CN102180530B - 一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置和方法，所述装置包括高位储水装置、输水泵、太阳能加热器、蓄热装置和闪蒸塔；所述闪蒸塔内设有引风机、下托盘、上托盘和凝汽器；闪蒸塔内还设有上配水盘；中配水盘和下配水盘。有阳光照射时，输水泵将海水送入高位储水装置，海水经加热后流至蓄热装置中；在气温较低时，蓄热装置内的海水流入闪蒸塔经闪蒸产生水蒸汽，由引风机输送至它上方的凝汽器，蒸汽凝结成水后滴落在托盘后最终进入淡水储存装置，闪蒸后的海水最终流至海水储存装置内。本发明充分的利用太阳能和位能进行海水淡化。在整个工艺流程中，仅有输水泵和引风机需消耗一定的电能，制取每吨淡水耗电能约为4.3kw.h。

Description

一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种海水淡化方法，尤其涉及一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置和方法。
背景技术
现有三种海水淡化方法：第一种是多级闪蒸法，该方法利用热电厂中的低压蒸汽制取淡水。由于此方法的应用条件是首先要有热电厂，然后才能考虑海水淡化，难度较大；第二种方法是电渗析法，第三种方法是反渗透法。电渗析法和反渗透法的应用条件虽然不需要建立热电厂，但这两种方法也存在一些困难。电渗透析法和反渗透法用的装置构造复杂，运行成本高，制取每吨淡水耗电能达8kW.h以上。
发明内容
针对现有技术中海水淡化所需的装置构造复杂、成本高而且耗电多的不足，本发明提供了一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置和方法，本发明能克服现有技术的上述缺点，它充分利用了自然界的太阳能和位能进行海水淡化，成本低且操作简单，能大量进行海水淡化，适宜于工业化淡化海水。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置，其特征在于：它包括高位储水装置、将海水送入高位储水装置的输水泵、太阳能加热器、蓄热装置和闪蒸塔；所述输水泵一端用于从海水中取水，另一端与所述高位储水装置的顶部连接，所述太阳能加热器通过管道与高位储水装置的底部连接，所述蓄热装置通过管道与太阳能加热器的底部连接，所述闪蒸塔通过海水引入管与所述蓄热装置的底部相连接；
所述海水引入管与闪蒸塔的中部相连接，并伸入闪蒸塔内；所述闪蒸塔内上部从下向上依次设有：引风机、下托盘、上托盘和凝汽器，所述下托盘和上托盘均固定于闪蒸塔内，所述下托盘之间形成有水蒸气通道；所述闪蒸塔内下部从上向下依次设有：中空环形上配水盘；固定于闪蒸塔内部的中配水盘；中空环形下配水盘；
在所述闪蒸塔底部低于下配水盘处设有海水储存装置，低于下托盘处设有淡水储存装置，所述淡水储存装置通过管道与下托盘底部连接。
进一步的，所述凝汽器的两端为矩形水室，一侧为海水进口，另一侧为海水出口，两矩形水室之间设有换热管，所述换热管由三层换热管组成，覆盖在闪蒸塔内腔的圆形截面内，管子规格为Φ20×1，管子之间的中心距为25mm，相邻管子之间的外表面距离为5mm。
其中，所述高位储水装置的侧表面与底面均设有保温层，顶部设有盖板，所述输水泵与高位储水装置的盖板相连接。
所述蓄热装置的侧表面与底面均设有保温层。
所述闪蒸塔的外形为双曲线形中空大气式闪蒸塔。
所述上托盘用支架将其安装于闪蒸塔内壁，所述上配水盘和下配水盘用支架安装于闪蒸塔内壁。
所述海水引入管沿切线方向与闪蒸塔连接。
本发明还提供了一种利用太阳能和位能进行海水淡化的方法，它包括以下步骤：
(1)有阳光照射的条件下，所述输水泵将海水经凝汽器送入高位储水装置；
(2)所述高位储水装置中的海水靠自身重力流至太阳能加热器，所述太阳能加热器将海水加热至35℃-50℃；
(3)被加热后的海水靠自身重力流至蓄热装置中；
(4)在气温较低时，所述蓄热装置内储存的被加热的海水沿海水引入管切线方向流入闪蒸塔中，海水经闪蒸产生水蒸汽，设置在所述闪蒸塔内的引风机将水蒸气经下托盘形成的通道输送至位于闪蒸塔上方的凝汽器，水蒸汽经凝汽器凝结成水后滴落在上托盘，上托盘中的水溢满后流入下托盘内，下托盘内的水沿管道进入淡水储存装置，闪蒸后的海水靠自身重力沿闪蒸塔内的上配水盘、中配水盘和下配水盘流至海水储存装置内，空气则由凝汽器的换热管之间的空隙排向大气。
其中，所述高位储水装置底面高出海平面20米，所述蓄热装置底面高出海平面15米，所述闪蒸塔高出海平面10米。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
本发明能够充分的利用太阳能和位能进行海水淡化，在整个工艺流程中，仅有输水泵和引风机需消耗一定的电能，成本低廉，制取每吨淡水耗电能约为4.3kw.h，海水淡化效果良好。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明中利用太阳能和位能进行海水的装置系统示意图。
图2是本发明中闪蒸塔的纵切剖视示意图
图3是图2中闪蒸塔的A-A剖视结构示意图。
图4是本发明中凝汽器的结构示意图。
图5是图4中凝汽器B向结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1：夏季的运行工况
本发明所述的海水淡化装置主要包括有高位水箱1、太阳能加热器2、蓄热水箱3、大气式闪蒸塔7、引风机8、凝汽器6和输水泵12，对它们的说明如下：
A.高位水箱1
所述高位水箱为混凝土制的圆柱形或矩形水箱，使用时所述高位水箱底面高出海平面20米。所述高位水箱的侧表面与底面均设有保温层，顶部设有盖板。所述输水泵接通电源后将海水经凝汽器从高位水箱顶部的盖板处进入高位水箱，高位水箱中的海水因受自身重力影响从高位水箱的底部沿水管流出，高位水箱的容积为20000m3。
B.太阳能加热器2
一种真空管式太阳能加热器。在夏天，可将来自高位水箱1约39.3℃的海水加热至50℃；在冬天，可将来自高位水箱1约24.3℃的海水加热至35℃，然后利用太阳能加热器和蓄热水箱之间的位差，用输水管把加热后的海水输送至蓄热水箱3。本发明共采用1000台此种太阳能加热器2。
C.蓄热水箱3
所述蓄热装置为一种混凝土制的圆柱形或矩形蓄热水箱，使用时该水箱底面高出海面15米。所述蓄热水箱的顶面、侧表面与底面均有保温层。经太阳能加热器2加热后的海水沿水管由顶面进入蓄热水箱3。水箱3的容积为10000m3。
D.大气式闪蒸塔7
一种大气式闪蒸塔7，如图2和图3所示。所述闪蒸塔7的外形为双曲线形中空塔，所述闪蒸塔包括塔体和塔腔，使用时闪蒸塔中部距海平面的距离为10米。所述闪蒸塔塔腔内的上部从下向上依次装有引风机8、下托盘4、用支架15固定在闪蒸塔塔体的上托盘5和凝汽器6；所述下托盘固定于闪蒸塔内壁，所述下托盘之间形成有水蒸气通道4-1，所述闪蒸塔中部还连接有沿切线方向的海水引入管；所述闪蒸塔塔腔内的下部从上向下依次设有：中空环形上配水盘9、由支架16固定在闪蒸塔塔体的中圆形配水盘10和中空环形下配水盘11。大气式闪蒸塔7通过支架17固定在安装平面上。安装平面的下方为海水槽13。
来自蓄热水箱3的海水沿水管进入大气式闪蒸塔7，沿切线方向流动又在重力作用下流经上配水盘9、中配水盘10和下配水盘11，然后流向海水槽13。由于来自蓄热水箱3的海水温度高于大气温度，海水发生闪蒸过程，产生一部分水蒸汽由引风机8引至闪蒸塔上部的凝汽器6。
E.引风机8
一种普通型的用于冷却塔的引风机，功率为10kw。
F.凝汽器6
一种列管式换热器，如图4和图5所示。换热管内为输水泵12输送的海水。换热管外为闪蒸产生的水蒸汽。
该凝汽器的两端为矩形水室，一侧为海水进口，另一侧为海水出口。两矩形水室之间设有换热管，所述换热管由三层换热管组成，覆盖在闪蒸塔内腔的圆形截面内，如图5所示。换热管材质为铝黄铜管，管子规格为Φ20×1，管子之间的中心距为25mm，相邻管子之间的外表面距离为5mm。闪蒸塔7产生的并且由引风机8引来的水蒸汽和空气混合物，进入凝汽器6换热管束后，水蒸汽凝结成水落入下托盘4和上托盘5后沿水管进入淡水箱14，空气则由换热管之间的空隙排向大气。
G.输水泵12
一种普通型的海水输送泵，流量为900m3/h，扬程为26米水柱，功率为90kw。
在夏季，按本发明的方法实施海水淡化时：
(1)在有太阳照射的条件下(例如从上午10点到下午2点)，用输水泵12将海水经凝汽器6送入高位水箱1。
(2)再使海水自高位水箱1流至太阳能加热器2，用1000台太阳能加热器2将储存在高位水箱1内、温度为39.3℃、总量为10000m3的海水加热至50℃。
(3)然后被加热的海水沿水管输送至蓄热水箱3中。
(4)在夜间或气温较低的傍晚，海水温度为25℃左右，开启阀门，使蓄热水箱3内温度为50℃的海水进入大气式闪蒸塔7内，在闪蒸塔7内，海水经闪蒸产生水蒸汽，闪蒸历时约12小时。每小时闪蒸的水量为900m3总量为10000m3，闪蒸后的海水排水温度为33℃，流经配水盘9、配水盘10和配水盘11后进入海水槽13。闪蒸塔7内闪蒸水蒸汽流量为23m3/h，总量为278m3。闪蒸的水蒸汽由设置在闪蒸塔7内的引风机8经水蒸气通道4-1输送至上方的凝汽器6，水蒸汽凝结后变成淡水滴落在上托盘5内，后上托盘5内的淡水溢出后沿管流入下托盘4内，下托盘内的淡水沿水管进入淡水箱14。闪蒸后的海水靠自重沿闪蒸塔7内的上配水盘9、中配水盘10和下配水盘11流至海水槽13内。
在历时12小时的闪蒸过程中，引风机8投入运行。输水泵12将流量为900m3/h、温度为25℃的海水经凝汽器6，吸收所闪蒸的水蒸汽热量后，海水温度提高至39.3℃，输送至高位水箱1。周而复始循环。
在上述过程中，制取淡水总量为278m3，引风机8与输水泵12耗功为1200kw.h。每吨淡水消耗电能约为4.3kw.h。
实施例2：冬季的运行工况
本实施例中海水淡化装置结构同实施例1。
按本发明的方法实施海水淡化的具体步骤为：
(1)在有太阳照射的条件下(例如从上午10点到下午2点)，用输水泵12将海水经凝汽器6送入高位水箱1。
(2)用1000台太阳能加热器2将储存在高位水箱1、温度为24.3℃、总量为10000m3的海水加热至35℃。
(3)然后沿水管将加热后的海水输送至蓄热水箱3中。
(4)在夜间或气温较低的傍晚，海水温度为10℃左右。开启阀门，使蓄热水箱3内温度为35℃的海水进入大气式闪蒸塔7内，历时约12小时进行闪蒸。每小时的水量为900m3总量为10000m3，闪蒸后的海水排水温度为18℃，流经上配水盘9、中配水盘10和下配水盘11后进入海水槽13。闪蒸塔7内闪蒸水蒸汽流量为23m3/h，总量为278m3。所闪蒸的蒸汽由引风机8经水蒸气通道4-1引至凝汽器6，蒸汽凝结后变成淡水，由下托盘4和上托盘5汇流后沿水管流入淡水箱14。
在历时12小时的闪蒸过程中，引风机8投入运行。输水泵12将流量为900m3/h、温度为10℃的海水经凝汽器6，吸收所闪蒸的水蒸汽热量后，海水温度提高至24.3℃，输送至高位水箱1。周而复始循环。
在上述过程中，制取淡水总量为278m3，引风机8与输水泵12耗电为1200kw.h。每吨淡水消耗电能约为4.3kw.h。
综上，本发明能充分利用自然界的太阳能和位能进行海水淡化，具有显著的优点，成本低廉，制取每吨淡水仅耗电约4.3kw.h；而且本发明的海水淡化装置结构简单、操作方便，适应于大规模使用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置，其特征在于：它包括高位储水装置、将海水送入高位储水装置的输水泵、太阳能加热器、蓄热装置和闪蒸塔；所述输水泵一端用于从海水中取水，另一端与所述高位储水装置的顶部连接，所述太阳能加热器通过管道与高位储水装置的底部连接，所述蓄热装置通过管道与太阳能加热器的底部连接，所述闪蒸塔通过海水引入管与所述蓄热装置的底部相连接；
所述海水引入管与闪蒸塔的中部相连接，并伸入闪蒸塔内；所述闪蒸塔内上部从下向上依次设有：引风机、下托盘、上托盘和凝汽器，所述下托盘和上托盘均固定于闪蒸塔内，所述下托盘之间形成有水蒸气通道；所述闪蒸塔内下部从上向下依次设有：中空环形上配水盘；固定于闪蒸塔内部的中配水盘；中空环形下配水盘；
在所述闪蒸塔底部低于下配水盘处设有海水储存装置，低于下托盘处设有淡水储存装置，所述淡水储存装置通过管道与下托盘底部连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置，其特征在于所述凝汽器的两端为矩形水室，一侧为海水进口，另一侧为海水出口，两矩形水室之间设有换热管，所述换热管由三层换热管组成，覆盖在闪蒸塔内腔的圆形截面内，管子规格为Φ20×1，管子之间的中心距为25mm，相邻管子之间的外表面距离为5mm。
3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置，其特征在于所述高位储水装置的侧表面与底面均设有保温层，顶部设有盖板，所述输水泵与高位储水装置的盖板相连接。
4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置，其特征在于所述蓄热装置的侧表面与底面均设有保温层。
5.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置，其特征在于所述闪蒸塔的外形为双曲线形中空大气式闪蒸塔。
6.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置，其特征在于所述上托盘用支架将其安装于闪蒸塔内壁，所述上配水盘和下配水盘用支架安装于闪蒸塔内壁。
7.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和位能进行海水淡化的装置，其特征在于所述海水引入管沿切线方向与闪蒸塔连接。
8.一种使用权利要求1或2所述装置进行海水淡化的方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)有阳光照射的条件下，所述输水泵将海水经凝汽器送入高位储水装置；
(2)所述高位储水装置中的海水靠自身重力流至太阳能加热器，所述太阳能加热器将海水加热至35℃-50℃；
(3)被加热后的海水靠自身重力流至蓄热装置中；
(4)在气温较低时，所述蓄热装置内储存的被加热的海水沿海水引入管切线方向流入闪蒸塔中，海水经闪蒸产生水蒸汽，设置在所述闪蒸塔内的引风机将水蒸气经下托盘形成的通道输送至位于闪蒸塔上方的凝汽器，水蒸汽经凝汽器凝结成水后滴落在上托盘，上托盘中的水溢满后流入下托盘内，下托盘内的水沿管道进入淡水储存装置，闪蒸后的海水靠自身重力沿闪蒸塔内的上配水盘、中配水盘和下配水盘流至海水储存装置内，空气则由凝汽器的换热管之间的空隙排向大气。
9.根据权利要求8所述的一种使用权利要求1或2所述装置进行海水淡化的方法，其特征在于所述高位储水装置底面高出海平面20米，所述蓄热装置底面高出海平面15米，所述闪蒸塔高出海平面10米。
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