申请日2011.11.08
公开(公告)日2012.06.20
IPC分类号B01D53/32; B01D53/18; B01D53/14; C02F103/08; C02F1/08; C02F1/16; B01D5/00
摘要
一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备及方法，其外形呈圆管状，它连接在内燃机的排烟管之间，并与饮用水处理箱连接，圆管分为三段，顺高温烟气的走向依次为电晕管、净化蒸发管和冷凝管，电晕管的轴心线上设置有一根电晕丝，净化蒸发管的轴心线上设置有与电晕丝连接的金属棒，净化蒸发管的上端有一环形的新鲜原水槽，净化蒸发管的管内壁流动有原水液膜，净化蒸发管的下端有一环形的浓缩原水槽，冷凝管中斜置有换热管，换热管的上端与海水管相连，换热管的下端伸入新鲜原水槽中，冷凝管的下端连有环形淡水槽，淡水槽与饮用水处理箱连通。本发明运行成本低、不存在传热面结晶和结垢问题。可广泛应用于海水淡化、污水净化和烟气排放净化过程中。
权利要求书
1.一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其外形呈圆管状，它连接在内燃机的排烟管之间，并与饮用水处理箱(22)连接，其特征在于：所述圆管分为三段，顺高温烟气的走向依次为电晕管(2)、净化蒸发管(7)和冷凝管(16)，排烟管下段(1)与电晕管(2)之间通过第一法兰盘(3)及配套螺栓连接;
所述电晕管(2)的轴心线上设置有一根电晕丝(4)，所述电晕丝由电晕丝支架(5)固定在电晕管(2)的中心位置，电晕管通过第二法兰盘(6)及紧固件与净化蒸发管(7)连接;
所述净化蒸发管(7)的轴心线上设置有与电晕丝(4)连接的金属棒(8)，所述金属棒(8)由安置在净化蒸发管头部的金属棒支架(14)固定在净化蒸发管的中轴线上，所述金属棒支架(14)通过螺栓(15)与冷凝管(16)连接，净化蒸发管的上端有一环形的新鲜原水槽(13)，新鲜原水槽(13)与净化蒸发管的管内壁相连通，净化蒸发管的管内壁流动有原水液膜(9)，净化蒸发管的下端有一环形的浓缩原水槽(10)，浓缩原水槽(10)与浓缩原水出水管和阀门(11)连接，所述金属棒(8)与管外的高压静电发生器(12)连接，高压静电发生器(12)的一个高压极与金属棒(8)和电晕丝(4)连接，另一个高压极与新鲜原水槽(13)中的原水连接，使沿净化蒸发管壁流下的液膜(9)始终带电荷;
所述冷凝管(16)中斜置有换热管(17)，换热管(17)的上端穿过冷凝管的管壁与海水管相连，换热管17的下端穿过冷凝管的管壁向下伸入新鲜原水槽(13)中，冷凝管的下端连有用于汇集冷凝淡水的环形淡水槽(18)，冷凝管(16)通过第三法兰盘(19)及紧固件与排烟管上段(20)连接，淡水槽(18)通过淡水出水管和阀门(21)与饮用水处理箱(22)连通。
2.根据权利要求1所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其特征在于：所述电晕管(2)由金属材质制成，电晕丝(4)的表面是光滑的或者带有芒刺。
3.根据权利要求1所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其特征在于：所述新鲜原水槽(13)内置有液面传感器(33)，液面传感器(33)的信号线与阀门控制连接或与警示器控制连接。
4.根据权利要求1所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其特征在于：所述饮用水处理箱(22)内设置有活性碳层(23)和紫外线灯管(24)，饮用水处理箱(24)的底部连有出水管(25)。
5.一种应用权利要求1-4所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一，利用高压静电发生器形成高压静电场产生电晕，让热源排放的高温烟气或尾气经排烟管下段(1)通过电晕管(2)，电晕丝产生电晕，与电晕丝连接的金属棒不产生电晕，其作用是迫使来自电晕管气流中的污染物粒子带上电荷，并因同性相斥而朝着净化蒸发管(7)的管壁移动，迅速被管壁上流动的原水液膜(9)吸引，并进入原水中，污染物粒子最后进入浓缩原水槽(10)中，浓缩原水通过浓缩出水管和阀门(11)收集后集中处理;
步骤二，换热管(17)中流过海水泵送入的冷海水，换热后的冷海水温度上升，进入新鲜原水槽(13)，作为净化蒸发管(7)的原水使用，在净化蒸发管(7)的内壁形成流动的液面或液膜，并与高压静电场的负极或正负连接，如果污染粒子带负电荷，就与正极连接，如果粒子带正电荷，就与负极连接，使液面或液膜成为吸引带异种电荷的污染物粒子的沉积极，让污染物粒子和部分气态污染物在排放之前进入流动浓缩原水中;
步骤三，含有大量污染物的流动浓缩原水被集中收集后再处理，一般不再循环使用;
步骤四，在污染物被吸引进入原水的同时，高温烟气使与之接触的流动原水蒸发，水蒸气将与温度已降低的烟气混合，并与其中部分剩余的气态污染物分子结合，混合烟气离开静电场区域后，进入冷凝管(16);
步骤五，混合烟气经过冷凝管(16)，待其中的淡水或净化水冷凝分离后，从排烟管上段(20)排放到大气中，这时排放的烟气已获得完全净化;
步骤六，冷凝得到的淡水将通过冷凝管(16)的管壁汇集进入淡水槽(18)，淡水槽(18)中的淡水通过淡水出水管和阀门(21)流出经饮用水处理箱(22)处理后供日常生活使用。
6.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述热源是内燃机，锅炉和其他产生高于常温的废气，尾气和烟气的设备。
7.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述原水是内燃机冷却系统排出的热水、锅炉等其他热源的冷却水、本发明系统中通过冷却烟气和水蒸汽混合气得到的高温水或者是直接抽取的海水，苦咸水或污水，所述污水是指各种具有高浓度盐碱成分、不适合饮用的地下或地表水，以及工厂或居民区排放的工业和生活污水。
8.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述烟气是所述热源排放的高于环境温度的废气、尾气或者烟气。
9.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述冷凝方式采用空冷或风冷方式，所述冷凝换热过程，烟气和水蒸汽混合气从多根烟道内通过，低温原水从烟道外流过或者低温原水从多根换热管道内流过，混合气在管道外流过。
10.根据权利要求5所述的海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，其特征在于：所述高压静电发生器(12)的将来自发电机的电压转换成直流高压，高压范围从5000V到100000V,取决于电晕管和电晕丝的直径以及烟气流量，电晕丝的直径小于2mm。
说明书
海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备及方法
技术领域
本发明涉及一种水净化设备及方法。
背景技术
目前，各国对内燃机尾气和锅炉烟气排放已日趋严格。如国标GB/T15097-2008，GB/8840-2009中，对船用柴油机烟度，CO，NO(氮氧化物)和HC 的排放上限已有明确规定。所以烟气应净化后才能排放，此外，烟气直接与原水接触，也必须净化后才能用于蒸发原水，以避免获得的淡水或净化水含有大量污染物。
烟气或尾气中有两类污染物，一是CO，SO2，NO(氮氧化物)和HC等气态污染物，二是颗粒物，如烟尘或未燃烧的碳颗粒，后者是柴油机排放黑烟中的主要污染物。
传统的静电除尘器的工作原理是：含有颗粒物的烟气，从连接高压直流电源的电晕极和作为沉积极的极板或管之间所形成的高压电场通过时，由于电晕极发生电晕放电、气体被电离，带电的气体离子，在电场力的作用下，向沉积极运动，在运动中与颗粒物相碰，使其荷以负电，荷电后的微粒在电场力的作用下，向沉积极运动，到达沉积极后，放出所带电子，沉积于阳极上，净化后的气体排出除尘器外，但是传统静电除尘器的性能受烟尘性质、设备构造和烟气流速等多个因素的影响，如烟尘的比电阻过低，尘粒难以保持在沉积极上，致使其重返气流，比电阻过高，到达沉积极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成的电压梯度会产生局部击穿和放电现象，造成除尘效率下降。
除此之外，还有其他方法，如：利用发动机排气管尾气余热进行海水淡化的方法，该方法是将排气管余热引入曲面蒸发器，使蒸发器的温度上升到100℃以上，然后用喷头将海水喷洒在蒸发器表面产生水蒸汽，水蒸汽通过冷凝器时产生淡水，蒸发器蒸发海水时结晶的盐垢用未蒸发完的水流和水流带动的空气流冲刷而清除，然后流入海洋。该方法有两个主要不足：一是高温蒸发器表面的结垢和腐蚀。采用水流和空气流冲洗不能解决问题，因结垢一旦形成，就极难去除。二是传热效率受排气阻力的限制。内燃机气缸排气阻力须严格控制，否则工况恶化，效率将急剧下降。但为提高传热效率，必须增加传热面积，由此又会导致排气阻力过大。另一种采用船舶柴油机余热为驱动热源的吸收式制冰机，以及类似的利用渔船柴油机尾气的海水制冰机与前述方法具有同样不足之处，而一种常温蒸馏海水淡化装置，包括电机、冷凝装置和至少一个汽化叶轮的蒸发器，该技术需额外能源加热蒸发，存在由此带来的各种局限。
发明内容
本发明的目的是提供一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备及方法，要解决海水、污水和烟气的净化需额外能源加热蒸发、蒸发器表面的结垢不易清除的问题;并解决传热效率受排气阻力的限制不能进一步提高的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备，其外形呈圆管状，它连接在内燃机的排烟管之间，并与饮用水处理箱连接，其特征在于：所述圆管分为三段，顺高温烟气的走向依次为电晕管、净化蒸发管和冷凝管，排烟管下段与电晕管之间通过第一法兰盘及配套螺栓连接;
所述电晕管的轴心线上设置有一根电晕丝，所述电晕丝由电晕丝支架固定在电晕管的中心位置，电晕管通过第二法兰盘及紧固件与净化蒸发管连接。
所述净化蒸发管的轴心线上设置有与电晕丝连接的金属棒，所述金属棒由安置在净化蒸发管头部的金属棒支架固定在净化蒸发管的中轴线上，所述金属棒支架通过螺栓与冷凝管连接，净化蒸发管的上端有一环形的新鲜原水槽，新鲜原水槽与净化蒸发管的管内壁相连通，净化蒸发管的管内壁流动有原水液膜，净化蒸发管的下端有一环形的浓缩原水槽，浓缩原水槽与浓缩原水出水管和阀门连接，所述金属棒与管外的高压静电发生器连接，高压静电发生器的一个高压极与金属棒和电晕丝连接，另一个高压极与新鲜原水槽中的原水连接，使沿净化蒸发管壁流下的液膜始终带电荷。
所述冷凝管中斜置有换热管，换热管的上端穿过冷凝管的管壁与海水管相连，换热管的下端穿过冷凝管的管壁向下伸入新鲜原水槽中，冷凝管的下端连有用于汇集冷凝淡水的环形淡水槽，冷凝管通过第三法兰盘及紧固件与排烟管上段连接，淡水槽通过淡水出水管和阀门与饮用水处理箱连通。
所述电晕管由金属材质制成，电晕丝的表面是光滑的或者带有芒刺。
所述新鲜原水槽内置有液面传感器，液面传感器的信号线与阀门控制连接或与警示器控制连接。
所述饮用水处理箱内设置有活性碳层和紫外线灯管，饮用水处理箱的底部连有出水管。
一种海水淡化、污水净化和烟气排放净化设备的使用方法，步骤如下：
步骤一，利用高压静电发生器形成高压静电场产生电晕，让热源排放的高温烟气或尾气经排烟管下段通过电晕管，电晕丝产生电晕，与电晕丝连接的金属棒不产生电晕，其作用是迫使来自电晕管气流中的污染物粒子带上电荷，并因同性相斥而朝着净化蒸发的管壁移动，迅速被管壁上流动的原水液膜吸引，并进入原水中，污染物粒子最后进入浓缩原水槽中，浓缩原水通过浓缩出水管和阀门收集后集中处理。
步骤二，换热管中流过海水泵送入的冷海水，换热后的冷海水温度上升，进入新鲜原水槽，作为净化蒸发管的原水使用，在净化蒸发管的内壁形成流动的液面或液膜，并与高压静电场的负极或正负连接，如果污染粒子带负电荷，就与正极连接，如果粒子带正电荷，就与负极连接，使液面或液膜成为吸引带异种电荷的污染物粒子的沉积极，让污染物粒子和部分气态污染物在排放之前进入流动浓缩原水中。
步骤三，含有大量污染物的流动浓缩原水被集中收集后再处理，一般不再循环使用。
步骤四，在污染物被吸引进入原水的同时，高温烟气使与之接触的流动原水蒸发，水蒸气将与温度已降低的烟气混合，并与其中部分剩余的气态污染物分子结合，混合烟气离开静电场区域后，进入冷凝管。
步骤五，混合烟气经过冷凝管，待其中的淡水或净化水冷凝分离后，从排烟管上段排放到大气中，这时排放的烟气已获得完全净化。
步骤六，冷凝得到的淡水将通过冷凝管的管壁汇集进入淡水槽，淡水槽中的淡水通过淡水出水管和阀门流出经饮用水处理箱处理后供日常生活使用。
所述热源是内燃机，锅炉和其他产生高于常温的废气，尾气和烟气的设备。
所述原水是内燃机冷却系统排出的热水、锅炉等其他热源的冷却水、本发明系统中通过冷却烟气和水蒸汽混合气得到的高温水或者是直接抽取的海水，苦咸水或污水，所述污水是指各种具有高浓度盐碱成分、不适合饮用的地下或地表水，以及工厂或居民区排放的工业和生活污水。
所述烟气是所述热源排放的高于环境温度的废气、尾气或者烟气。
所述冷凝方式采用空冷或风冷方式，所述冷凝换热过程，烟气和水蒸汽混合气从多根烟道内通过，低温原水从烟道外流过或者低温原水从多根换热管道内流过，混合气在管道外流过。
所述高压静电发生器的将来自发电机的电压转换成直流高压，高压范围从5000V到100000V，取决于电晕管和电晕丝的直径以及烟气流量，电晕丝的直径小于2mm。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：烟气中污染物气溶胶粒子的净化不采用金属或其他固体导电材料作为烟尘或碳粒等污染物的沉积极，而是用流动的液体表面或液体膜替代金属板或金属管的功能，带电粒子受电晕极同种电场力的排斥和流动液体异种电场力的吸引迅速飞向流动液体表面，突破粒子和液面之间的气膜而进入液体内，进入流动液面的粒子立即被流动液体带离原位置，保证液面有持续吸引粒子的能力，流动液体是吸引和运输污染物粒子的介质，流动原水与高温烟气较大面积的直接接触，保证了原水的快速蒸发，不通过换热器，能进一步节能，将烟气高温热能直接转换为原水相变能，没有固定的换热面，不存在传热面上的结晶、结垢和腐蚀。
本发明充分利用内燃机，锅炉等热源的冷却水和排放烟气的余热，非常节能，产水量大，出水水质良好，原水基本不用预处理，对海水水质无任何要求，结构和工序简单与反渗透相比，无高压力部件，工作条件宽松，可靠性高，有明显优势。
本发明不需其他耗材，不用任何膜材料，设备运行成本极低、体积小、维护简单，可以不改变原有内燃机结构，容易安装，没有高温传热面，不存在传热面结晶和结垢问题，大多数部件可采用高分子材料或陶瓷制造，抗海水腐蚀性强。
本发明可广泛应用于海水淡化、污水净化和烟气排放净化过程中。