CN104896769B - 一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方法 - Google Patents

一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方法，其特征是，包括集热棚和位于所述集热棚中心的太阳能烟囱；所述集热棚包括集热棚盖板、集热棚支撑、蓄热层和盐水池。本发明所达到的有益效果：本发明包括非聚光型式的太阳能热气流系统、反射式菲涅尔聚光系统和增湿‑除湿海水淡化系统，利用太阳能热气流系统产生电能和强大上升气流蒸发盐水池内的海水，利用反射式菲涅尔聚光系统在烟囱内进一步加热空气同时将部分热量导入盐水池提高盐水温度从而增强蒸发，利用增湿‑除湿的海水淡化方案进行海水淡化。采用反射式菲涅尔聚光镜，集热棚半径不会过大，烟囱高度也不会过高，充分回收多种型式的能量，提供了系统的热效率。

Description

一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方法，属于能源优化利用技术领域。
背景技术
我国是海洋大国，海岸线漫长，可利用太阳能进行海水淡化。现有太阳能海水淡化技术主要有两种方式：一是利用太阳能发电以驱动反渗透过程；二是利用太阳能产生热能来蒸馏海水使其相变蒸发。太阳能反渗透法需要高压泵、反渗透膜、换热器、冷凝器等部件，因而系统复杂，初投资成本较高。而太阳能蒸馏法简单、应用广泛、技术成熟，且无需额外电能的输入。因此，利用太阳能进行热法海水淡化是一种节能、环保和低投入的海水淡化方式。考虑到太阳能的不稳定性、周期性、低能流密度的特性，对于热法太阳能海水淡化一般需要进行聚光。塔式太阳能聚光是一种规模化和成熟的太阳能聚光装置，利用塔式太阳能聚光进行海水淡化已有相关专利的报道。申请日为2011年8月22日，申请号为201110241159.9的发明专利利用塔式太阳能聚光装置加热传热工质，而后将热量传递给海水从而产生蒸汽。申请日为2013年6月21日，申请号为201310247198.9的发明专利在阳光收集塔塔顶内部铺设储能罐，通过该储能装置将能量分配给海水淡化、制盐厂或发电设备。现有发明专利大多利用蓄积的高温热能间接加热海水产生水蒸气从而淡化获得淡水或浓缩获得海盐，这种方式的系统存在多个换热设备，影响了系统的热效率。同时，此种类型的系统需要蓄积大量的热能，因而需要布置大规模的境场且对每一个定日镜均需要严格控制。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方案，充分利用本装置内存在的聚光和非聚光形式的太阳能。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统，其特征是，包括集热棚和位于所述集热棚中心的太阳能烟囱；所述集热棚包括集热棚盖板、集热棚支撑、蓄热层和盐水池；所述太阳能烟囱内从上而下依次设置有冷凝器、淡水收集器、聚光区域和风力透平；所述集热棚的边缘设置有若干个反射式菲涅尔聚光镜，集热棚与烟囱的结合处设置有风力发电机；所述聚光区域内设置有导热盘管；所述导热盘管分别与导热上升管和导热下降管相连；所述导热上升管和导热下降管均连接位于地面的蓄热层。
前述的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统，其特征是，所述集热棚用于支撑集热棚盖板的重量；所述集热棚盖板与蓄热层、盐水池之间形成空气流道，空气由空气入口流入系统内。
前述的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统，其特征是，所述冷凝器采用中心高周边低的布置方式；所述导热盘管内流有换热工质；所述换热工质采用液态工质或气态工质。
前述的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统，其特征是，每一面所述反射式菲涅尔聚光镜的倾角均不相同；所述反射式菲涅尔聚光镜组成境场将太阳光线汇聚到所述聚光区域；所述聚光区域为设置在烟囱侧面开口内的内腔室吸热器。
一种利用前述的塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统的塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统运行方法，其特征是，空气由所述集热棚入口进入系统后，依次流过蓄热层、盐水池、风力透平、聚光区域和淡水收集器后在冷凝器处凝结为淡水，淡水由淡水收集器收集。
前述的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统运行方法，其特征是，所述反射式菲涅尔聚光镜将太阳光在聚光区域内聚集，加热空气流以及导热盘管内的换热工质；所述导热盘管内的换热工质通过导热下降管流动到蓄热层内加热空气和盐水池内的盐水，而后通过导热上升管回到导热盘管内，以此循环。
前述的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统运行方法，其特征是，所述空气流推动风力透平发电，发出电能经过逆变器后储存在蓄电池内；所述蓄电池内的电源用于驱动导热盘管内的换热工质做功，富余电能存储在蓄电池内留作无太阳时候使用。
本发明所达到的有益效果：本发明包括非聚光型式的太阳能热气流系统、反射式菲涅尔聚光系统和增湿-除湿海水淡化系统，利用太阳能热气流系统产生电能和强大上升气流蒸发盐水池内的海水，利用反射式菲涅尔聚光系统在烟囱内进一步加热空气同时将部分热量导入盐水池提高盐水温度从而增强蒸发，利用增湿-除湿的海水淡化方案进行海水淡化，三个系统合理组合，充分利用了太阳能的热量。采用反射式菲涅尔聚光镜，集热棚半径不会过大，烟囱高度也不会过高，充分回收多种型式的能量，提供了系统的热效率，提高了系统的可靠性和安全性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中附图标记的含义：
1-冷凝器，2-淡水收集器，3-太阳能烟囱，4-聚光区域，5-导热上升管，6-风力透平，7-集热棚盖板，8-蓄热层，9-导热盘管，10-导热下行管，11-集热棚支撑，12-盐水池，13-空气入口，14-反射式菲涅尔聚光镜，15-太阳光线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明涉及的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统在工作时：
在太阳辐射强烈的白天，空气在集热棚盖板7与蓄热层8形成的腔道内受热膨胀、温度升高、密度降低，从而形成了与周围环境的密度差，具有向上流动的趋势。
反射式菲涅尔聚光镜14固定布置，按照当地地理位置计算不同的反射式菲涅尔聚光镜14倾角；反射式菲涅尔聚光镜14在集热棚一侧布置，布置的个数有所需的聚光比决定。由反射式菲涅尔聚光镜14将太阳光聚集在聚光区域4上，聚光区域4内部温度升高，该位置内部空气由于温度升高密度降低，由于烟囱效应开始上浮。
空气由空气入口13进入系统。空气沿如图箭头所指方向流动时，在集热棚与太阳能烟囱3结合处经过风力透平6，带动风力透平6旋转，从而发出电量。
与此同时，空气掠过盐水池12的上表面，促进盐水池12中水分蒸发，蒸发出来的水蒸气随着空气往烟囱上方流动，流经冷凝器1时空气中携带的水蒸气遇冷凝结成蒸馏水，蒸馏水流下至淡水收集器2中进行收集。冷凝器1采用中心高周边低的布置方式，以利于淡水从边缘流入淡水收集器2内。
冷凝器1中的流动工质采用从外部用泵导入的冷盐水，与流经它的含有水蒸气的空气发生换热，在冷凝水蒸气的同时也使得冷凝器1中的盐水被预热，温度升高，再将被预热的盐水导入至蓄盐水池12中，继续进行蒸发。
导热盘管9与聚光区域4的一部分相连，导热盘管9通过导热上升管5、导热下降管与蓄热层8相连，导热盘管9内有流动工质，导热盘管9内工质可为液态工质也可为气态工质，其特性为具有较高的比热容和较低的融化或汽化温度。导热盘管9竖直部分由隔热材料包覆，水平部分放置于盐水池12中对盐水进行加热。工质在导热盘管9与蓄热层8内不断循环，将热量由导热盘管9带入蓄热层8内，从而提高空气温度以及盐水池12内盐水温度，促进盐水蒸发以及气流流动。盐水池12内浓度达到盐的最大溶解度后即会在池底析出盐晶体；同时，在昼夜温差作用下盐的溶解度也不同，也会在夜晚温度较低时在盐水池12底析出盐晶体。整个系统白天接受太阳辐射进行工作，夜晚停止工作。利用大部分盐在温度降低的情况下溶解度也降低的特点，利用昼夜温差，在温度较低的夜晚进行盐的采集工作，从而获得较多的盐。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统，其特征是，包括集热棚和位于所述集热棚中心的太阳能烟囱；所述集热棚包括集热棚盖板、集热棚支撑、蓄热层和盐水池；所述太阳能烟囱内从上而下依次设置有冷凝器、淡水收集器、聚光区域和风力透平；所述集热棚的边缘设置有若干个反射式菲涅尔聚光镜，集热棚与烟囱的结合处设置有风力发电机；所述聚光区域内设置有导热盘管；所述导热盘管分别与导热上升管和导热下降管相连；所述导热上升管和导热下降管均连接位于地面的蓄热层；所述集热棚用于支撑集热棚盖板的重量；所述集热棚盖板与蓄热层、盐水池之间形成空气流道，空气由空气入口流入系统内；每一面所述反射式菲涅尔聚光镜的倾角均不相同；所述反射式菲涅尔聚光镜组成境场将太阳光线汇聚到所述聚光区域；所述聚光区域为设置在烟囱侧面开口内的内腔室吸热器；所述冷凝器中的流动工质采用从外部用泵导入的冷盐水，与流经冷凝器的含有水蒸气的空气发生换热，在冷凝水蒸气的同时也使得冷凝器中的盐水被预热，温度升高，再将被预热的盐水导入至蓄盐水池中，继续进行蒸发。
2.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统，其特征是，所述冷凝器采用中心高周边低的布置方式；所述导热盘管内流有换热工质；所述换热工质采用液态工质或气态工质。
3.一种利用权利要求1至2任意一项所述的塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统的塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统运行方法，其特征是，空气由所述集热棚入口进入系统后，依次流过蓄热层、盐水池、风力透平、聚光区域和淡水收集器后在冷凝器处凝结为淡水，淡水由淡水收集器收集。
4.根据权利要求3所述的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统运行方法，其特征是，所述反射式菲涅尔聚光镜将太阳光在聚光区域内聚集，加热空气流以及导热盘管内的换热工质；所述导热盘管内的换热工质通过导热下降管流动到蓄热层内加热空气和盐水池内的盐水，而后通过导热上升管回到导热盘管内，以此循环。
5.根据权利要求4所述的一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统运行方法，其特征是，空气流推动所述风力透平发电，发出电能经过逆变器后储存在蓄电池内；所述蓄电池内的电源用于驱动导热盘管内的换热工质做功，富余电能存储在蓄电池内留作无太阳时候使用。
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