CN101880069A - 一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，利用太阳能为热源，对迭盘中的苦咸水进行加热，在真空泵的负压抽吸作用下，实现了多级迭盘间冷凝热与汽化热的多级循环利用，提高了传热效率，能以较少的能耗获得纯净的蒸馏水。该系统结构紧凑、占地面积小、制水成本低，适宜西部村镇苦咸水源的淡化处理。

Description

一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统
技术领域：
本发明涉及一种太阳能蒸馏苦咸水淡化技术，属于水处理设备技术领域。
背景技术：
我国西北内陆地区降水稀少，蒸发强烈，水资源天然匮乏，当地人民以地下水作为主要饮用水源。但该地区的地下水普遍含盐、含氟量高，部分地区水源的含盐量可达5000mg/L以上，远超出《生活饮用水卫生标准》中规定的溶解性总固体的限值(1000mg/L)。人类长期饮用此类高矿化度的苦咸水会引发多种疾病，严重损害身体健康；苦咸水中所含各类可溶性无机盐的化学性质均较活跃，限制了那些以水为重要生产原料的化工、食品、电子等产业的发展；苦咸水用于农业灌溉，会导致土壤板结，破坏其透气、保水性能，使农作物不能正常生长。因此，淡水资源的缺乏已成为制约我国西部村镇发展的最重要因素之一。
目前，苦咸水淡化的方法主要有蒸馏法、膜法以及二者的集成技术，其中蒸馏法包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和压气蒸馏(VC)等；膜法主要有反渗透(RO)、电渗析(ED)等；另外，还有冷冻结冰法、露点蒸发淡化技术等其它方法。用于大规模苦咸水淡化的方法主要有RO、MSF和MED，膜法和蒸馏法在全球产量比分别为49％和50％。RO法耗能相对较低，但膜易受污染和结垢的影响，对预处理的要求较高；MSF具有工艺成熟，运行可靠，对原水预处理要求低和出水品质好等优点；其缺点是耗电量大，成本高。上世纪80年代开发成功的低温多效蒸发(LT-MED)，对苦咸水预处理的要求不高、过程循环动力消耗小、产水水质好(盐度＜5mg/L)。然而，蒸馏法海水淡化的关键就是如何降低能耗，走出以能源换水源-加重能源负荷和环境污染(水质污染)-加速水源匮乏的怪圈。太阳能为可再生资源，洁净无污染，较容易实现热能能级的合理匹配。对于边远村镇地区、海岛、渔村等淡水资源不足却普遍缺乏电力的地区，利用太阳能进行苦咸水(海水)淡化具有十分重要的意义。而我国西部地区，日照时间长，太阳能资源丰富，采用太阳能蒸馏淡化系统对苦咸水进行淡化可以节约能源，降低投资和运行费用，具有广阔的应用前景。
发明内容
针对上述以苦咸水作为生活、生产用水的地区，本发明提供一种经济有效、能耗低的负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏系统。其特征是：苦咸水通过进水泵(10)打入冷凝储水装置(5)，随着水位升高，苦咸水从出水口(11)进入太阳能集热器(7)进行加热，当水温升高至60℃以上，打开进水阀(2)，使升温后的苦咸水进入到多级蒸馏迭盘(1)中，同时打开真空泵(4)进行负压抽吸，抽出的蒸汽进入冷凝铜管(8)，通过冷凝储水装置(5)中循环流动的苦咸水冷却，同时蒸汽也对进水起到预加热作用；冷凝储水装置(5)中苦咸水自然蒸发后在倒锥体顶盖上冷凝，沿着锥体尖顶流入下方正对的中心收集管(9)中，和冷凝铜管(8)中经冷却后的淡水一起进入液封收集装置(6)，从而获得淡化净水并与用户端连接，供给用户使用。
多级蒸馏迭盘(1)可设2-5级，迭盘级数、面积、尺寸可根据需水量进行设定，每级盘间距一般采取8-15cm，迭盘可由铁板或铝板制作而成，为防止腐蚀和增加吸热量，在其表面涂以黑色防腐漆；迭盘顶盖由透光率较大的玻璃或有机玻璃制作，各盘之间加橡胶垫密封，迭盘外部辅以保温层，防止热量散失。需在每级迭盘开孔，分别设：浓缩盐水的排水孔(13)、真空泵抽吸孔(14)和苦咸水进水孔(15)，其中浓缩盐水的排水孔(13)用以排出蒸馏浓缩液；真空泵抽吸孔(14)可使真空泵将蒸汽抽吸至冷凝储水装置(5)的冷凝铜管(8)中；苦咸水进水孔(15)通过管线与太阳能集热器(7)相连。每一级迭盘上方由于负压抽吸都会产生大量的蒸汽，在遇到上级迭盘的底部时，有部分凝结潜热可用于加热上级迭盘的进水；被真空泵抽吸出的蒸汽，在进入冷凝铜管与管外循环流动苦咸水进行换热时，凝结潜热也被用来对苦咸水进行预热。
冷凝储水装置(5)由有机玻璃或碳钢制成，用于储存原苦咸水，随着蒸馏过程的进行，原苦咸水又对铜管(8)中的蒸汽起到冷凝的作用。冷凝管由铜管盘曲而成，中心收集管(9)为有机玻璃或铜质管。整个装置置于太阳光下时，冷凝器顶部受到太阳照射，温度较高，顶部设计成倒圆锥体，锥体的顶点正对冷凝储水器中心收集管(9)，使得冷凝储水装置(5)中自然蒸发在顶盖上冷凝的淡水可顺着中心收集管(9)到集水装置中，这一过程对散射的太阳能也起到了收集利用作用。在冷凝储水装置(5)的底部和上部分别设有进水口(11)和出水口(12)。
液封收集装置(6)为可测量淡水产量的密闭罐体。
本发明的有益效果
1、蒸发和凝结潜热可多次重复利用，降低了系统的能耗，节约了成本。
2、传质传热效率高，产水水质优良，含盐量低。
3、利用廉价的太阳能作为能源，大大降低了制水成本。
4、系统设计运行简单易行，容易推广。
附图说明
图1为负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统示意图。
图中标号说明：1、多级蒸馏迭盘；2、进水阀；3、太阳光；4、真空泵；5、冷凝储水装置；6、液封收集装置；7、太阳能集热器；8、冷凝铜管；9、中心收集管；10、进水泵；11、进水口；12、出水口；13、浓缩盐水的排水孔；14、真空泵抽吸孔；15、苦咸水进水孔
具体实施方式
结合附图1介绍整个系统的具体运行过程和运行参数：
苦咸水通过进水泵打入冷凝储水装置，随着水位升高，苦咸水从出水口(12)进入太阳能集热器(7)进行加热，当水温升高至60℃左右，打开进水阀(2)，使苦咸水进入到多级蒸馏迭盘(1)中，同时打开真空泵(4)进行负压抽吸，使得苦咸水在低于沸点温度下迅速大量汽化，抽出的蒸汽进入冷凝铜管，与冷凝铜管(8)外部的苦咸水进行换热，被冷凝储水装置(5)中铜管外的的苦咸水冷却，同时对进水起到预热的作用，冷凝后由液封收集装置(6)收集淡水。冷凝储水装置(5)中苦咸水存在自然蒸发现象，蒸发出的蒸汽在倒锥体顶盖上冷凝后，沿着锥体尖顶流入正对下方的中心收集管(9)中，和冷凝铜管(8)中的淡水一起汇入液封收集装置(6)。
实例一：不同温度下，单级迭盘系统的产水量测试。
蒸馏迭盘采用单级形式，均依次通入水温为45℃、50℃、55℃、60℃、65℃的恒温盐水(含盐量为10g/L)进行动态产水量测试，实验抽吸压力均为0.045Mpa，测得在60℃以上，每天运行20h，产水量均可达到241L/d，出水的电导率为85μs/cm。
实例二：不同温度下，二级迭盘系统的产水量测试。
蒸馏迭盘采用上、下两层迭盘的二级形式，均依次通入水温为45℃、50℃、55℃、60℃、65℃的恒温盐水(含盐量为10g/L)进行动态产水量测试，实验抽吸压力均为0.045Mpa，测得在60℃以上，每天运行20h，产水量均可达到368L/d，出水的电导率为72μs/cm。

Claims (5)

1.一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，由多级蒸馏迭盘(1)、进水阀(2)、真空泵(4)、冷凝储水装置(5)、液封收集装置(6)、太阳能集热器(7)、冷凝铜管(8)、中心收集管(9)、进水泵(10)、进水口(11)和出水口(12)组成；其特征是：苦咸水通过太阳能集热器(7)进行加热，当水温升高至60℃以上，苦咸水进入到多级蒸馏迭盘(1)中进行负压蒸馏，在冷凝储水装置(5)的铜管(8)中冷却，与倒锥体顶盖上的冷凝液共同进入液封收集装置(6)，从而获得淡化净水。
2.根据权利要求1所述的一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，其特征是：多级蒸馏迭盘(1)可设2-5级，迭盘级数、面积、尺寸可根据需水量进行设定，每级盘间距可取8-15cm，迭盘可由铁板或铝板制作而成，为防止腐蚀和增加吸热量，在其表面涂以黑色防腐漆；迭盘顶盖由透光率较大的玻璃或有机玻璃制作，各盘之间加橡胶垫密封；迭盘外部辅以保温层。
3.根据权利要求2所述的多级蒸馏迭盘，其特征是：需在每级迭盘开孔，分别设：浓缩盐水的排水孔(13)、真空泵抽吸孔(14)和苦咸水进水孔(15)，其中浓缩盐水的排水孔(13)用以排出蒸馏浓缩液；真空泵抽吸孔(14)可使真空泵将蒸汽抽吸至冷凝储水装置(5)的冷凝铜管(8)中；苦咸水进水孔(15)通过管线与太阳能集热器(7)相连。
4.根据权利要求1所述的一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，其特征是：冷凝储水装置(5)由有机玻璃或碳钢制成，冷凝管由铜管盘曲而成，中心收集管(9)为有机玻璃或铜质管，顶盖制成倒锥体，锥顶与中心收集管(9)的轴心相对，在冷凝储水装置(5)的底部和上部分别设有进水口(11)和出水口(12)。
5.根据权利要求1所述的一种负压强化多级迭盘式太阳能蒸馏淡化系统，其特征是：液封收集装置(6)为可测量淡水产量的密闭罐体。
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