置结构示意图。图中,I化料器;2蒸发器;3烟火道;4卤水管;5干燥内塔;6干燥外塔;7集盐器;8抽火管;9过滤栅;10内燃气轮机;11发电机;12蒸汽管;13冷凝池;14集水器;15海水出管;16海水进管。
具体实施方式
如图I所示,本发明海水淡化设备主要包括化料器I、蒸发器2、烟火道3、卤水管
4、干燥内塔5、干燥外塔6、集盐器7、抽火管8、过滤栅9、内燃气轮机10、发电机11、蒸汽管12、冷凝池13、集水器14、海水出管15、海水进管16等。具体结构如下化料器I的外围安装作为蒸发器2的水箱,蒸发器2的顶部与冷凝池13的海水出管15连通,蒸发器2的顶部与蒸汽管12的一端连通,蒸汽管12的另一端蒸汽管12经冷凝池13伸至集水器14中。蒸发器2通过卤水管4与干燥塔连通,干燥塔包括干燥内塔5和干燥外塔6,干燥内塔5设置于干燥外塔6内,卤水管4的一端连接蒸发器2底部,卤水管4的另一端伸至干燥内塔5中,该端装有喷嘴,化料器I的烟火道与干燥外塔6连通。干燥内塔5和干燥外塔6为顶封口结构,干燥内塔5上部开有与干燥外塔6相通的孔,形成孔状开放圆筒结构;干燥外塔6内的顶部设置过滤栅9,干燥外塔6内的底部设置与干燥内塔5相通的集盐器7。在干燥外塔6内的过滤栅9上方通过抽火管8与内燃气轮机10的输入端连接,内燃气轮机10的输出端连接发电机11。本发明中,冷凝池13可以采用加有保温盖的可承重的地下式海水冷凝池,具有防渗和保温双重功能,并列安装有蒸汽冷凝的管道(蒸汽管12)和海水进池的管道(冷凝池海水进管16)和冷凝水收集器(集水器14)。本发明中,蒸汽管12在冷凝池13中的部分采用往复蛇形排列的结构。如图I所示,本发明海水淡化工艺如下将化料器I的炉底至炉顶周围焊接IOmm厚不锈钢板,不锈钢板焊接在化料器I周围,连成一体结构的水箱,该水箱作为蒸发器2。用水箱代替化料器I原来的单层钢板包皮,只是多费一层钢板。本发明中,经改造的玻璃化料器参考中国发明专利“利用霞石处理城市污水污泥的工艺及设备”,专利号ZL200710011239. 9 ;又及“利用污水发电生产微晶玻璃的化料器工艺及设备”,申请号:200910011250. 4。以日产1000吨玻璃化料器计算,化料器体积为长20米X宽6米X高3米=360立方米,水箱的厚度为O. 6米,水箱的体积为20. 6米X 6. 6米X 3. 6米=489立方米-360立方米=129立方米。因为化料器I的炉顶温度高,蒸发器2的海水进口设置于蒸发器2顶部,通过冷凝池13上的海水出管15向蒸发器2的顶部注入经冷凝池13加热到60°C左右的海水,经化料器I的侧壁从炉底再循环,蒸汽回升到上部通过蒸汽管12流出,蒸汽管12进入距炉体4米远的冷凝池13,使蒸汽管12内的蒸汽冷凝成蒸馏水,从蒸汽管12进入集水器14。由于可人为调整炉顶温度,可以确保炉顶水箱(蒸发器2内的顶部)超过150°C的温度而形成饱和蒸汽(炉底温度约90°C)。整个炉体水箱(蒸发器2)内部都有加强工字梁,外侧都设置绝热保温层(外保温绝热膨化微晶玻璃材料),整个化料器的外散热量几乎全部被利用,保温层表面温度与空气温度相差不大于5°C。快速冷凝池的制作和工作原理从化料器I引出的饱和蒸汽经蒸汽管12通过距化料器4米远的海水冷凝池13,冷凝池13的体积为30米X 10米X 10米=3000立方米。不断地蒸汽换热每6分钟可以将20°C的海水加热到60°C,则可以冷凝蒸馏水1000吨,不间断地补充冷海水,60°C的热海水被抽到蒸发器2中。每6分钟完成一次循环,炉体蒸发器2的体积是129立方米,底部沉淀浓缩卤水层25. 4立方米,每小时抽出1000吨浓度约30被%的卤水进入高温干燥塔,高温干 燥塔设在化料器I的烟火道3出口处,高温干燥塔为内外两层干燥塔结构,高温干燥塔的中间是直径O. 5米的干燥内塔5,干燥内塔5外侧为干燥外塔6,烟火道3出口与干燥外塔6连通,干燥外塔6为高20米、直径3. 5米的顶封口结构,干燥内塔5为高15米、直径O. 5米的顶封口结构,干燥内塔5和干燥外塔6中间的夹层为1500毫米,干燥内塔5在10米处-15米处开有6排10毫米直径的圆孔,孔距呈正三角形,形成孔状开放圆筒结构;高压卤水(卤水压力10-15MPa)从干燥内塔5的孔眼向外层管壁(干燥外塔6中)喷射,此时温度保持1250°C以下,以防止卤水中的低气化元素蒸发混入水蒸气。从化料器I外侧蒸发器2的下部抽出浓度约30Wt%的卤水,在强对流热交换中70Wt%的水分转换成高压蒸汽(蒸汽压力为O. 4MPa-0. 5MPa)混入烟气中经过滤栅9 (过滤栅的孔径为O. 1-0. 2mm)过滤后,抽入内燃气轮机10,通过内燃气轮机10带动发电机11发电,内燃气轮机10内热交换降低温度的蒸汽可以由管路通过冷凝池13后,转换成蒸馏水贮存于集水器14。卤水浓度约30wt%的盐分被固化落在高温干燥塔底,经集盐器7包装成袋。这就是海水全成份工业用盐,按重量百分比计,其主要成分是氯化钠85%、氯化镁4. 5%、氯化钾3. 2%,硫化钠5. 8,氯化钙I. 5。本发明中,卤水管4的进口端与蒸发器2的下部连通,卤水管4的出口端装有高压喷嘴(喷嘴压力为10MPa-15MPa);将从蒸发器2下部抽出的浓度是30wt%的卤水,经高压泵(高压泵压力为10MPa-15MPa)雾化喷出与干燥外塔6的火焰剧烈交换,海盐固化成微粒落在塔底,水蒸气混合着火燃经过滤栅9被抽到内燃气轮机10中带动发电机11发电;过滤栅9必须抗住1250°C以上高温和耐海水蒸发物的腐蚀,过滤栅9的材质可以采用微晶玻璃与钛铁的复合材料,复合材料的组成为按重量百分比计,200目微晶玻璃粉67%,200目钛粉、铁粉各10%、铬粉4%、镍粉6%,3%偏硅酸钠粘结剂,混磨2小时,用2000吨振动压机,压机压强1500MPa,成型时间3分钟,模压成IOOmm厚板毛坯,经1200°C烧结、晶化4小时,750°C退火60分钟,100°C以下出窑,冷却后激光打孔即成。快速干燥器的工作原理该干燥器实际上就是化料器的烟囱,因为该化料器用的是底插式电极化料,通过霞石催化、雾化成核、光激发、碳置换等综合措施,原料中的水分子转换成氢碳单氧超值燃烧放热,化料器产生巨大的热量,除完成玻璃熔化尚有3/4的热量结余,由于取消了风机,烟道里绝没有粉尘,水分子的燃烧是十分清洁的,它不断地进行着水转氢碳单氧燃烧再转成水蒸气的过程,在烟道中的温度始终不低于1600°C,从10米处遇到有开放排孔的干燥内塔5喷出的卤水,立即进行冷热交换而降低温度到1250°C以下,卤水结固成团粒落在塔底,而1250°C的烟火夹着蒸汽经过滤栅9被抽到内燃气轮机10带动发电机11发电,内燃气轮机热交换降氐温度出来的水蒸气抽出进入冷凝池中冷凝成淡水。·
权利要求
1.一种用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备,其特征在于该海水淡化设备设有化料器、蒸发器、烟火道、齒水管、干燥内塔、干燥外塔、集盐器、抽火管、过滤栅、内燃气轮机、发电机、蒸汽管、冷凝池、集水器,具体结构如下 化料器的外围安装作为蒸发器的水箱,蒸发器的顶部与冷凝池的海水出管连通,蒸发器的顶部与蒸汽管的一端连通,蒸汽管的另一端蒸汽管经冷凝池伸至集水器中; 蒸发器通过齒水管与干燥塔连通,干燥塔包括干燥内塔和干燥外塔,干燥内塔设置于干燥外塔内,卤水管的一端连接蒸发器底部,卤水管的另一端伸至干燥内塔中,该端装有喷嘴,化料器的烟火道与干燥外塔连通; 干燥内塔和干燥外塔为顶封口结构,干燥内塔上部开有与干燥外塔相通的孔,形成孔状开放圆筒结构;干燥外塔内的顶部设置过滤栅,干燥外塔内的底部设置与干燥内塔相通的集盐器。
2.按照权利要求I所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备,其特征在于在干燥外塔内的过滤栅上方通过抽火管与内燃气轮机的输入端连接,内燃气轮机的输出端连接发电机。
3.按照权利要求I所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备,其特征在于冷凝池采用加有保温盖的、可承重的地下式海水冷凝池,冷凝池上并列安装有蒸汽冷凝的管道和海水进池的管道和冷凝水收集器。
4.按照权利要求I所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备,其特征在于蒸汽管在冷凝池中的部分采用往复蛇形排列的结构。
5.一种利用权利要求I所述设备的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,其特征在于 (1)蒸发器的海水进口设置于蒸发器顶部,通过冷凝池上的海水出管向蒸发器顶部注入经冷凝池加热到50-70°C的海水,经化料器的侧壁从炉底再循环,蒸汽回升到上部通过蒸汽管流出,蒸汽管进入冷凝池,使蒸汽管内的蒸汽冷凝成蒸馏水,从蒸汽管进入集水器; (2)从化料器引出的饱和蒸汽经蒸汽管通过海水冷凝池,不断地蒸汽换热将20°C的海水加热到50-70°C,不间断地补充20°C的海水,50-70°C的海水被抽到蒸发器中,形成循环; (3)蒸发器底部沉淀浓缩卤水层,浓度20-40wt%的卤水进入干燥塔,干燥塔设在化料器的烟火道出口处,干燥塔为内外两层干燥塔结构,卤水从干燥内塔的孔眼向干燥外塔中喷射,进一步与干燥外塔的火焰剧烈交换,海盐固化成微粒落在干燥塔底,经集盐器包装成袋; (4)在强对流热交换中60-80wt%的水分转换成蒸汽混入烟气中经过滤栅过滤后,抽入内燃气轮机,通过内燃气轮机带动发电机发电。
6.按照权利要求5所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,其特征在于蒸发器的顶部水箱温度为140-160°C,在蒸发器的顶部形成饱和蒸汽;蒸发器的内部设有加强工字梁,蒸发器的外侧都设置绝热保温层。
7.按照权利要求5所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,其特征在于干燥内塔的直径O. 5-0. 7米,高度为15-20米;干燥外塔的直径为2. 5-3. 5米,高度为20-25米;干燥内塔在10米处-15米处开有8-12排8_12毫米直径的圆孔,孔距呈正三角形,形成孔状开放圆筒结构。
8.按照权利要求5所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,其特征在于所述步骤(3)中,卤水压力10-15MPa。
9.按照权利要求5所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,其特征在于所述步骤(4)中,蒸汽压力为O. 4MPa-0. 5MPa,过滤栅的孔径为O. 1-0. 2mm。
10.按照权利要求9所述的用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的工艺,其特征在于过滤栅的材质采用微晶玻璃与钛铁的复合材料,复合材料的组成为按重量百分比计,微晶玻璃60-70%,钛8-15%,铁8-15%,铬3-5%,镍5-10%,偏硅酸钠1-5%;将200目微晶玻璃粉,200目钛粉、铁粉、铬粉、镍粉,以及偏硅酸钠粘结剂,混磨1-3小时,用2000吨振动压机,压机压强1000-2000MPa,成型时间1_5分钟,模压成板状毛坯,经1100-1300°C烧结、晶化3-5小时,700-800°C退火50-80分钟,100°C以下出窑,冷却后激光打孔即成。
全文摘要
本发明涉及一种用微晶玻璃化料器淡化海水并直接制盐的设备及工艺,属于海水淡化设备的热量来源和设备制造领域,解决能耗和设备投资过大的问题。该海水淡化设备设有化料器、蒸发器、烟火道、卤水管、干燥内塔、干燥外塔、集盐器、抽火管、过滤栅、内燃气轮机、发电机、蒸汽管、冷凝池、集水器。采用微晶玻璃化料器余热做能量来源,通过冷却炉体的水箱浓缩海水,通过烟道干燥卤水,通过高温烟气混合体推动内燃气轮机发电。本发明玻璃化料器以底插式电极的超高温和强磁场才能通过“霞石催化”、“页岩雾化成核”、“光激发和碳置换”等综合措施,激发水分子的氢碳单氧转换和超值燃烧放热,通过取消风机获得氢能源的清洁燃烧,从而获得雾化干燥制盐。
文档编号C02F1/16GK102887557SQ20111020148
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者赵凤宇 申请人:赵凤宇