CN101544411A - 一种太阳能海水淡化及产盐装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用太阳能为能源进行海水淡化，并可同时生产盐的装置。本发明的装置由太阳能集热器向蒸发器提供热源，同时提供蒸汽驱动汽轮机发电，吸入的冷海水在换热器中加热后送入蒸发器，蒸发器产生二次蒸汽被送入蒸汽压缩机进行压缩加热，然后再循环进入蒸发器中，在蒸发器中产生淡化冷凝水被送入换热器中用作冷海水加热，由蒸发器产生的过饱和盐水经饱和盐水罐送入粗盐收集槽的盐沉降槽。本发明中还设有蒸汽锅炉。

Description

一种太阳能海水淡化及产盐装置

技术领域

本发明涉及海水淡化的装置，特别是一种利用太阳能为能源进行海水淡化，并可同时生产盐的装置。在本发明的装置中设置有太阳能集热器、蒸发器、换热器、盐沉降槽，以及连接各部分的管路、阀门和泵。

背景技术

随着社会经济的持续快速发展和人民生活水平的提高，水资源短缺和水污染问题日益突出，寻找新的水源和节约用水成为当今社会的一个重要课题。对海水进行淡化处理以获取淡水是一个古老课题，同时又是当今时代重点研究的一个热点。

传统的海水淡化是采用多级蒸发器组进行蒸馏处理，需要消耗大量的蒸汽，而末端蒸汽往往不能直接利用，将部分热量白白浪费，为处理冷却它还要额外消耗一定的能量，热效率利用不高。由于用电设备数目庞大，配套动力所消耗电力也非常巨大，造成系统占地面积大、投资成本高。同时，海水中的有用资源——海盐也得不到有效利用。

中国发明专利申请200610111779.X公开一种温差式海水淡化器，它是利用不同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压的不同，首先将海水加温，提高饱和水蒸汽的分压，然后在冷凝室降低温度，随着饱和水蒸汽分压的降低，析出纯水，根据该原理设计了一套淡化装置，它包括海水箱、加热器、高压水泵、雾化室、冷凝室、淡水箱和风机；海水箱通过管道与加热器连接，经过加热器的海水进入高压水泵，高压水泵与雾化室连接，雾化室通过管道与冷凝室连接，冷凝室与淡水箱连接，风机通过雾化室进风口与雾化室连接。该专利申请中特别提到其加热方式可以采用电加热的方式，也可采用太阳能加热或利用发动机散热器放出的热能加热，利用太阳能实现海水淡化。但这方法的淡化效率不会太高。

中国发明专利申请01127319.4公开太阳能一效海水淡化装置和方法。用水泵将滤水井内的海水送入太阳能加热池升温，再经滤管二次过滤后送入蒸馏塔进行低压蒸馏，同时凭借罗茨风机使其在低压下蒸发，被抽出加压的水蒸汽经管道再返回加热池左端的冷却板进行冷却，并沿加热池的曲线冷却管逆海水进入方向从淡水出水口流出，其间以一端在加热池内，另一端在蒸馏塔底部的多根热管的加热装置补充蒸发所需热量，并在蒸馏塔的下部设有绞龙出盐装置，综合利用使淡化水成本极低。

中国发明专利申请200810071554.5公开一种太阳能膜法海水淡化方法及成套设备，它由太阳能光伏电池系统、海水预处理系统和反渗透淡化系统三部分构成。太阳能光伏电池系统包括太阳能电池面板、框架、设置于太阳能电池面板背面的背面构件和贮存电能的蓄电池及电流转换器组成。由太阳能光伏电池系统给海水预处理系统和反渗透淡化系统提供能源。将海水经过海水预处理系统处理除去海藻、浮游生物、悬浮物、胶体、细菌，然后泵入反渗透，经过反渗透脱盐得淡水和卤水(浓缩水)。但现阶段太阳能光电池的效率较低，而采用反渗析法进行水的淡化不仅效率不高，而且其水消耗量也很大，因此所需要的能耗较高，使仅利用太阳能作为该专利申请技术方案的能源近乎成为不可能。

中国实用新型专利200820054546.5公开的内循环多效蒸发冷凝的太阳能海水淡化装置包括太阳能集热器，蒸发塔和冷凝塔，所述的蒸发塔与冷凝塔置于一个一体化壳体内，而两者上腔通过一个风机连通，下腔通过一个通气口连通；有一个高位热水储箱，所述的太阳能集热器的进出口分别与高位热水储箱的上下腔连通；一个盐水泵进口连通蒸发塔的下腔，而出口分别通过阀和高位热水储箱上腔，接通太阳能集热器进口。但这种装置仍存在效率低下，能源较高的不足。

从中国专利中已公开的技术来看，现有技术中还普遍存在一个共同的不足，即在实现海水淡化并将淡水从系统或装置中排出的同时也将一部分能量带走，使能量不能充分被利用。

发明内容

本发明提供一种可克服现有技术共同不足的，能有较高能量利用效率，可以基本上实现仅靠太阳的能量进行海水淡化的装置，而且本发明的装置还能在淡化海水的同时生产出海盐。

本发明的太阳能海水淡化装置，包括太阳能集热器、蒸发器、换热器、盐沉降槽，以及连接各部分的管路、阀门和泵。其中换热器的冷海水入口与海水自吸泵连接，换热器的温海水出液口与蒸发器的进液口连接，蒸发器的二次蒸汽出口与蒸汽压缩机的入口连接，蒸汽压缩机的输出口与蒸发器的蒸汽入口连接，显然本发明中的蒸发器为一个蒸汽压缩再循环蒸发器，蒸发器的淡化冷凝水出口通过淡化冷凝水罐与换热器的淡化冷凝热水口连接，换热器的淡化冷凝温水出口与淡化冷凝水收集管相连，蒸发器的循环液出口与蒸发器循环液泵的输入口连接，循环泵的输出口与蒸发器的循环液入口连接，蒸发器的过饱和盐水出口与饱和盐水出液泵的输入口连接，饱和盐水出液泵的输出口连接海水超浓液罐，饱和盐水罐连接带有饱和盐水出口和粗盐收集槽的盐沉降槽。太阳能集热器加热热管，由热管将热量传递至其内循环水达到沸点，在蒸汽罐产生的蒸汽驱动汽轮机发电，所发出的电力用于驱动装置内的泵及压缩机做功，蒸汽罐上还有管道连通蒸发器，在该管道上设置有控制阀门。

本发明工作中是通过海水自吸泵将海水经换热器的冷海水入口引入换热器内加热，加热后的海水被送入蒸汽压缩再循环蒸发器中再次加热，并通过蒸发器循环泵将海水打循环，进行循环加热，而蒸发器中产生的二次蒸汽被送入蒸汽压缩机中被压缩，蒸汽通过蒸汽压缩机(热泵)机械做功，利用逆向卡诺循环方式工作，从周围低温环境中吸热，热量由低温物体传递到高温介质(蒸汽)，形成具有获得较高压力、温度和焓值的蒸汽，这些蒸汽被再次送入蒸发器作为加热热源，加热蒸发器内的海水，而被冷凝后形成的淡水则通过淡化冷凝水出液泵送入换热器中作为换热器的加热热源，经换热器内的热交换后被进一步冷却，冷却后的淡化冷凝水通过淡水收集管排出本发明的装置，蒸发器的下部设置有盐饱和度检测装置，当检测出蒸发器内的海水成为过饱和盐水时即将过饱和盐水送入海水超浓液罐内，在海水超浓缩罐内加入适量的盐种晶即可使过饱和盐水在其诱导下迅速结晶析出海盐，形成粗大结晶。把含有结晶的超浓液送入盐沉降槽内，在搅动耙的作用下，从底流可获得副产品——粗盐，而顶流得到饱和含盐海水可经进一步脱水后得到粗盐。本发明装置中的太阳能集热器中设置有热管，太阳能集热器所获得的热量通过热管传递蒸汽罐中产生用于驱动发电机工作的汽轮机，由发电机发出的电力用于驱动装置内的泵及压缩机做功。同时蒸汽罐产生的蒸汽还可送入蒸发器，作为装置初始工作时蒸发器的热源。

本发明的优选实施例中，在蒸发器17的淡化冷凝水出口36与换热器8的淡化冷凝热水口31间连接有淡化冷凝水罐6和淡化冷凝水出液泵7，在蒸汽压缩机3的输出口与蒸发器17的蒸汽入口37之间设置有蒸汽稳压罐18，蒸汽罐13的蒸汽输出管通过三通管24分别与汽轮机11的蒸汽输入管连接和蒸发器17的蒸汽入口37连接，三通管24与蒸汽入口37的连接管间设置有阀门40。由于本发明的优选实施例中在蒸发器17的淡化冷凝水出口36与换热器8的淡化冷凝热水口31间连接有淡化冷凝水罐6，可以使整个装置有比较稳定的冷凝水输出量，同时可将自闪蒸的蒸汽用作补充热源加以利用，进一步提高系统的热效率；而设于冷凝水罐6前的泵7可克服高差扬程及装置内的阻力和增加换热器内的液体流速，提高换热效率，也便于长距离输送至收集系统内。设置的蒸汽稳压罐可以使装置有比较稳定的蒸汽输出量被送入蒸发罐内，使装置工作更为稳定和高效；通过一个三通以及设置于相应管道上的阀门可以很方便地将由太阳能集热器加热蒸发的蒸汽分别送往汽轮机和蒸发器，既可减少管道的用量，也给装置自动化控制提供了方便。

本发明的实施例中在海水自吸泵9与换热器8的冷海水入口29间串接有至少一级过滤器，而在本发明的优选实施例中采用了一级CD粗过滤器与相互串联的一级CD精过滤器，通过两级过滤可将海水中的浮游生物、藻类及其它固态杂质完全过滤保证了装置正常运转。本发明特别采用了造纸行业使用的CD过滤器。CD过滤器的优点是过滤圆盘按一定间隔布置，可以安装的数量较多，在有效容积内能实现较大面积的过滤，设备结构紧凑，场地占用小，投资成本低；水及可溶性的物质由于压力作用透过滤布进入到空心轴而排出，其它泥沙、藻类等被过滤吸附在CD盘上，表面吸附杂物由设备内部刮刀清除，刮落后被收集到污泥槽，由排污阀排出，能实现连续工作过程；由于圆盘随中间管轴作圆周运动，可以起到自清洗的作用，能有效延长设备清洗周期和使用寿命；同时，每件圆盘均由独立工作、一定数目的滤布组成，设备维修成本低，拆卸更换方便。

本发明的实施例中，在过饱和盐水出口35可设置检测盐浓度的检测点，或者安装盐浓度自动检测装置。采用这一技术措施后可向装置提供开启饱和盐水出液泵的信息。

在本发明的最佳实施例是将蒸汽罐与一个蒸汽锅炉连通，形成可由太阳能与蒸汽锅炉分别向蒸汽罐供热的系统。按本实施例构成的装置采用了蒸汽锅炉作为太阳能的补充能源，既能各自单独工作，又能运用混合动力产生蒸汽进行发电，特别是在夜晚或阴雨天时可对现有资源充分应用，利用蒸汽锅炉产生蒸汽，以满足不间断长时间连续工作过程，实现系统能量在时间和空间上的合理匹配。

附图说明

附图1为本发明的一个实施例的装置示意图。

附图2为CD过滤器结构示意图。

附图3为CD过滤器中滤布示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细解说本发明的装置组成及工作原理：

附图1给出的本发明的实施例中，太阳能通过太阳能集热器12收集并加热设于集热器12内的热管，进而将流经集热器12内的循环水加热至沸点，达到沸点的循环水从太阳能集热器12经入口21到蒸汽罐13内，使罐13内产生蒸汽，补充的部分循环水和未蒸发的循环水经22返回到集热器13，形成自循环过程。蒸发罐13内的水被加热转变为蒸汽后经三通24可分别被送至发电汽轮机11和蒸发器17。送入蒸发器17的蒸汽量可通过阀门40控制。在本发明装置正常工作中，发电汽轮机11发出电力经输电装置14送入本发明相关的用电装置，也可并入电网。本发明装置中的海水吸入泵19将海水吸入，经二级CD过滤器10和16过滤后经冷海水入口29送入换热器8中进行加热蒸发，被加热后的热海水经热海水出液口32输出并经进液口41送入蒸发器17内进行蒸发。蒸发器17蒸发的二次蒸汽经出口44送入蒸汽压缩机3的入口，经压缩机3的压缩形成具有获得较高压力、温度和焓值的蒸汽，再经压缩机3的输出口经过蒸汽稳压罐18后再经蒸汽入口37被回输到蒸发器17内作为蒸发器17的加热热源对17内的热海水进行再次加热，蒸汽稳压罐18可以使装置有稳定的蒸汽输出量被送入蒸发罐内，使装置工作更为稳定和高效。在蒸发器17内产生的蒸汽被冷凝为淡水后，经蒸发器17的淡化冷凝水出口36和淡化冷凝水罐6以及淡化冷凝热水口31送入换热器8内，冷凝的淡水在换热器8内作为加热热源对进入其内的冷海水进行加热，同时使冷凝淡水进一步冷却，并经换热器8内所设的淡化冷凝温水出口30和与其相连的淡化冷凝水收集管15排出系统。而设于冷凝水罐6前的泵7可克服换热器8的高差扬程及装置内的阻力，可以提高换热器内的液体流速，提高换热效率，也便于长距离输送至收集系统内。蒸发器17的被加热但未汽化的海水通过循环液出口38进入蒸发器循环液泵4内，并在循环泵4的作用下通过循环液入口39被再次送回蒸发器17内进行循环加热。在这一过程中，海水被逐渐浓缩，当设置于过饱和盐水出口35的检测点的检测装置检测到蒸发器17内的海水盐浓度大于预定值成为过饱和盐水时，饱和盐水出液泵5即被开启，将过饱和盐水送入海水超浓液罐19内，在海水超浓缩罐19内加入适量的盐种晶即可使过饱和盐水在其诱导下迅速结晶析出海盐，形成粗大结晶。把含有结晶盐的超浓液送入盐沉降槽20内，在搅动耙的作用下，从底流获得副产品——粗盐进入粗盐收集槽2内，而顶流得到饱和含盐海水可经盐水饱和液出口1流出，经进一步脱水后得到粗盐。从图1中还可见，蒸汽罐13用还与一个蒸汽锅炉45连通，通过阀门46控制蒸汽锅炉45所产生的蒸汽进入蒸汽罐13内。本发明中的锅炉45最好采用秸秆稻壳蒸汽锅炉，这样加大了对现有资源充分利用，而且采用秸秆稻壳蒸汽锅炉作为太阳能的补充能源，既能单独工作，又能运用混合动力产生蒸汽进行发电。这一系统在阳光充裕时，充分收集太阳能，利用太阳能集热器产生蒸汽驱动汽轮机发电供给系统能源，进行海水淡化及产盐，当在夜晚或阴雨天时则对现有资源充分应用，利用秸秆稻壳蒸汽锅炉产生蒸汽，以满足不间断长时间连续工作过程，实现系统能量在时间和空间上的匹配。

图2和图3是CD过滤器结构示意图，其中：47为排污阀，48为污泥槽，49为过滤器壳体，50为空心回转轴，51为滤液入口，52为CD过滤盘，53为滤液出口。其工作原理是在过滤期内保持一定的压力，滤液进入到过滤器型腔后，水及可溶性的物质由于压力作用透过滤布进入到空心轴而排出。其它泥沙、藻类等被过滤吸附在CD盘上，刮落后被收集到污泥槽，由排污阀排出。根据过滤需要而选定滤布规格目数，并分为粗、精过滤。

Claims (5)

1、一种太阳能海水淡化装置，包括太阳能集热器、蒸发器、换热器、盐沉降槽，以及连接各部分的管路、阀门和泵，其特征是装置中换热器8的冷海水入口29与海水自吸泵9连接，换热器8的热海水出液口32与蒸发器17的进液口41连接，蒸发器17的二次蒸汽出口44与蒸汽压缩机3的入口连接，蒸汽压缩机3的输出口与蒸发器17的蒸汽入口37连接，蒸发器17的淡化冷凝水出口36通过淡化冷凝水罐6与换热器8的淡化冷凝热水口31连接，换热器8的淡化冷凝温水出口30与淡化冷凝水收集管15相连，蒸发器17的循环液出口38与蒸发器循环液泵4的输入口连接，循环泵4的输出口与蒸发器的循环液入口39连接，蒸发器17的过饱和盐水出口35与饱和盐水出液泵5的输入口连接，饱和盐水出液泵5的输出口连接海水超浓液罐19，饱和盐水罐19连接带有饱和盐水出口1和粗盐收集槽2的盐沉降槽20，太阳能集热器12加热热管，由热管将热量传递至其内循环水达到沸点，在蒸汽罐13产生的蒸汽驱动汽轮机11发电，所发出的电力用于驱动装置内的泵及压缩机做功，蒸汽罐13还有管道连通蒸发器17，该管道上设置有控制阀门。

2、根据权利要求1所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征是在蒸发器17的淡化冷凝水出口36与换热器8的淡化冷凝热水口31间连接有淡化冷凝水罐6和淡化冷凝水出液泵7，在蒸汽压缩机3的输出口与蒸发器17的蒸汽入口37之间设置有蒸汽稳压罐18，蒸汽罐13的蒸汽输出管通过三通管24分别与汽轮机11的蒸汽输入管连接和蒸发器17的蒸汽入口37连接，三通管24与蒸汽入口37的连接管间设置有阀门40。

3、根据权利要求2所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征是海水自吸泵9与换热器8的冷海水入口29间串接有至少一级CD过滤器。

4、根据权利要求3所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征是在过饱和盐水出口35设置检测盐浓度的检测点。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的太阳能海水淡化装置，其特征是蒸汽罐13还与一个蒸汽锅炉45连通。

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