CN105461133A - 风光互补的海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风光互补的海水淡化系统，包括电源、间接接触式海水淡化系统、直接接触式膜蒸馏海水淡化系统、冷却系统。所述的间接接触式海水淡化系统与直接接触式膜蒸馏海水淡化系统通过管道连接，冷却系统向间接接触式海水淡化系统与直接接触式膜蒸馏海水淡化系统提供冷能。本发明将这三种能源耦合在一起，实现了海水淡化系统的高能效比、高淡水回收率和低运行成本的统一，实现了冷废能（LNG冷能）和可再生能源（太阳能和风能）的有机结合，LNG冷能得到了充分利用，不消耗任何能源，无运行成本。

Description

风光互补的海水淡化系统
技术领域
本发明涉及海水淡化领域，特别是涉及一种利用液化天然气冷能的冷冻脱盐-风光互补真空膜蒸馏混合的海水淡化系统。
背景技术
近几十年来，全球人口的快速增长和工业化的快速发展造成了严重的淡水短缺和环境破坏。为缓解饮用水压力，各种海水淡化和污水回收技术蓬勃发展。目前最流行的海水淡化工艺包括反渗透（RO）、多效蒸馏法（MED）等，然而这些海水淡化技术受到高能耗以及专业、昂贵的基础设施的限制。因此，有必要对经济和高效节能的海水淡化技术，尤其是利用低品位能源、替代能源或工业废热，进行广泛的研究和探索。
液化天然气冷能是液化天然气（LNG）再气化过程中所释放的一种废能。冷能指在LNG接收终端，当LNG气化时从周围环境中吸收热量的效应。为便于运输和处理，天然气以液态的形式储存在1个大气压和111K（-162oC）的储罐中。因此，液化天然气在LNG终端以气态对外供应之前必须重新气化，通常借助于从海水中吸热。由于低温、高能量密度和蓬勃的LNG全球市场，LNG冷能被认为是一种可以冷却介质的高质能源。遗憾的是，由于工业上对热能的偏好，直到今天大部分的LNG冷能并没有得到有效利用。
冷冻法海水淡化（FD）指从冷冻的海水冰晶中提取出淡水。该法的缺点是低温冷冻条件下较低的能效比和淡水回收率，这也严重制约着冷冻法海水淡化技术的应用。真空膜蒸馏海水淡化（VMD）是一个基于气液平衡和传热传质的热驱动过程。尽管膜蒸馏海水淡化成本低廉，对高浓度海水不敏感，但淡水回收率仍然较低，海水加热、真空泵和循环泵运转需要电能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运行成本低、淡水回收率高的风光互补的海水淡化系统。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
本发明是一种风光互补的海水淡化系统，包括电源、间接接触式海水淡化系统、直接接触式膜蒸馏海水淡化系统、冷却系统；所述的间接接触式海水淡化系统包括结晶器、海水/冰晶分离器、冰晶洗涤融化器、预热器，所述的直接接触式膜蒸馏海水淡化系统包括膜蒸馏海水储罐、海水加热器、膜蒸馏模块、蒸馏冷却器、蒸馏罐、真空泵；所述的结晶器通过管道与海水/冰晶分离器的入口连接，海水/冰晶分离器的淡水出口与冰晶洗涤融化器的入口连接，海水/冰晶分离器的浓盐海水出口通过管道与预热器连接，预热器的海水出口与膜蒸馏海水储罐入口连接，膜蒸馏海水储罐、海水加热器、膜蒸馏模块通过管道依次连通，形成一个循环回路，膜蒸馏海水储罐的浓盐海水出口通过管道与预热器连接，膜蒸馏模块的渗透水出口通过管道与蒸馏罐连接，蒸馏冷却器通过管道与膜蒸馏模块连接；所述的真空泵的出口与冰晶洗涤融化器的出口分别与蒸馏罐连接，用于向蒸馏罐提供低压和低温；所述的冷却系统分别通过管道与结晶器和蒸馏冷却器连接，向结晶器和蒸馏冷却器提供冷媒；所述的电源向海水加热器、真空泵提供电力。
所述的冷却系统为液化天然气汽化器。
所述的电源由风能发电机和太阳能集热器组成。
采用上述方案后，本发明具有以下优点：
1、不消耗任何能源，无运行成本。冷冻海水淡化所需的冷量由LNG冷能提供，真空膜蒸馏海水淡化的海水加热和真空泵以及所有的循环泵所需的电力由风光互补可再生能源提供。
2、总体的淡水回收率高。海水依次经过冷冻法和真空膜蒸馏法进行淡化，淡水的总产量是这两个过程产量的相加。真空膜蒸馏过程的海水原料就是冷冻法海水淡化排出的废海水。通过这两个过程的海水淡化，废海水的盐浓度不断提高。
3、LNG冷能得到了充分利用。LNG冷能在液化天然气汽化器中通过换热释放给冷却液，冷却液将冷量不仅提供给冷冻法海水淡化的结晶器，还提供给真空膜蒸馏海水淡化的蒸馏冷却器。
4、实现了冷废能（LNG冷能）和可再生能源（太阳能和风能）的有机结合。将这三种能源耦合在一起，实现了海水淡化系统的高能效比、高淡水回收率和低运行成本的统一。
5、LNG接收站建于海边港口，淡化所需的海水充足，太阳能和风能也满足系统运行需要，风光可以相互协调、补充。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种风光互补的海水淡化系统，包括电源1、间接接触式海水淡化系统2、直接接触式膜蒸馏海水淡化系统3、冷却系统4。
所述的间接接触式海水淡化系统2包括结晶器21、海水/冰晶分离器22、冰晶洗涤融化器23、预热器24。
所述的直接接触式膜蒸馏海水淡化系统3包括膜蒸馏海水储罐31、海水加热器32、膜蒸馏模块33、蒸馏冷却器34、蒸馏罐35、真空泵36。
所述的结晶器21通过管道与海水/冰晶分离器22的入口连接，海水/冰晶分离器22的淡水出口与冰晶洗涤融化器23的入口连接，海水/冰晶分离器23的浓盐海水出口通过管道与预热器24连接，预热器24的海水出口与膜蒸馏海水储罐31入口连接，膜蒸馏海水储罐31、海水加热器32、膜蒸馏模块33通过管道依次连通，形成一个循环回路，膜蒸馏海水储罐31的浓盐海水出口通过管道与预热器24连接，膜蒸馏模块33的渗透水出口通过管道与蒸馏罐35连接，蒸馏冷却器34通过管道与膜蒸馏模块33连接；所述的真空泵36的出口与冰晶洗涤融化器23的出口分别与蒸馏罐35连接，用于向蒸馏罐35提供低压和低温。
所述的冷却系统4为液化天然气汽化器4，分别通过管道与结晶器21和蒸馏冷却器34连接，向结晶器21和蒸馏冷却器34提供冷媒。
所述的电源1由风能发电机11和太阳能集热器12组成，电源1向海水加热器32、真空泵36提供电力，即风光互补。
本发明的工作原理：
1、海水原料进入结晶器21，海水降温形成冰晶；海水夹杂冰晶进入海水/冰晶分离器22，海水与冰晶分离；冰晶进入冰晶洗涤融化器23，利用淡水对冰晶进行洗涤，然后使冰晶融化成淡水；获得淡水。结晶器21里的冷量由通过液化天然气汽化器4换热的冷却液提供。
2、从海水/冰晶分离器22分离出的浓盐海水，首先进入预热器24，预热器24的热量分别由膜蒸馏渗透水和膜蒸馏排放的浓海水提供；接着浓盐水（Brine）进入膜蒸馏海水储罐31，膜蒸馏海水储罐31中的海水进入海水加热器32加热提高温度；加热后的海水进入膜蒸馏模块33，膜蒸馏模块33海水淡化的驱动力除了加热海水外，还包括蒸馏冷却器34提供的低温环境和真空泵36提供的低压环境；膜蒸馏渗透水和浓海水在膜蒸馏模块33中分离；膜蒸馏渗透水离开膜蒸馏模块33进入蒸馏罐35，蒸馏罐35中保持着低温、低压的条件，低温条件由冰晶洗涤融化器23输出的淡水提供，低压条件由真空泵36提供；获得淡水。膜蒸馏海水储罐31排放的较高浓度海水进入预热器24预热海水。
本发明的重点就在于：利用液化天然气冷能的冷冻脱盐-风光互补真空膜蒸馏混合海水淡化系统（FD-VMD）。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (3)

1.一种风光互补的海水淡化系统，其特征在于：包括电源、间接接触式海水淡化系统、直接接触式膜蒸馏海水淡化系统、冷却系统；所述的间接接触式海水淡化系统包括结晶器、海水/冰晶分离器、冰晶洗涤融化器、预热器，所述的直接接触式膜蒸馏海水淡化系统包括膜蒸馏海水储罐、海水加热器、膜蒸馏模块、蒸馏冷却器、蒸馏罐、真空泵；所述的结晶器通过管道与海水/冰晶分离器的入口连接，海水/冰晶分离器的淡水出口与冰晶洗涤融化器的入口连接，海水/冰晶分离器的浓盐海水出口通过管道与预热器连接，预热器的海水出口与膜蒸馏海水储罐入口连接，膜蒸馏海水储罐、海水加热器、膜蒸馏模块通过管道依次连通，形成一个循环回路，膜蒸馏海水储罐的浓盐海水出口通过管道与预热器连接，膜蒸馏模块的渗透水出口通过管道与蒸馏罐连接，蒸馏冷却器通过管道与膜蒸馏模块连接；所述的真空泵的出口与冰晶洗涤融化器的出口分别与蒸馏罐连接，用于向蒸馏罐提供低压和低温；所述的冷却系统分别通过管道与结晶器和蒸馏冷却器连接，向结晶器和蒸馏冷却器提供冷媒；所述的电源向海水加热器、真空泵提供电力。
2.根据权利要求1所述的风光互补的海水淡化系统，其特征在于：所述的冷却系统为液化天然气汽化器。
3.根据权利要求1所述的风光互补的海水淡化系统，其特征在于：所述的电源由风能发电机和太阳能集热器组成。
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