CN107416932A - 一种热能太阳能双能源海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一套热能太阳能双能源淡化海水的技术方案。热源串联在供热回路中。在同一平面的多个海水蒸发罐并联在供热回路中。在海水蒸发罐内上层设置太阳能光热加热板蒸发海水；在海水蒸发罐内中层设置热能加热管加热海水；在海水蒸发罐内下层设置蒸汽冷凝管冷凝蒸汽。建立海水蒸发罐内上层、中层、下层由高到低的温度梯度，形成热能和太阳能协同蒸发海水，全部回收蒸汽冷凝潜热的热量循环。妥善解决了太阳能收集、热转换、蒸汽冷凝潜热回收问题。锅炉、核反应堆、燃烧机、工业热废气、工业热废水都可作为热源，海水淡化成本有很大下降空间。利用工业热废气、工业热废水作热源，还能消除热污染，实现环保效益和经济效益同步增长。

Description

一种热能太阳能双能源海水淡化装置
所属技术领域
本发明涉及一种海水淡化装置，具体为一种热能太阳能双能源海水淡化装置。
背景技术
太阳能海水淡化技术是当今世界各国都高度关注的前沿技术，在该技术领域投入大量人力资金。但是，至今没有找到一条成本低廉的技术路线，更没有一套容易推广的技术方案。2013年英国“经度奖”甚至将低成本海水淡化列为六个候选技术难题之一。其主要原因是目前的太阳能海水淡化技术，没有妥善解决太阳能收集、热转换、蒸汽冷凝潜热回收问题。如中国海南省近期建成的太阳能海水淡化示范项目，是将太阳能转换成蒸汽热能，再采用多效蒸馏海水淡化装置淡化海水。这套技术方案的工艺流程长，设备多，热量损失大，淡化成本高，很难推广。据相关资料透露：其淡化成本高达8元/吨。这个成本价没有市场竞争力，只有不计成本的海岛能够接受。2017年1月14日，中国发明专利201710028482.5将太阳能收集、热转换、蒸汽冷凝潜热回收问题集中在海水蒸发罐内解决。在没有电力的海岛，都能确保廉价淡水供应。为太阳能海水淡化技术开辟了一条新的技术路线。
沿着这条新技术路线，太阳能海水淡化装置只能白天淡化海水，夜晚装置闲置的问题是下一个需要解决的问题。解决这个问题的办法就是开发能同时利用热能太阳能的双能源海水淡化装置。白天利用太阳能淡化海水，夜晚利用热能淡化海水。尤其是利用工业余热，资源利用更充分，经济效益更好。为此，设想利用水对流传热规律和蒸发冷凝规律，在海水蒸发罐内上层设置太阳能光热加热板蒸发海水；在海水蒸发罐内中层设置热能加热管加热海水；在海水蒸发罐内下层设置蒸汽冷凝管冷凝蒸汽。建立海水蒸发罐内上层、中层、下层由高到低的温度梯度，形成热能和太阳能协同蒸发海水，全部回收蒸汽冷凝潜热的热量循环。
发明内容
本发明的目的是提供一套热能太阳能协同蒸发海水、回收全部蒸汽潜热的海水淡化技术方案，设计出一种热能太阳能作能源的海水淡化装置。
为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括热源、海水蒸发罐、供热回路、泵、海水流入管、淡水收集管、浓盐水排出阀、控制系统。其特征在于：所述热源和泵串联在供热回路中。在同一水平面的多个海水蒸发罐并联在供热回路中。海水流入管连通所有海水蒸发罐。淡水收集管连通所有海水蒸发罐的冷凝管。所有海水蒸发罐底都安装浓盐水排出阀。控制温度、流量、水位、浓度的控制系统安装在海水淡化装置各控制点。
所述海水蒸发罐其结构包括四方形罐体、透明罐顶盖、水面加热板、加热管、冷凝管。罐体内底部安装冷凝管，冷凝管进口在罐体内上部，冷凝管出口连通淡水收集管。罐体内中部安装加热管，加热管连通供热回路。罐体内上部安放水面加热板。罐体顶覆盖透明罐顶盖。
所述热源是锅炉、核反应堆、燃烧机、工业热废气、工业热废水。
所述供热回路是闭合回路或开放回路。闭合回路的工质循环使用，锅炉、核反应堆采用闭合回路。开放回路的工质一次性使用，燃烧机、工业废气采用开放回路。
所述泵是液体泵或气体泵(鼓风机、抽风机)。
所述水面加热板是密度小于水的光热材料，始终浮在水面。
所述淡水收集管末端连接抽风机，加速所有海水蒸发罐内海水蒸发，增大海水淡化装置生产能力。
本发明的优点在于：一是利用热能和太阳能淡化海水，能保证海水淡化装置昼夜连续运行，最大限度地利用了整套装置的生产能力，就是阴天也能保证正常生产；二是能利用的热能来源广，核能、燃油、天然气及工业废水废气余热都能作热源；三是装置制造成本低，利用率高，能耗低，海水淡化成本将大幅度降低，估计海水淡化成本在2元/吨以下；四是利用钢铁、电力等行业的工业废水废气余热作热源，在消除热污染的同时制取淡水，环保效益和经济效益同步增长，海水淡化成本还有很大下降空间；五是装置便于模块化设计，规模大小灵活，能适应各种不同需求。
附图说明
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明海水蒸发罐结构示意图；
图3是本发明海水蒸发罐内部结构示意图。
图中，1、供热回路热工质管，2、浓盐水排出阀安装管，3、淡水收集管，4、海水流入管，5、供热回路冷工质管，6、冷凝管进口，7、加热管，8、冷凝管，9、水面加热板。
具体实施方式
本实施例是燃烧机作热源，具有六个海水蒸发罐的热能太阳能双能源海水淡化装置。供热回路是开放回路。燃烧机兼备热源和泵的功能。图1是本发明结构示意图，图2是本发明海水蒸发罐结构示意图，图3是本发明海水蒸发罐内部结构示意图。在同一水平面的六个海水蒸发罐并联在供热回路中。加热管7一端连通供热回路热工质管1，加热管7的另一端连通供热回路冷工质管5。供热回路热工质管1的另一端连接燃烧机。供热回路冷工质管5的另一端连通大气。各海水蒸发罐的浓盐水排出阀安装在浓盐水排出阀安装管2上。海水流入管4连通各海水蒸发罐。淡水收集管3连通各海水蒸发罐的冷凝管8。冷凝管进口6在水面加热板9以上的海水蒸发罐内上部空间。水面加热板9浮在水面。冷凝管进口6靠近供热回路热工质管1布置，淡水收集管3靠近供热回路冷工质管5布置。控制温度、流量、水位、浓度的控制系统安装在海水淡化装置各控制点。
本发明的工作过程是：打开电源，起动控制系统。首先通过海水流入管4向各海水蒸发罐注入海水到控制系统所定水位。太阳光透过透明罐顶盖照在水面加热板9上，转变成热量加热表面海水。表面海水吸热变成蒸汽，上升到海水蒸发罐内上部空间，经冷凝管进口6流入冷凝管8，在冷凝管8内冷凝成淡水，流入淡水收集管3，排出海水淡化装置。随着表层海水蒸发，水位下降，控制系统立刻指令补充海水。海水经海水流入管4流入海水蒸发罐底部，吸收冷凝管8内蒸汽所放潜热，逐步上升到表面。海水浓缩后的浓盐水，经浓盐水排出阀排出海水淡化装置。同时自动补充海水。这是太阳能淡化海水过程。太阳光照不足时，起动燃烧机，高温烟气经供热回路热工质管1进入加热管7加热海水。冷却后的烟气流入供热回路冷工质管5，排入大气层。海水吸热蒸发，变成蒸汽，冷凝成淡水，流出海水淡化装置的过程与太阳能淡化海水的过程完全一样。所以在光照不足的阴天，控制系统开动燃烧机，适量补充热能，保证海水淡化装置按正常负荷运行。

Claims (6)

1.一种热能太阳能双能源海水淡化装置，包括热源、海水蒸发罐、供热回路、泵、海水流入管、淡水收集管、浓盐水排出阀、控制系统，其特征在于：所述热源和泵串联在供热回路中，在同一水平面的多个海水蒸发罐并联在供热回路中，海水流入管连通所有海水蒸发罐，淡水收集管连通所有海水蒸发罐的冷凝管，所有海水蒸发罐底都安装浓盐水排出阀，控制温度、流量、水位、浓度的控制系统安装在海水淡化装置各控制点。
2.根据权利要求1所述的一种热能太阳能双能源海水淡化装置，其特征在于：所述海水蒸发罐包括四方形罐体、透明罐顶盖、水面加热板、加热管、冷凝管，罐体内底部安装冷凝管，冷凝管进口在罐体内上部，冷凝管出口连通淡水收集管，罐体内中部安装加热管，加热管连通供热回路，罐体内上部安放水面加热板，罐体顶覆盖透明罐顶盖。
3.根据权利要求1所述的一种热能太阳能双能源海水淡化装置，其特征在于：所述热源是锅炉、核反应堆、燃烧机、工业热废气、工业热废水。
4.根据权利要求1所述的一种热能太阳能双能源海水淡化装置，其特征在于：所述供热回路是闭合回路或开放回路，闭合回路的工质循环使用，开放回路的工质一次性使用。
5.根据权利要求1所述的一种热能太阳能双能源海水淡化装置，其特征在于：所述泵是液体泵或气体泵。
6.根据权利要求1所述的一种热能太阳能双能源海水淡化装置，其特征在于：所述淡水收集管末端连接抽风机。
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