技术摘要：
本发明涉及海水淡化及水处理技术领域，海洋工程领域，公开了一种流化床式海水制冰淡化系统及其淡化方法，系统包括制冷机组、载冷剂储罐、流化床制冰器、传热管、固体颗粒、海水进料管路、海水排放管路、连续式离心洗涤过滤分离器、搅拌器、浓海水储罐、进料海水储罐、  全部
背景技术：
海水淡化是实现水资源利用的开源增量技术，未来必将大力发展。海水冷冻淡化 作为海水淡化的主要技术之一，是一种将海水在低温下冷却至结冰，冰晶经分离、洗涤、融 化后得到淡水的技术。与常规淡化技术相比，冷冻淡化技术具有污染小、无结垢、适用范围 广等优点，但受限于清洁廉价冷能的缺乏，海水冷冻淡化技术一直未能得到大规模应用。近 年来随着对液化天然气(LNG)需求量的日益增长，我国沿海各大城市先后兴建了10余数座 LNG接收站，而LNG在气化过程中会释放大量的冷能，这部分冷能通常会随着海水的排放而 被直接舍弃掉，造成能源的巨大浪费。常用的LNG冷能利用方式主要有空分、低温粉碎、冰蓄 冷、制液氮等，但由于市场空间有限，LNG冷能的利用率尚不足20％，大量冷能仍处于无法被 利用的状态。因此，LNG冷能利用成为LNG企业亟需解决的问题。 海水冷冻淡化可与LNG接收站实现共址建设，工艺耦合性强，可大量消化LNG冷能， 成为LNG冷能利用的一种可行选择。同时，随着各种废热制冷技术的逐渐成熟应用，也极大 增加了清洁廉价冷能的获取途径，因而海水冷冻淡化技术再一次成为研发热点。 若能通过合理的系统集成和工艺整合，以LNG汽化冷能及各种废热转化冷能代替 传统机械制冷所消耗的大量电能，将极大提高海水冷冻淡化技术的竞争力，而且对于提高 我国整体能源效益也具有重要意义。因此，亟需开发一种能与LNG汽化冷能及各种废热转化 冷能相匹配的海水冷冻淡化的系统及其淡化方法。
技术实现要素：
针对上述背景，本发明提出一种流化床式海水制冰淡化系统及其淡化方法，不仅 可帮助LNG储运企业及沿海地区有废热排放的企业提高能源和经济效益，同时可有效降低 冷冻海水淡化所需的动力消耗，降低制水成本。 一种流化床式海水制冰淡化系统，包括： 制冷机组上端通过管路与流化床制冰器的壳程顶端连接，流化床制冰器的壳程下 端通过管路与载冷剂储罐入口端连接，载冷剂储罐出口端通过管路依次与载冷剂泵、制冷 机组下端口连接； 流化床制冰器的管程入口端通过管路依次与循环泵、进料海水储罐连接，流化床 制冰器的管程出口端通过管路与连续式离心洗涤过滤分离器一入口端连接； 连续式离心洗涤过滤分离器另一入口端设置一洗冰水管路，连续式离心洗涤过滤 分离器液相出口端通过管路与浓海水储罐连接，连续式离心洗涤过滤分离器固相出口端通 过管路与搅拌器连接； 搅拌器进料端通过管路依次与淡水泵、淡水储罐连接，搅拌器出口端通过管路与 4 CN 111606380 A 说　明　书 2/7 页 冰浆泵、融冰器连接； 融冰器设置一海水排放管路，融冰器出口端通过管路与淡水储罐入口端连接； 淡水储罐一出口端设置一淡水出口管路； 进料海水管路通过管路与海水泵连接，海水泵分两路分别通过管路与融冰器、预 冷器连接； 浓海水储罐出口端通过管路与浓海水泵连接，浓海水泵分两路分别通过管路与进 料海水储罐、预冷器连接； 预冷器一出口端设置一浓水排放管路，预冷器另一出口端通过管路与进料海水储 罐连接； 所述的制冷机组为LNG汽化器或废热制冷设备； 所述的制冷机组上端口、流化床制冰器壳程顶端连接的管路和所述的流化床制冰 器壳程下端、载冷剂储罐入口端连接的管路及所述的载冷剂储罐出口端、载冷剂泵、制冷机 组下端口连接的管路为载冷剂管路。所述的流化床制冰器为大颗粒循环式或非循环式流化 床，流化床制冰器内装有传热管、管板、分布板、固体颗粒入口、固体颗粒； 传热管呈垂直分布； 固体颗粒颗粒粒径均一，固体颗粒材质为耐海水腐蚀、比重大、体积热容大、导热 性好的金属； 作为优选地，固体颗粒颗粒当量直径1mm～5mm； 作为优选地，固体颗粒材质选用不锈钢、铝合金、钛合金、铜合金； 作为优选地，流化床制冰器床层孔隙率70％～90％； 作为优选地，流化床式海水制冰淡化系统使用的载冷剂无腐蚀性，凝固点低于-5 ℃； 作为优选地，洗冰水管路中的洗冰水为外接的自来水或淡水出口管路排放的淡 水。 采用上述流化床式海水制冰淡化系统的淡化方法，工艺流程包括：载冷剂储罐内 的载冷剂经载冷剂泵进入制冷机组，载冷剂经制冷机组冷却后进入流化床制冰器壳程内； 同时进料海水通过进料海水管路、海水泵后分两路分别进入预冷器和融冰器中，流经预冷 器的进料海水与浓海水储罐中流经预冷器的浓海水在预冷器内换热实现预冷，预冷后的进 料海水进入进料海水储罐内，同时浓海水储罐中经浓海水泵排出的另一路浓海水直接进入 进料海水储罐内与经预冷器预冷后的进料海水混合。 进料海水储罐中海水经循环泵进入流化床制冰器管程内。 此时，流化床制冰器壳程内的载冷剂与管程内海水换热并在传热管内壁面生成微 小冰晶，固体颗粒在海水的带动下经分布板进入传热管内并实现流态化，流态化的固体颗 粒通过对传热管传热壁面的持续碰撞，去除壁面上生成的微小冰晶，形成流体冰浆，换热升 温后的载冷剂再次回到载冷剂储罐内循环使用。 流体冰浆从流化床制冰器顶部排出经管路进入连续式离心洗涤过滤分离器中，同 时洗冰水经洗冰水管路进入连续式离心洗涤过滤分离器，流体冰浆在连续式离心洗涤过滤 分离器中经洗涤过滤后生成较低含水率的冰晶和浓海水，较低含水率的冰晶被排入搅拌器 内，浓海水则进入浓海水储罐内。同时，淡水储罐内淡水经管路和淡水泵进入搅拌器内与较 5 CN 111606380 A 说　明　书 3/7 页 低含水率的冰晶搅拌生成淡水冰浆。淡水冰浆经冰浆泵进入融冰器内与进料海水换热融化 为淡水并储存于淡水储罐中，淡水储罐中的淡水经淡水出口管路排出，融冰器内的进料海 水换热后经海水排放管路排出。浓海水储罐中浓海水经浓海水泵分两路分别进入预冷器和 进料海水储罐内； 进入预冷器的浓海水与进料海水在预冷器内换热升温后经浓水排放管路排出。 流化床式海水制冰淡化系统工作原理： 载冷剂吸收制冷机组冷能后进入流化床制冰器壳体内通过传热管与海水逆流换 热，升温后的载冷剂返回制冷机组继续降温循环。进料海水经预冷器预冷后与连续式离心 洗涤过滤分离器中部分排出的浓海水混合进入流化床制冰器，海水降温到达冰点后开始在 传热管壁面生成冰晶，流化床制冰器内固体颗粒通过对传热管壁面的撞击作用除去壁面冰 晶，脱落的冰晶与海水形成冰浆。冰浆进入连续式离心洗涤过滤分离器内被分离成浓海水 和冰晶，浓海水进入浓海水储罐，冰晶从连续式离心洗涤过滤分离器固相出口排出进入搅 拌器内并与部分系统产出的淡水混合为淡水冰浆后被泵入融冰器内融化为淡水。 与现有技术相比，本发明的优点是： (1)本发明可将LNG汽化冷能或废热转化冷能用于海水制冰淡化，通过工艺整合实 现制冰淡化的连续稳定运行。本发明不仅可帮助LNG储运企业及沿海地区有废热排放的企 业提高能源和经济效益，同时能降低冷冻海水淡化所需的动力消耗，降低制水成本。 (2)本发明系统中载冷剂与海水通过传热管换热制冰，为间接接触，对海水无污 染，因此系统对载冷剂无特殊要求，在满足LNG汽化工艺要求和废热转化冷能提取要求的前 提下，选择范围相对宽泛，可使用廉价易获取的载冷剂，且载冷剂在封闭流程内循环利用无 损失，因此系统在冷能获取、利用及传输环节工艺简单，成本低廉。 (3)本发明系统中采用颗粒粒度均一的大颗粒流化床，颗粒粒度均一特性使系统 易于构建进料海水流速与流化床制冰器传热管内固体颗粒流态化特性之间的对应关系，利 于固体颗粒除冰速率的控制和在线调节，保证系统运行的稳定可靠。同时，相同孔隙率下， 大颗粒流化床允许的海水进料速度更高，固体颗粒对传热管壁面的撞击动量更大，可提高 流化床制冰器的结冰与除冰速率，提高海水含冰率，增加淡水产量。 (4)本发明系统中固体颗粒材质耐海水腐蚀，可保证颗粒在海水环境下可靠运行。 颗粒具备较大的比重、较大的体积热容和较好的导热性，可保证在同等粒径下流化床制冰 器具备更高的热效率。 (5)本发明系统中流化床制冰器的床层孔隙率介于70％～90％之间，可避免由于 孔隙率过低导致颗粒流态化不充分、颗粒分布不均、降低床层除冰能力的问题，也可避免孔 隙率过高导致颗粒与壁面撞击频率降低从而减弱床层除冰能力的问题。 综上所述，本发明的技术方案可将LNG汽化冷能或废热转化冷能用于海水制冰淡 化，通过流化床式制冰淡化技术实现制冰淡化的连续稳定运行。流化床式海水制冰淡化系 统具备运行可靠、占地空间小、制冰效率高、自动化程度高等特点。通过合理的工艺整合，该 系统可与沿海地区的LNG接收站进行共址建设，在满足LNG汽化工艺的同时，完成海水冷冻 淡化过程，实现LNG冷能和水资源的梯级利用。此外，还可与沿海地区企业的各种废热制冷 工艺相耦合，在消纳废热的同时，为厂区及周边用户提供淡水。 综上所述，本发明不仅可帮助LNG储运企业及沿海地区有废热排放的企业提高能 6 CN 111606380 A 说　明　书 4/7 页 源和经济效益，同时能降低冷冻海水淡化所需的动力消耗，降低制水成本。 在本发明的描述中，需要说明的是，方位或位置关系的指示式术语为基于附图所 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。 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“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；可以是直接连接，也可以通过中间 媒介间接连接。对于本领域的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具 体含义。 附图说明 附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性 实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图 仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他附图。 图1是本发明系统结构示意图； 图2是本发明流化床制冰器结构示意图； 图3是本发明流化床制冰器传热管的结构示意图； 图4是本发明流化床制冰器传热管内物质反应和运行示意图。 图中：1、制冷机组，2、载冷剂储罐，3、流化床制冰器，4、传热管，5、固体颗粒，6、海 水进料管路，7、海水排放管路，8、连续式离心洗涤过滤分离器，9、搅拌器，10、浓海水储罐， 11、进料海水储罐，12、淡水储罐，13、融冰器，14、预冷器，15、载冷剂泵，16、海水泵，17、淡水 泵，18、冰浆泵，19、浓海水泵，20、循环泵，21、洗冰水管路，22、淡水出口管路，23、浓水排放 管路，31、管板，32、分布板，33、固体颗粒入口。 图中：传热管4内为海水、固体颗粒5和冰晶的混合物，连续式离心洗涤过滤分离器 8内为冰浆与洗冰水的混合物，搅拌器9内为冰晶和淡水混合而成的淡水冰浆，进料海水储 罐11内为预冷器14预冷后的进料海水与浓海水储罐10内排出的部分浓海水的混合物，融冰 器13内为淡水冰浆与进料海水换热，预冷器14内为进料海水与浓海水换热； 制冷机组1、流化床制冰器3、载冷剂储罐2、载冷剂泵15共同形成一个载冷剂的封 闭循环，在流经流化床制冰器3时，载冷剂处于壳程内，系统停止运行时，载冷剂常储存在载 冷剂储罐2内。 需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范 围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。