CN108298622A - 聚光太阳能蒸汽发生系统及海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种聚光太阳能蒸汽发生系统及海水淡化系统，将带动聚光太阳能蒸汽发生系统替代传统的电蒸汽锅炉或燃气蒸汽锅炉的进程，以及带动太阳能中高温海水淡化技术的发展，解决现有的电锅炉或燃气锅炉以及海水淡化装置能耗高的问题，对于改善我国水资源匮乏具有重要的现实意义，最大限度的利用了太阳能。需要指出的是：本发明所说的海水淡化系统不光光仅局限于海水淡化，在实际应用中该系统可以用在苦咸水淡化及一般的废水处理上。本发明的聚光太阳能蒸汽发生系统也可以应用到太阳能光热发电系统中，作为太阳能光热发电的主要的热力源。

Description

聚光太阳能蒸汽发生系统及海水淡化系统

技术领域

本发明属于太阳能热利用技术领域，尤其涉及一种聚光太阳能蒸汽发生系统及海水淡化系统的技术。

背景技术

一方面人类能源消费水平不断提高，另一方面常规化石能源日益枯竭，而且常规化石能源伴随的污染物排放问题日益不能满足人们对于未来能源的需求。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的新型清洁能源，正越来越得到人们的重视，针对太阳能的开发工作正在日益取得进展。

现有的工业用高温蒸汽主要有燃煤或燃气或电锅炉产生，或者成本高，或者对环境不友好，如果利用太阳能聚光生产工业用高温蒸汽的话，就会拓展太阳能的应用范围，对社会环境和企业效益会有很大的帮助。

由于海水淡化是能量密集型产业,使用化石燃料带来巨大的环境隐患,开发利用新能源进行海水淡化已成为未来应用发展的重点方向。近年,利用风能、核能、太阳能、波浪能、潮汐能、液化天然气(LNG)、热能、生物质能、海洋温差等新能源进行海水淡化的技术正在深化。

但是，传统的海水淡化需要耗费很大的能量，相应的，所淡化的淡水成本一直居高不下，严重影响了海水淡化行业的发展，如何降低海水淡化的成本是人类要去面对的问题。从理论上来说，免费的太阳能光热利用将是海水淡化技术的出路。

太阳能光热海水淡化技术，就是将太阳辐射热转化为高温水蒸气，利用高温蒸汽，通过多效蒸馏海水淡化装置将海水制成淡水。上海市科委探索太阳能海水淡化技术逐步实现“零能耗”的课题正在相关创新企业的实施下，取得系列突破。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明创造性地提出了一种新颖的聚光太阳能蒸汽发生系统及海水淡化系统，将带动太阳能海水淡化技术的发展，解决现有的海水淡化装置能耗高的问题。需要指出的是：本发明所说的海水淡化系统不光光仅局限于海水淡化，在实际应用中该系统可以用在苦咸水及一般的废水处理上。本发明的聚光太阳能蒸汽发生系统也可以应用到太阳能光热发电系统中，作为太阳能光热发电的主要的热力源。

（二） 技术方案

为了解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：该蒸汽发生系统包括太阳能集热器组群、蒸汽发生装置、循环泵、传热工质，所述的蒸汽发生装置包括蒸发腔、传热工质储罐、第一热管，所述的蒸发腔设置在所述的传热工质储罐顶部，所述的第一热管贯穿蒸发腔的底部后使得第一热管的散热段处在蒸发腔内，其吸热段则伸入到传热工质储罐内部。通常，所采用的第一热管是一种特种热管，热管里面的传热介质采用多种无机材料混合而成，这种传热介质配方由物理学家渠玉芝发明的，配方及热管制造方法见专利号（01120356.0）。此种热管横向和竖向放置都不影响传热效果，而且基本上是等温传热，其耐温的极限是1500摄氏度以上，传热速度是银的至少几千赔以上。该热管已在国内生产且以获得广泛应用。通常，蒸汽发生装置的外表面设置有保温层。通常，如果该蒸汽发生装置用于处理海水淡化，那么在第一热管的散热段外表面和蒸发腔的内表面上涂装有耐高温耐腐蚀的涂料。

在上述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：所述的蒸发腔的顶端设置有一蒸汽排放口，其底部设置有一废水排放管且该废水排放管贯穿传热工质储罐的罐体，其外立面上设置有一待蒸发液体入口；所述的传热工质储罐的外立面近顶端处设置有传热工质进口，近底端处设置有传热工质出口；所述的太阳能集热器组群、传热工质储罐、循环泵通过若干传热工质输送管道及若干阀门连通且构成一个闭环回路，所述的传热工质设置在所述的传热工质储罐内且通过所述的循环泵使之在该闭环回路里循环流动。

在上述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：处于所述的蒸发腔内的第一热管的散热段外表面上设置有若干导热翅片。通常，这样的设计可以大大增加散热面积，有效减少蒸发腔的容积。

在上述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：所述的传热工质为熔盐或导热油。通常，传热工质为导热油。

在上述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：所述的蒸发腔底部设置有一液体浓度计。通常，这样的设计主要针对该聚光太阳能蒸汽发生系统应用到海水淡化系统上或者苦咸水淡化系统上，能及时的检测出蒸发腔底部的盐水浓度，如果一旦检测出盐水浓度达到排放的要求，就会及时告知控制系统进行浓盐水的间隙性排放。

在上述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：所述的蒸发腔内设置有一电子除垢仪。通常，这样的设计主要针对该聚光太阳能蒸汽发生系统应用到海水淡化系统上或者苦咸水淡化系统上，该系统是中高温蒸发海水或苦咸水，由于海水或者苦咸水中含有没预处理完的钙镁离子及其它无机物质，易于在第一热管的散热段表面上结垢，而一旦结垢，采用传统的化学和机械除垢会很费时费力，所以，采用电子除垢仪特别省时省力。

一种海水淡化系统，其特征在于，该海水淡化系统包括权利要求1至6所述的聚光太阳能蒸汽发生系统以及多级蒸汽冷凝淡水收集系统，该淡水收集系统包括若干级蒸汽冷凝装置、淡水箱、浓盐水池、抽水泵、海水输送管道，所述的蒸汽冷凝装置包括上部的海水预热腔和下部的蒸汽冷凝腔，若干第二热管的散热段设置在所述的海水预热腔内，其吸热段设置在所述的蒸汽冷凝腔内，所述的海水预热腔顶端设置有排气口，其外立面上设置有上下错开分布的海水进口和海水出口；所述的蒸汽冷凝腔的底部设置有淡水排放管，其外立面上设置有上下错开分布的蒸汽进口和蒸汽出口；若干级蒸汽冷凝装置并排设置且所述的淡水排放管连通所述的淡水箱，同时，每个海水预热腔上的海水进口和海水出口相互通过海水输送管道串接一起后再连接到所述的待蒸发液体入口上；每个蒸汽冷凝腔上的蒸汽进口、蒸汽出口和所述的蒸汽排放口相互通过管道串接；所述的废水排放管连接到所述的浓盐水池上；所述的抽水泵设置在所述的海水输送管道上。通常，海水淡化前都经过脱硬预处理和粗滤精滤预处理，以便最大限度的减少蒸发腔或海水预热腔内的结垢问题。

在上述的一种海水淡化系统，其特征在于，若干级所述的蒸汽冷凝装置并排设置在所述的淡水箱顶部且所述的淡水排放管直通所述的淡水箱内，如权利要求1所述的蒸汽发生装置设置在所述的浓盐水池顶部且所述的废水排放管直通所述的浓盐水池内。通常，这样的设计，不仅减少设备的占地面积，而且省略了浓盐水排放和淡水排放的动力输送设备，节约了电能消耗，使淡水成本进一步下降。

在上述的一种海水淡化系统，其特征在于，所述的浓盐水池内部还设置有一换热盘管，所述的换热盘管的两个接口分别连接到所述的海水输送管道上。通常，由于排放出来的浓盐水温度还相当高，这样的设计可以把浓盐水里的余热充分利用起来，提高了太阳能整体利用率。

在上述的一种海水淡化系统，其特征在于，第一级所述的蒸汽冷凝装置上的所述的排气口和第二级所述的蒸汽冷凝装置上的蒸汽进口连通，第二级所述的蒸汽冷凝装置上的排气口和第三级所述的蒸汽冷凝装置上的蒸汽进口连通，其余各级依次类推。通常，由于从蒸发腔内直接出来的蒸汽温度相当高，在经过第一级蒸汽冷凝装置中的蒸汽冷凝腔后，通过第二热管的热量传递，有可能使得处于蒸汽冷凝腔上部的海水预热腔里的海水达到沸腾状态，此状态也会引起海水蒸发现象，这时候产生的蒸汽要通过第二级的蒸汽冷凝腔来继续冷凝，依次类推。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明提出的一种聚光太阳能蒸汽发生系统及海水淡化系统，将带动太阳能蒸汽发生器替代传统的电锅炉或燃气锅炉或者燃煤锅炉的进程，以及带动太阳能海水淡化技术的发展，解决现有的电锅炉或燃气锅炉或燃煤锅炉以及海水淡化装置能耗高的问题，对于改善我国水资源匮乏具有重要的现实意义，最大限度的利用了太阳能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图仅提供参考和说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1是本发明提供的实施例1的一种聚光太阳能蒸汽发生系统的结构示意图；

图2是本发明提供的实施例2的一种聚光太阳能蒸汽发生系统及海水淡化系统的整体结构示意图；

图3是本发明提供的一种蒸汽冷凝装置的结构示意图。

图中，太阳能集热器组群1、蒸汽发生装置2、循环泵3、传热工质4、蒸汽冷凝装置5、淡水箱6、浓盐水池7、抽水泵8、海水输送管道9、换热盘管10、蒸发腔20、传热工质储罐21、第一热管22、蒸汽排放口201、废水排放管202、待蒸发液体入口203、液体浓度计204、电子除垢仪205、传热工质进口211、传热工质出口212、海水预热腔50、蒸汽冷凝腔51、第二热管52、排气口501、海水进口502、海水出口503、淡水排放管511、蒸汽进口512、蒸汽出口513。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或一个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1所示，一种聚光太阳能蒸汽发生系统，该蒸汽发生系统包括太阳能集热器组群1、蒸汽发生装置2、循环泵3、传热工质4。

蒸汽发生装置2包括蒸发腔20、传热工质储罐21、第一热管22，蒸发腔20设置在传热工质储罐21顶部，第一热管22贯穿蒸发腔20的底部后使得第一热管22的散热段处在蒸发腔20内，其吸热段则伸入到传热工质储罐21内部。本实施例中所采用的第一热管是一种特种热管，热管里面的传热介质采用多种无机材料混合而成，这种传热介质配方由物理学家渠玉芝发明的，配方及热管制造方法见专利号（01120356.0）。此种热管横向和竖向放置都不影响传热效果，而且基本上是等温传热，其耐温的极限是1500摄氏度以上，传热速度是银的至少几千赔以上。该热管已在国内生产且以获得广泛应用。

蒸发腔20的顶端设置有一蒸汽排放口201，其底部设置有一废水排放管202且该废水排放管202贯穿传热工质储罐21的罐体，其外立面上设置有一待蒸发液体入口203；传热工质储罐21的外立面近顶端处设置有传热工质进口211，近底端处设置有传热工质出口212；太阳能集热器组群1、传热工质储罐21、循环泵3通过若干传热工质输送管道及若干阀门连通且构成一个闭环回路，传热工质4设置在传热工质储罐21内且通过循环泵3使之在该闭环回路里循环流动。

在本实施例中，处于蒸发腔20内的第一热管22的散热段外表面上设置有若干导热翅片。

在本实施例中，传热工质4为熔盐。

在本实施例中，蒸发腔20底部设置有一液体浓度计204。

在本实施例中，蒸发腔20内还设置有一电子除垢仪205。

实施例2：

如图2和图3所示，一种海水淡化系统，包括权利要求1至6所述的聚光太阳能蒸汽发生系统以及多级蒸汽冷凝淡水收集系统，该淡水收集系统包括若干级蒸汽冷凝装置5、淡水箱6、浓盐水池7、抽水泵8、海水输送管道9。

蒸汽冷凝装置5包括上部的海水预热腔50和下部的蒸汽冷凝腔51、若干第二热管52，第二热管52的散热段设置在海水预热腔50内，其吸热段设置在蒸汽冷凝腔51内，海水预热腔50顶端设置有排气口501，其外立面上设置有上下错开分布的海水进口502和海水出口503；蒸汽冷凝腔51的底部设置有淡水排放管511，其外立面上设置有上下错开分布的蒸汽进口512和蒸汽出口513；若干级蒸汽冷凝装置5并排设置且淡水排放管511连通淡水箱6，同时，每个海水预热腔50上的海水进口502和海水出口503相互通过海水输送管道9串接一起后再连接到待蒸发液体入口203上；每个蒸汽冷凝腔51上的蒸汽进口512、蒸汽出口513和蒸汽排放口201相互通过管道串接；废水排放管202连接到浓盐水池7上；抽水泵8设置在海水输送管道9上。

在本实施例中，共有三级蒸汽冷凝装置5并排设置在淡水箱6顶部且淡水排放管511直通淡水箱6内，蒸汽发生装置2设置在浓盐水池7顶部且废水排放管202直通浓盐水池7内。

在本实施例中，浓盐水池7内部还设置有一换热盘管10，该换热盘管10的两个接口分别连接到海水输送管道9上。

在本实施例中，第一级所述的蒸汽冷凝装置5上的排气口501和第二级蒸汽冷凝装置5上的蒸汽进口512连通，第二级蒸汽冷凝装置5上的排气口501和第三级蒸汽冷凝装置5上的蒸汽进口512连通。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了太阳能集热器组群、蒸汽发生装置、循环泵、传热工质、蒸汽冷凝装置、淡水箱、浓盐水池、抽水泵、海水输送管道、换热盘管、蒸发腔、传热工质储罐、第一热管、蒸汽排放口、废水排放管、待蒸发液体入口、液体浓度计、电子除垢仪、传热工质进口、传热工质出口、海水预热腔、蒸汽冷凝腔、第二热管、排气口、海水进口、海水出口、淡水排放管、蒸汽进口、蒸汽出口等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：该蒸汽发生系统包括太阳能集热器组群（1）、蒸汽发生装置（2）、循环泵（3）、传热工质（4），所述的蒸汽发生装置（2）包括蒸发腔（20）、传热工质储罐（21）、第一热管（22），所述的蒸发腔（20）设置在所述的传热工质储罐（21）顶部，所述的第一热管（22）贯穿蒸发腔（20）的底部后使得第一热管（22）的散热段处在蒸发腔（20）内，其吸热段则伸入到传热工质储罐（21）内部。

2.根据权利要求1所述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：所述的蒸发腔（20）的顶端设置有一蒸汽排放口（201），其底部设置有一废水排放管（202）且该废水排放管（202）贯穿传热工质储罐（21）的罐体，其外立面上设置有一待蒸发液体入口（203）；所述的传热工质储罐（21）的外立面近顶端处设置有传热工质进口（211），近底端处设置有传热工质出口（212）；所述的太阳能集热器组群（1）、传热工质储罐（21）、循环泵（3）通过若干传热工质输送管道及若干阀门连通且构成一个闭环回路，所述的传热工质（4）设置在所述的传热工质储罐（21）内且通过所述的循环泵（3）使之在该闭环回路里循环流动。

3.根据权利要求1所述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：处于所述的蒸发腔（20）内的第一热管（22）的散热段外表面上设置有若干导热翅片。

4.根据权利要求1或2所述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：所述的传热工质（4）为熔盐或导热油。

5.根据权利要求1或2所述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：所述的蒸发腔（20）底部设置有一液体浓度计（204）。

6.根据权利要求1或2所述的一种聚光太阳能蒸汽发生系统，其特征在于：所述的蒸发腔（20）内设置有一电子除垢仪（205）。

7.一种海水淡化系统，其特征在于，该海水淡化系统包括权利要求1至6所述的聚光太阳能蒸汽发生系统以及多级蒸汽冷凝淡水收集系统，该淡水收集系统包括若干级蒸汽冷凝装置（5）、淡水箱（6）、浓盐水池（7）、抽水泵（8）、海水输送管道（9），所述的蒸汽冷凝装置（5）包括上部的海水预热腔（50）和下部的蒸汽冷凝腔（51），若干第二热管（52）的散热段设置在所述的海水预热腔（50）内，其吸热段设置在所述的蒸汽冷凝腔（51）内，所述的海水预热腔（50）顶端设置有排气口（501），其外立面上设置有上下错开分布的海水进口（502）和海水出口（503）；所述的蒸汽冷凝腔（51）的底部设置有淡水排放管（511），其外立面上设置有上下错开分布的蒸汽进口（512）和蒸汽出口（513）；若干级蒸汽冷凝装置（5）并排设置且所述的淡水排放管（511）连通所述的淡水箱（6），同时，每个海水预热腔（50）上的海水进口（502）和海水出口（503）相互通过海水输送管道（9）串接一起后再连接到所述的待蒸发液体入口（203）上；每个蒸汽冷凝腔（51）上的蒸汽进口（512）、蒸汽出口（513）和所述的蒸汽排放口（201）相互通过管道串接；所述的废水排放管（202）连接到所述的浓盐水池（7）上；所述的抽水泵（8）设置在所述的海水输送管道（9）上。

8.根据权利要求7所述的一种海水淡化系统，其特征在于，若干级所述的蒸汽冷凝装置（5）并排设置在所述的淡水箱（6）顶部且所述的淡水排放管（511）直通所述的淡水箱（6）内，如权利要求1所述的蒸汽发生装置（2）设置在所述的浓盐水池（7）顶部且所述的废水排放管（202）直通所述的浓盐水池（7）内。

9.根据权利要求7所述的一种海水淡化系统，其特征在于，所述的浓盐水池（7）内部还设置有一换热盘管（10），所述的换热盘管（10）的两个接口分别连接到所述的海水输送管道（9）上。

10.根据权利要求7所述的一种海水淡化系统，其特征在于，第一级所述的蒸汽冷凝装置（5）上的所述的排气口（501）和第二级所述的蒸汽冷凝装置（5）上的蒸汽进口（512）连通，第二级所述的蒸汽冷凝装置（5）上的排气口（501）和第三级所述的蒸汽冷凝装置（5）上的蒸汽进口（512）连通，其余各级依次类推。