CN106745429A - 一种利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，属于新能源利用技术领域。与海水进水泵连接的进水管路经海水换热器A和海水换热器B分别连接若干相互连接的蒸发器，蒸发器的淡水出水口连接淡水出水管路，淡水出水管路经淡水出水泵和海水换热器A连接至凝结水出口封头，所述淡水出水管路连接补水混合器，所述淡水出水管路通过补水管路连接补水混合器，所述补水混合器分别连接机械蒸汽压缩机和蒸发器，机械蒸汽压缩机连接风力发电装置。本发明解决了海岛及沿海地区弃风电问题以及淡水不足的问题，有效利用了不稳定的风能，且生产淡水用于居民日常生活；风能直接利用，采用变频式压缩机，减少了电力系统整流和控制设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用风能的海水淡化装置，属于新能源利用技术领域。
背景技术
风电作为目前最为成熟的新能源利用方式之一，近年来在我国得到的迅猛发展，装机容量稳居世界第一。然而，风电固有的随机性和间歇性特点，导致其规模化并网危及电网运行的安全稳定，对电网调频和备用容量规划带来很大挑战，从而造成目前各大风电场弃风现象严重，造成巨大的能源浪费，严重影响经济效益。针对这一问题，众多专家学者开始尝试多种方法。
中国发明专利“风能利用方法及系统”(申请号：201410213980.3；公告号：CN104047809A)设计了一种压缩空气储存风能的方法，通过用风车产生动力，利用所述动力将气体进行压缩得到压缩气体，将压缩气体存储到储气罐内，必要时将压缩气体从所述储气罐内导入做功机构，对外输出动力；该技术方案的能量利用效率低。中国发明专利“一种使用弃风电加热的电采暖储热运行计划的制定方法”(申请号：201510725522.2；公告号：CN105354637A)设计了一种使用废弃风电加热的电采暖储热运行方法，运行过程包括以下步骤：生成日前风电客观弃风出力序列；制定电采暖储热运行计划；修正电采暖储热运行计划；该技术方案的经济性较差。中国发明专利“离网型风电制氢转换系统”(申请号：201510486504.3；公告号：CN105186660A)提出一种离网型风电制氢转换系统，将风力发电单元输入的交流电转变为直流电，将整流后的直流电压转变为满足水电解槽工作条件的电压；储能单元通过双向直流变换单元接入整流单元输出端，双向直流变换单元通过调整储能单元的充放电来平衡整流单元与电解直流变换单元的瞬时功率不平衡，提高风力发电单元吸收的风能效率；卸荷单元接入整流单元的输出端，并实现过电压保护；该技术方案的缺陷是，不适用于产业化的大规模应用。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种轻便、防火隔热效果好的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，该装置对风能的利用更为有效且应用成本较低，结构紧凑，运行稳定，安装灵活，且可实现分布式和大规模应用，减少在近海和离岛等风能丰富的区域由于无法并网导致的能源浪费，并生产居民日常生活所需的淡水，解决传统海水淡化系统灵活性差以及高能耗的问题。
本发明的技术方案是：一种利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，与海水进水泵连接的进水管路经海水换热器A和海水换热器B分别连接若干相互连接的蒸发器，蒸发器的淡水出水口连接淡水出水管路，淡水出水管路经淡水出水泵和海水换热器A连接至凝结水出口封头，所述淡水出水管路连接补水混合器，所述淡水出水管路通过补水管路连接补水混合器，所述补水混合器分别连接机械蒸汽压缩机和蒸发器，机械蒸汽压缩机连接风力发电装置，蒸发器的蒸汽出口连接相邻的下一个蒸发器的蒸汽管束，末端蒸发器的蒸汽出口连接机械蒸汽压缩机，末端的蒸发器通过真空抽气管路连接抽气真空泵，蒸发器底部设有浓海水排污口，浓海水排污口连接至下一个蒸发器，末端的蒸发器的浓海水排污口连接浓海水排污管，浓海水排污管经浓海水排污泵和海水换热器A连接至浓海水排出口。
所述蒸发器顶部连接进水管路。
海水通过喷嘴喷淋到所述蒸发器内的换热管上，与换热管内的蒸汽进行换热。
所述蒸发器为低温横管降膜蒸发器或低温竖管降膜蒸发器。
所述海水换热器A和海水换热器B为板式换热器。
所述机械蒸汽压缩机为离心式压缩机或罗茨式压缩机。
本发明的有益效果是：解决了海岛及沿海地区弃风电问题以及淡水不足的问题，有效利用了不稳定的风能，且生产淡水用于居民日常生活；风能直接利用，采用变频式压缩机，减少了电力系统整流和控制设备；相比与模块化设计的反渗透海水淡化技术，实现风能能量的连续利用；采用低温多效蒸馏技术，管束结垢少，系统运行可靠，维修周期长，产水量高；采用高效换热器预热海水，回收浓海水和所产淡水余热，能耗低；除风能输入，无需其他传统能源，实现绿色环保的海水淡化。
附图说明
本发明共有附图1幅。
图1为本发明原理图。
图中附图标记如下：1、风力发电装置，2、机械蒸汽压缩机，3、补水混合器，4、蒸发器，5、海水换热器A，6、海水换热器B，7、抽气真空泵，8、淡水出水泵，9、浓海水排污泵，10、海水进水泵，11、补水管路。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明做进一步说明：
一种利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，与海水进水泵10连接的进水管路经海水换热器A5和海水换热器B6分别连接若干相互连接的蒸发器4，蒸发器4的淡水出水口连接淡水出水管路，淡水出水管路经淡水出水泵8和海水换热器A5连接至凝结水出口封头，所述淡水出水管路连接补水混合器3，所述淡水出水管路通过补水管路11连接补水混合器3，所述补水混合器3分别连接机械蒸汽压缩机2和蒸发器4，机械蒸汽压缩机2连接风力发电装置1，蒸发器4的蒸汽出口连接相邻的下一个蒸发器4的蒸汽管束，末端蒸发器4的蒸汽出口连接机械蒸汽压缩机2，末端的蒸发器4通过真空抽气管路连接抽气真空泵7，用于抽取系统中产生的不凝气体，同时维持系统蒸发器中的蒸发压力，蒸发器4底部设有浓海水排污口，浓海水排污口连接至下一个蒸发器4，末端的蒸发器4的浓海水排污口连接浓海水排污管，浓海水排污管经浓海水排污泵9和海水换热器A5连接至浓海水排出口。
所述蒸发器4顶部连接进水管路。
海水通过喷嘴喷淋到所述蒸发器4内的换热管上，与换热管内的蒸汽进行换热。
所述蒸发器4为低温横管降膜蒸发器或低温竖管降膜蒸发器，传热性能好，海水处于负压状态蒸发，蒸发温度低，可以有效减弱管束结垢。蒸发器由蒸汽进口封头，蒸发室和凝结水出口封头组成，预加热海水通过喷淋在换热管外形成稳定液膜，由管内蒸汽加热，蒸发产生的二次蒸汽通过蒸汽管道进入下一级蒸发器，蒸馏后的浓海水通过底部浓海水管道进入下一级蒸发器，管内冷凝后的淡水进入凝结水出口封头，收集后导入淡水主管道。
所述海水换热器A5和海水换热器B6为板式换热器。利用上述两组板式换热器，分别完成新鲜海水与浓海水、新鲜海水与浓盐水的热交换。
所述机械蒸汽压缩机2为离心式压缩机或罗茨式压缩机。压缩机输入为风机随风速变化的功率输出，变频压缩机可以快速响应功率变化，且离心式压缩机单机流量大，效率高。
所述机械蒸汽压缩机2连接压缩机控制器。
所述补水管路11上设有补水流量计通过过热蒸汽流量控制补水流量。当过热蒸汽流量变小时，增大补水流量，反之，减小补水流量。
所述蒸发器4上设有温度检测系统。
海水进入上述海水进水泵10前，添加防结垢药品和消泡剂。
本发明的工作过程，如图1所示：
新鲜海水经过过滤、加药等简单的预处理后，通过海水进水泵10提高压头进入海水预热器A5与蒸发器4排出的浓海水换热，利用浓海水余热提高海水温度。经过第一步预热的海水进入海水预热器B6进一步与所产淡水进行热交换，利用淡水余热进一步提高海水温度。经过两步预热的海水通过海水管道，从蒸发器4顶部进入各个蒸发器4。图1所示为5效蒸发器，每效的海水进量近乎相等。海水在蒸发器4内通过一组喷嘴喷淋到换热管上，与管内的蒸汽进行换热，海水被加热蒸发，产生二次蒸汽，蒸馏后的海水积存在蒸发器4的底部，管内冷凝后的淡水进入凝结水出口封头收集，并积存在出口封头底部。每一效蒸发器4的工作原理相同，且每一效蒸发器4产生的二次蒸汽均进入下一效蒸发器4中的蒸汽管束内，作为加热蒸发下一效海水的热源蒸汽，蒸馏后的海水也通过浓海水管道进入下一效蒸发器4中，由于压力逐渐降低，浓海水的流动可以自发进行，由于过饱和，进入下一效蒸发器4的浓海水发生闪蒸，补充产生部分二次蒸汽与直接加热蒸发的蒸汽混合。最后一效蒸发器4的二次蒸汽进入蒸汽压缩机中，风力发电装置1产生的电能输入到蒸汽压缩机中，通过压缩机做功提高蒸汽的压力和温度，压缩机出口的过热蒸汽进入补水混合器3中，与通过补水管道11进入的淡水混合，补充由于蒸发器4传热损失引起的蒸发器4进出口蒸汽流量的不平衡，混合后的蒸汽作为第一效蒸发器4的热源蒸汽进入下一蒸发器4中。每效蒸发器4凝结后的淡水通过淡水管路由淡水出水泵8提高压头，少部分淡水通过补水管路11进入补水混合器3，大部分淡水进入海水预热器换热后排入集水水箱中，用于居民日常生活。浓海水由最后一效蒸发器4排出，通过浓海水排污泵9提高压头后进入海水预热器5，换热后排出系统。最后一效蒸发器4凝结水出口封头上部连接真空抽气管路并与抽气真空泵7相连，抽气真空泵7抽取系统中的不凝结气体，并产生一定的负压，控制系统蒸发器中的蒸发温度。
本实施例采用五效蒸发器，设计压缩机额定功率132kW，进口海水温度30度，实现淡水产率10t/h，海水压缩比1.8，所需新鲜海水流量22.5t/h，多效蒸发器每效传热温差为5度，蒸发器换热面积95平方米，第一效蒸发温度68度，最后一效蒸发温度48度，补水水量约为0.136t/h，系统中4个泵的功率按扬程10米估算，总功率约3kW，生产每吨淡水总能耗为13.5kWh。
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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，与海水进水泵(10)连接的进水管路经海水换热器A(5)和海水换热器B(6)分别连接若干相互连接的蒸发器(4)，蒸发器(4)的淡水出水口连接淡水出水管路，淡水出水管路经淡水出水泵(8)和海水换热器A(5)连接至凝结水出口封头，所述淡水出水管路连接补水混合器(3)，所述淡水出水管路通过补水管路(11)连接补水混合器(3)，所述补水混合器(3)分别连接机械蒸汽压缩机(2)和蒸发器(4)，机械蒸汽压缩机(2)连接风力发电装置(1)，蒸发器(4)的蒸汽出口连接相邻的下一个蒸发器(4)的蒸汽管束，末端蒸发器(4)的蒸汽出口连接机械蒸汽压缩机(2)，末端的蒸发器(4)通过真空抽气管路连接抽气真空泵(7)，蒸发器(4)底部设有浓海水排污口，浓海水排污口连接至下一个蒸发器(4)，末端的蒸发器(4)的浓海水排污口连接浓海水排污管，浓海水排污管经浓海水排污泵(9)和海水换热器A(5)连接至浓海水排出口。
2.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，所述蒸发器(4)顶部连接进水管路。
3.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，海水通过喷嘴喷淋到所述蒸发器(4)内的换热管上，与换热管内的蒸汽进行换热。
4.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，所述蒸发器(4)为依次连接的五个。
5.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，所述蒸发器(4)为低温横管降膜蒸发器或低温竖管降膜蒸发器。
6.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，所述海水换热器A(5)和海水换热器B(6)为板式换热器。
7.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，所述机械蒸汽压缩机(2)为离心式压缩机或罗茨式压缩机。
8.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，所述机械蒸汽压缩机(2)连接压缩机控制器。
9.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，所述补水管路(11)上设有补水流量计，所述蒸发器(4)上设有温度检测系统。
10.根据权利要求1所述的利用风能的机械蒸汽压缩海水淡化装置，其特征在于，海水进入上述海水进水泵(10)前，添加防结垢药品和消泡剂。
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2017
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