CN103848478A - 可再生能源发电海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可再生能源发电海水淡化系统。包括：可再生能源发电系统、海水预处理装置、用于将海水预处理装置中的海水泵出的泵、用于将海水分离为淡水和盐水的反渗透装置、用于维持反渗透装置输入端口压力的压力容置罐；本发明提供的海水淡化系统，采用可再生能源发电系统提供动力，经预处理后的海水进入泵，通过泵升压后的海水进入压力容置罐内，通过压缩压力容置罐上部的气体来实现稳定海水压力和流量，从而减小由于频繁的大压差对反渗透装置造成的危害，从压力容置罐内输出的压力相对稳定的海水进入反渗透装置将其分离为盐水和淡水，然后，通过不同的输出端口分别输出淡水和盐水。

Description

可再生能源发电海水淡化系统
技术领域
本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种可再生能源发电海水淡化系统。
背景技术
将风能、太阳能等可再生能源发电技术与反渗透海水淡化技术结合，即利用风力发电系统或太阳能发电系统直接为海水淡化系统供电，可以实现对处于远离电网的边远地区的海水及苦咸水进行淡化，为当地提供可使用的淡水资源。
图1为现有的海水淡化系统，如图1所示，该海水淡化系统包括：海水预处理装置1、泵2、反渗透装置3；其中，海水预处理装置1用于去除海水中的固体杂质；泵2用于将海水升压以满足反渗透装置3对水压的要求；反渗透装置3用于将海水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等和淡水分离开，从而产生出淡水。反渗透装置3的输入端口31和泵2相连，反渗透装置3还具有第一输出端口32和第二输出端口33，通过第一输出端口32将分离后的浓盐水排出，通过第二输出端口33将分离后的淡水输出。具体实现海水淡化的过程如下：首先，海水进入海水预处理装置1进行预处理，经过预处理去除固体杂质后的海水通过泵2升压，泵2由可再生能源发电系统（例如风力发电系统或太阳能发电系统）输出的电力供电，通过泵2升压后的海水通过输入端口31进入反渗透装置3，反渗透装置3将盐分与淡水分离，分离后的浓盐水通过第一输出端口32输出，分离后的淡水通过第二输出端口33输出。
由于可再生能源发电系统的发电原理导致其输出的电力是波动变化的，使得与可再生能源发电系统直接连接的泵输出的海水的压力和流量也随之波动，虽然，通过电力系统调频，可以在一定范围内降低电力的稳定性和波动性，但效果并不理想，导致泵2输出海水的流量和压力仍是不断变化的，而这样流量和压力变化的海水由泵2直接供给反渗透装置3，会导致反渗透装置3中的反渗透膜的寿命急剧下降，同时也会对反渗透装置3的性能造成影响，一旦出现频繁的、较大压差变化则有可能直接造成反渗透装置3的损坏。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种可再生能源发电海水淡化系统，用以减少由泵输出的海水的压力变化对反渗透装置的冲击，防止海水冲击造成反渗透装置的损坏，延长反渗透装置的使用寿命。
本发明提供一种可再生能源发电海水淡化系统，包括为整个系统供电的可再生能源发电设备、海水预处理装置、用于将所述海水预处理装置中的海水泵出的泵、用于将所述海水分离为淡水和盐水的反渗透装置，所述反渗透装置具有一输入端口和用于分别连接至淡水管道和盐水管道的第一输出端口和第二输出端口，进一步地，所述海水淡化系统还包括用于维持反渗透装置输入端口压力稳定的压力容置罐；所述压力容置罐具有第一接口和第二接口；所述第一接口通过输入管路与所述泵的输出端相连，所述第二接口与所述反渗透装置的所述输入端口相连。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述压力容置罐还设置有用于向所述压力容置罐内充入气体的充气口，所述充气口上设置有用于打开或关闭所述充气口的第一控制阀。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述压力容置罐内还设置有一弹性膈膜，所述弹性膈膜将所述压力容置罐分隔成气体腔和液体腔，充入的气体经所述充气口进入所述气体腔内，所述第一接口和第二接口均与所述液体腔直接联通。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述压力容置罐内设置有将其分隔成压力腔和液体腔的压力活塞，所述活塞使所述压力腔和液体腔保持隔离并能在所述压力容置罐内自由运动。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述压力腔内通入压力流体以保持所述压力活塞另一侧液体腔的压力。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，在所述压力腔内设置推抵所述压力活塞以保持液体腔压力的机械压力保持装置。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述机械压力保持装置为弹簧、弹性阻尼杆和/或液压活塞杆等。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，还包括淡水存储装置和盐水存储装置，所述第一输出端口连接至所述淡水存储装置，所述第二输出端口连接至所述盐水存储装置。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述第一接口的入水方向偏离所述压力容置罐的中心线，且所述第一接口在垂直方向上的位置不高于所述第二接口。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述海水淡化系统还包括淡水存储装置和盐水存储装置，所述第一输出端口连接至所述淡水存储装置，所述第二输出端口连接至所述盐水存储装置。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述压力容置罐的底部还设置有用于将所述海水中的杂质的排污口，所述排污口下方连接有用于收集所述杂质的收集罐，所述收集罐的底端通过排污管路连接至所述盐水存储装置。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，优选地，所述海水淡化系统还包括第一能量回收装置和第二能量回收装置，所述第一能量回收装置和第二能量回收装置均具有第一输入接口、第二输入接口、第三输出接口和第四输出接口；所述第二能量回收装置的第一输入接口和第三输出接口分别与所述反渗透装置的第二输出端口和所述盐水存储装置相连，所述第一能量回收装置的第一输入接口和第三输出接口分别与所述反渗透装置的所述第一输出端口和所述淡水存储装置相连；所述第二能量回收装置的第二输入接口和第四输出接口分别与所述海水预处理装置和回收管路相连，且所述第一能量回收装置的第二输入接口和第四输出接口也分别与所述海水预处理装置和所述回收管路相连，通过第一能量回收装置和第二能量回收装置回收的能量汇集到所述回收管路、并经由一增压泵连接至所述泵与所述压力容置罐之间的所述输入管路。
如上所述的可再生能源发电海水淡化系统，所述可再生能源发电设备为兆瓦级风力发电机组、太阳能发电机组和/或潮汐能发电机组等。
本发明提供的可再生能源发电海水淡化系统，通过在泵与反渗透装置之间设置压力容置罐，可对由泵输出的、压力变化较大的海水的压力进行缓冲调节作用，减少了输入反渗透装置的水压的波动，使水压和流量趋于稳定，减小大压差对反渗透装置造成的危害，保证了反渗透装置的工作性能，也延长了使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中海水淡化系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的海水淡化系统的结构示意图；
图3为图2中提供的海水淡化系统的压力容置罐的结构示意图。
附图标记说明：
1：海水预处理装置；  2：泵；
3：防渗透装置；      31：输入端口；
32：第一输出端口；   33：第二输出端口；
4：盐水储存装置；    5：淡水储存装置；、
6：第一能量回收装置；7：第二能量回收装置；
8：压力容置罐；      81；第一接口；
82：第二接口；       83：排污口；
84：收集罐；         85：弹性隔膜；
86：充气口；         9：增压泵。
A：第一输入接口；    B：第二输入接口；
C：第三输出接口；    D：第四输出接口；
101：回收管路；      102：进水管路。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
图2为本实施例提供的海水淡化系统的结构示意图，图3为图2中提供的海水淡化系统的压力容置罐的结构示意图。如图2和图3所示，本实施例提供的海水淡化系统包括：海水预处理装置1、用于将海水预处理装置1中的海水泵出的泵2、用于将海水分离为淡水和盐水的反渗透装置3，反渗透装置3具有一输入端口31和用于分别连接至盐水管道和淡水管道的第一输出端口32和第二输出端口33；在泵2与反渗透装置3之间还设置有压力容置罐8，压力容置罐8内容置有气体；压力容置罐8具有第一接口81和第二接口82，且第一接口81在垂直方向上位置低于第二接口82，第一接口81通过输入管路与泵2的输出端相连，第二接口82通过第二管路与反渗透装置3的输入端口31相连。
优选地，泵2可以为高压泵，经过海水预处理装置1预处理的海水进入泵2，泵2对海水进行升压，使升压后的海水达到反渗透装置3要求的压力范围。
更进一步地，还可以采用离网型可再生能源发电系统发出的电力为泵2供电，可再生能源发电系统可以是风力发电机组、太阳能发电系统机组和/或潮汐能发电机组，可再生能源发电系统由于其发电原理导致其输出的电力具有波动性，且其是在离网的情况下工作，不需要将可再生能源发电系统所发电力并入电网，而是将可再生能源发电系统所发电力直接供给海水淡化系统，不仅方便且可以降低海水淡化系统的运行成本，节约资源。
泵2输出的具有一定的流量和压力的海水通过第一接口81进入压力容置罐8，第一接口81设置在压力容置罐8上，第一接口81的入水方向偏离压力容置罐8的中心线，因此从第一接口81进入的海水将在压力容置罐8内产生旋流，海水中所含杂质在离心力作用下被甩到压力容置罐8的内壁上，同时在重力的作用下沿内壁滑入压力容置罐8底部。优选地，压力容置罐8可以呈圆柱状，第一接口81的延伸方向可以沿容置罐8在横截面上的切线方向，由于沿该切线方向的进水在压力容置罐8内产生的旋流最大，能很好的将海水中的杂质分离出去。
优选地，压力容置罐8的底部还设置有用于将海水中的杂质排出的排污口83，排污口83下方连接有用于收集杂质的收集罐84；压力容置罐8的底部设计为具有一定弧度的形状，优选地，压力容置罐8内壁的底部可以呈锥面，便于杂质沿倾斜的锥面滑入收集罐84，收集罐84的底端通过排污管路连接至盐水存储装置4，并可在排污管路上设置用于打开或关闭的控制阀，通过该控制阀可定期将杂质排入盐水储存装置4中。
优选地，压力容置罐8内还设置有一弹性膈膜85，该弹性隔膜85的周缘与压力容置罐8的内壁固定连接，弹性膈膜85将压力容置罐8内自上而下分隔成气体腔和液体腔，且压力容置罐8的第一接口81和第二接口82均位于液体腔内。优选地，弹性隔膜85由具有弹性的材料制成，可以为橡胶隔膜，设置弹性隔膜85是为了避免流经的海水将压缩的气体溶解后带出压力容置罐8。
优选地，在本发明的另一种可选实施方案中，也可以用一个压力活塞（未示出）代替上述周缘与压力容置罐8内壁固定连接的弹性隔膜85，在这种可选实施方案中，压力活塞设置在压力容置罐8内，将压力容置罐8分隔成压力腔和液体腔，该压力活塞使该压力腔和该液体腔保持隔离并能在压力容置罐8内自由运动。在具体实现过程中，可以在该压力腔中通入压力流体以保持该压力活塞另一侧的液体腔内的水的压力，或者也可以在该压力腔内设置抵推该压力活塞以保持液体腔内水的压力的机械压力保持装置，该机械压力保持装置可以是弹簧、弹性阻尼杆和/或液压活塞杆等。
优选地，压力容置罐8上还设置有用于向压力容置罐8内充入气体的充气口86，充气口86上设置有用于打开或关闭充气口86的第一控制阀。压力容置罐8中充有气体，所充气体应与海水的相溶性小，例如可以是空气、氮气等，优选地，在实际应用中所充气体为空气，使用空气方便且经济。当压力容置罐8中的气体被水溶解带出后，可以通过充气口86定期向压力容置罐8中及时的补充气体。
优选地，还可通过一传感器和压力容置罐8相连用来实时监控压力容置罐8内水位，通过充气口86及时地向压力容置罐中补充气体，调节压力容置罐8内的气体与海水的比例，保证稳压功能。
使用该海水淡化系统之前，先在压力容置罐8中充有占压力容置罐8的体积的1/3到1/2的气体为宜。经泵2升压后的海水具有一定的压力和流量，且压力和流量不断变化，具有波动性。当有大量的、高压的海水从压力容置罐8的第一接口81进入时，海水压缩压力容置罐8内处于上部的气体，使水压有所下降，不至于升高的太快，当有少量的、压力稍低的海水进入压力容置罐8时，气体对海水的压力会使海水体积变小、海水水压升高；即，通过压力容置罐8中气体体积的变化对海水的压力进行调节，使从压力容置罐8的第二接口82流出的海水的压力和流量趋于平稳，减小海水对反渗透装置3中的反渗透膜的冲击。
优选地，压力容置罐8的第二接口82在垂直方向上位置高于第一接口81，这样的设计是为了防止通过旋流产生的杂质进入到第二接口82。
压力容置罐8的第二接口82和反渗透装置3的输入端口31相连，海水通过输入端口31进入反渗透装置3。反渗透装置3中设置有多个反渗透膜，由于通过泵2的海水具有较高的压力，海水通过反渗透膜时由于反渗透原理使海水中的溶液，即水可以透过反渗透膜，而海水中的溶质，即溶解盐类、胶体、微生物、有机物等则不能透过反渗透膜，这样便将淡水从海水中分离出去。优选地，反渗透膜为对可透过的物质具有选择性的薄膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜视为理想的反渗透膜。
经过反渗透装置3分离后的盐水通过第二输出端口33输入至盐水储存装置4，淡水则从第一输出端口32输入至淡水储存装置5。反渗透装置3中的反渗透膜可以将盐类、微生物、有机物、杂质等彻底分离，整个工作过程为物理方法，不添加任何杀菌剂和化学物质，更为环保。通过本发明提供的海水淡化系统产生的淡水的质量较高，能够满足饮用需求。
进一步地，本实施例提供的海水淡化系统还包括第一能量回收装置6和第二能量回收装置7，第一能量回收装置6和第二能量回收装置7均具有第一输入接口A、第二输入接口B、第三输出接口C和第四输出接口D；第二能量回收装置7的第一输入接口A和第三输出接口C分别与反渗透装置3的第二输出端口33和盐水存储装置4相连，第一能量回收装置6的第一输入接口A和第三输出接口C分别与反渗透装置3的第一输出端口32和淡水存储装置5相连；第二能量回收装置7的第二输入接口B和第四输出接口D分别与海水预处理装置1和回收管路101相连，且第一能量回收装置6的第二输入接口B和第四输出接口D分别也与海水预处理装置1和回收管路相连101，通过第一能量回收装置6和第二能量回收装置7回收的能量汇集到回收管路101、并经由一增压泵9连接至泵2与压力容置罐8之间的输入管路。
由于从反渗透装置3的第一输出端口32输出的淡水和从第二输出端口33输出的浓盐水仍具有很高的压力，通过能量回收装置将反渗透装置3输出的高压浓盐水和高压淡水的压力回收再利用,从而降低海水淡化的制水能耗和制水成本。
具体地，从反渗透装置3的第二输出端口33输出的浓盐水通过第二能量回收装置7的第一输入接口A进入第二能量回收装置7，从海水预处理装置1中引入的海水从第二能量回收装置7的第二输入接口B进入第二能量回收装置7，回收的压力作用于预处理过的海水，使所述海水压力升高，并通过第二能量回收装置7的第四输出接口D流至回收管路101，经能量回收后的浓盐水带有的压力大大减小，经第二能量回收装置7的第三输出接口C流至盐水储存装置4。从反渗透装置3的第一输出端口32输出的淡水通过第一能量回收装置6的第一输入接口A进入第一能量回收装置6，从海水预处理装置1中引入的海水从第一能量回收装置6的第二输入接口B进入能量回收装置6，回收的压力作用于预处理过的海水，并通过第一能量回收装置6的第四输出接口D流至回收管路101，经能量回收后的淡水带有的压力大大减小，经第一能量回收装置6的第三输出接口C流至淡水储存装置5。
经过第一能量回收装置6和第二能量回收装置7回收的能量汇集到同一回收管路101，并经由一增压泵9进行升压，使回收的能量达到反渗透装置3中所需要的压力，从增压泵9输出的海水流至泵2与压力容置罐8之间的输入管路。
需要说明的是，本实施例中可以包括多个第一能量回收装置6和多个第二能量回收装置7，根据实际的工程需要设置，不以此为限。
需要说明的是，本实施例中的第一能量回收装置6和第二能量回收装置7回收的能量都通过同一回收管路101汇集后输送至增压泵9，当然也可以各个能量回收装置通过不同的回收管路101输送至增压泵9，本实施例提供的连接方式管路数目较少，更加节省成本。同样地，本实施中，从海水预处理装置1引入的海水也可以通过同一进水管路102连接至各个能量回收装置的第二输入接口B，各能量回收装置的第二输入接口B分别和进水管路102相连，将预处理后的海水输送至各个能量回收装置，当然也可以每个能量回收装置各自设置进水管路102。
本发明提供的海水淡化系统，经过预处理的海水进入泵2，泵2由可再生能源发电系统发出的电力供电，通过泵2升压后的海水具有一定压力和流量，泵2与压力容置罐8相连，通过压缩压力容置罐8上部的气体来实现稳定海水压力和流量，从而减小由于频繁的大压差对反渗透装置3造成的危害，从压力容置罐8内输出的压力相对稳定的海水进入反渗透装置3将其分离为盐水和淡水，通过不同的输出端口分别输出淡水和盐水。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种可再生能源发电海水淡化系统，包括：为整个系统供电的可再生能源发电系统、海水预处理装置、用于将所述海水预处理装置中的海水泵出的泵、用于将所述海水分离为淡水和盐水的反渗透置，所述反渗透装置具有一输入端口和用于分别连接至淡水管道和盐水管道的第一输出端口和第二输出端口，其特征在于，还包括用于维持反渗透装置输入端口压力稳定的压力容置罐；所述压力容置罐具有第一接口和第二接口；所述第一接口通过输入管路与所述泵的输出端相连，所述第二接口与所述反渗透装置的所述输入端口相连。
2.根据权利要求1所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，所述压力容置罐还设置有用于向所述压力容置罐内充入气体的充气口，所述充气口上设置有用于打开或关闭所述充气口的第一控制阀。
3.根据权利要求2所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，所述压力容置罐内还设置有一弹性膈膜，所述弹性膈膜将所述压力容置罐分隔成气体腔和液体腔，充入的气体经所述充气口进入所述气体腔内，所述第一接口和第二接口均与所述液体腔直接联通。
4.根据权利要求1所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，所述压力容置罐内设置有将其分隔成压力腔和液体腔的压力活塞，所述活塞使所述压力腔和液体腔保持隔离并能在所述压力容置罐内自由运动。
5.根据权利要求4所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，所述压力腔内通入压力流体以保持所述压力活塞另一侧液体腔的压力。
6.根据权利要求4所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，在所述压力腔内设置推抵所述压力活塞以保持液体腔压力的机械压力保持装置。
7.根据权利要求6所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，所述机械压力保持装置为弹簧、弹性阻尼杆和/或液压活塞杆等。
8.根据权利要求1至7任一可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，还包括淡水存储装置和盐水存储装置，所述第一输出端口连接至所述淡水存储装置，所述第二输出端口连接至所述盐水存储装置。
9.根据权利要求1所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，所述第一接口的入水方向偏离所述压力容置罐的中心线，且所述第一接口在垂直方向上的位置不高于所述第二接口。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，所述压力容置罐的底部还设置有用于将所述海水中的杂质排出的排污口，所述排污口下方连接有用于收集所述杂质的收集罐，所述收集罐的底端通过排污管路连接至所述盐水存储装置。
11.根据权利要求10所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，还包括第一能量回收装置和第二能量回收装置，所述第一能量回收装置和第二能量回收装置均具有第一输入接口、第二输入接口、第三输出接口和第四输出接口；所述第二能量回收装置的第一输入接口和第三输出接口分别与所述反渗透装置的第二输出端口和所述盐水存储装置相连，所述第一能量回收装置的第一输入接口和第三输出接口分别与所述反渗透装置的所述第一输出端口和所述淡水存储装置相连；所述第二能量回收装置的第二输入接口和第四输出接口分别与所述海水预处理装置和回收管路相连，且所述第一能量回收装置的第二输入接口和第四输出接口也分别与所述海水预处理装置和所述回收管路相连，通过第一能量回收装置和第二能量回收装置回收后的能量汇集到所述回收管路、并经由一增压泵连接至所述泵与所述压力容置罐之间的所述输入管路。
12.根据权利要求1至11中任一所述的可再生能源发电海水淡化系统，其特征在于，所述可再生能源发电系统为风力发电机组、太阳能发电机组和/或潮汐能发电机组。
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