CN112645519A - 一种利用太阳能集热晒管对盐碱地排碱洗盐的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种利用太阳能集热晒管对盐碱地排碱洗盐的系统及方法，利用太阳能光热法从盐碱水获取凝结水资源，能够加快盐碱水蒸发，促进盐碱和淡水分离，最终获取大量凝结的淡水，能够缓解水资源短缺和提高盐碱地的排碱洗盐效率。

Description

一种利用太阳能集热晒管对盐碱地排碱洗盐的系统及方法
技术领域
本发明涉及盐碱水净化技术领域，具体为一种利用太阳能集热晒管对盐碱地排碱洗盐的系统及方法。
背景技术
南疆盐碱地的盐碱水盐度通常在1-3g/L范围，远低于海水的盐度30g/L,但盐碱的含量较高。为降低南疆土壤盐碱含量以满足种植要求，当地釆用了传统的地面漫灌洗盐方式,引天山雪水漫灌盐碱地，使盐分被渗入土壤的纯水溶解并带走，该洗盐方式浪费大量水资源。因此，目前需要一种缓解水资源短缺和有效改善盐碱地的排碱洗盐的方法，以向南疆种植地提供灌溉用水。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种对盐碱地进行排碱洗盐的系统，该系统包括光伏板、潜水泵、储水池、自动供水罐、净水设备、循环集热晒管支架、循环集热晒管、蒸馏罐、冷凝水循环泵、冷凝罐、负压罐、真空泵、淡水池、晒盐池；所述光伏板上固定连接光照强度传感器，所述光伏板固定连接电缆，所述电缆固定连接潜水泵，所述潜水泵固定连接在所述储水池中，潜水泵出水口固定连接自动供水罐进水口，自动供水罐出水口通过进水管固定连接净水设备，净水设备中的高压反渗透膜、低压反渗透膜、纳滤膜串联连接，所述净水设备与循环集热晒管进水管固定连接，循环晒管出水管与蒸馏罐进水口固定连接，蒸馏罐回流出水口与循环晒管回流进水管固定连接，所述蒸馏罐的排盐口与晒盐池固定连接，蒸馏罐排气孔与冷凝罐进气孔固定连接，所述冷凝液循环泵与冷凝罐的冷凝液进口固定连接，冷凝罐的冷凝液出口与储水池固定连接，所述冷凝罐内的水蒸气冷凝形成的淡水从冷凝罐排水口流出到淡水池，冷凝罐排气口与负压罐的负压罐进气口固定连接，所述负压罐的负压罐出气口与真空泵固定连接，负压罐排水口与淡水池固定连接；
进一步地，农田通过盐碱浓度传感器的数据来确定清洗农田的水量，水源从排水渠漫过农田地头流到农田，水源经过农田流到农田地尾，所述农田地尾连接排碱渠，所述农田通过水源清洗把农田浅层地表的盐碱清洗出来，所述清洗出来的盐碱水通过排碱渠排到储水池中；
进一步地，所述光照传感器固定连接在光伏板上，光伏板由光伏板支架固定支撑，光伏板采集的太阳能转化为电能由电缆连接潜水泵，潜水泵把储水池的盐碱水通过潜水泵出水管流入到自动供水罐；当自动供水罐压力达到0.4MPa时，通过自动上水控制器控制潜水泵停止工作，当压力降到0.1MPa时，自动上水控制器控制潜水泵开始工作，当自动上水控制器失效时自动供水罐上的排气防爆一体阀开始工作，减小自动供水罐内气压，达到安全的工作压力。
可选的，所述自动供水罐的盐碱水通过自动供水罐出水口流入进水管，进水管与净水设备中的高压反渗透膜进水口固定连接，经过高压反渗透膜过滤掉盐碱水中的高价盐，高压反渗透膜的上部设置有高压反渗透膜废水口用于排出高价盐，高压反渗透膜出水口与低压反渗透膜进水口固定连接，经过低压反渗透膜过滤掉盐碱水中剩余的高价盐，低压反渗透膜的上部设置有低压反渗透膜废水口用于排出剩余的高价盐，经过低压反渗透膜过滤得到的低价盐水从低压反渗透膜出水口流出，低压反渗透膜出水口与纳滤膜进水口固定连接，经过纳滤膜过滤掉低价盐水在中的重金属，纳滤膜的上部设置有重金属废水口流出用于排出重金属，纳滤膜出水口与循环集热晒管进水管固定连接用于将低价盐水排入循环集热晒管中，循环晒管出水管与蒸馏罐进水口固定连接，蒸馏罐回流出水口与循环晒管回流进水管固定连接，蒸馏罐底部的排盐口与晒盐池连接，蒸馏罐排气孔通过排气管与冷凝罐进气孔固定连接，蒸馏罐的侧壁上设置有水位显示槽、压力传感器、电加热棒、盐浓度检测仪，蒸馏罐的顶部设置有排气防爆一体阀和压力表；循环集热晒管把吸收的太阳能转化为热能用于预加热低价盐水，当预加热温度达不到蒸馏的温度时，或者蒸馏罐的加热效率达不到蒸馏时，蒸馏罐内的低价盐水从蒸馏罐回流出水口流出之后进入循环晒管回流进水管，并经过逆流阀进入循环集热晒管内进行循环加热；所述当蒸馏罐内的低价盐水水位达到水位显示槽的2/3时，蒸馏罐进水口的电磁阀开关停止工作，蒸馏罐内电加热棒开始工作，当盐浓度检测仪检测蒸馏罐内盐碱水溶液含盐量为75％时，电加热棒停止工作，蒸馏之后得到的高浓度盐水从蒸馏罐的排盐口排出到晒盐池晒盐，蒸馏过程中产生的水蒸气从蒸馏罐排气孔进入到冷凝罐的冷凝罐进气孔；
进一步地，冷凝液循环泵将储水池中的冷凝水泵送到冷凝液进口，冷凝罐回气管通过单向排气阀与冷凝罐进气孔连接，水蒸气从冷凝罐进气孔进入到冷凝罐内，通过冷凝罐内冷凝水的冷凝作用使冷凝罐内的水蒸气变为液体，当冷凝效率不够时，水蒸气从冷凝罐的回气管道通过单向排气阀进入到进气孔回到冷凝罐内继续冷凝，从而达到高效率冷凝的作用。
为了提高蒸馏效率，当蒸馏罐内停止加水时，加热棒和真空泵开始工作，真空泵在工作的期间，蒸馏罐、冷凝罐和负压罐串联起来形成密闭的空间，真空泵工作使密闭空间内的气压降低，蒸馏罐内盐水沸点降低，从而提高蒸馏效率；当蒸馏罐、冷凝罐和真空罐的负压太低时，蒸馏罐和真空罐上的排气防爆一体阀开始工作，释放气压达到安全的工作压力，由于真空罐内产生的负压早于蒸馏罐和冷凝罐产生的负压，所以蒸馏产生的水蒸气不能快速冷却形成液体，导致水蒸气进入到负压罐内冷却形成液体，当蒸馏罐内盐碱水溶液含盐量为75％时，蒸馏罐内的电加热棒停止加热，蒸馏罐和真空罐上的排气防爆一体阀开始工作，密闭环境的负压恢复到标准大气压，蒸馏罐内的盐溶液通过排盐管流到晒盐池晒盐，通入冷凝罐内的水蒸气冷凝形成的淡水从排水口流出到淡水池。
进一步地，根据循环集热晒管的数量变化与循环集热晒管内盐碱水温度变化进行数学分析计算，统计循环集热晒管的数量与循环集热晒管内盐碱水温度变化的数值关系，依据试验数据得到下面的计算数学模型：
Twn＝ηnZ(-0.0003I2+0.51I-172) (1)
Figure BDA0002693100530000031
其中，Twn表示循环集热晒管内盐碱水的温度，单位为℃；ηn表示循环集热晒管的聚光效率，聚光效率取值为0.76；I表示循环集热晒管的辐射量，I的取值为[700，820]；Z表示循环集热晒管的数量对循环晒管内盐碱水温度的影响；n表示循环集热晒管的个数，n的取值为(1，2，3……)；
进一步地，根据蒸馏罐、冷凝罐、负压罐串联的密闭空间压力变化与蒸馏罐内盐碱水沸点的变化进行数学分析计算，统计密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系，得到计算数学模型：
T＝αp2+βP+γ (3)
其中，T为蒸馏罐内盐碱水沸点，单位为℃；P为串联密封空间的压力，单位为MPa；α为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的2阶系数，系数取值为-1002.3；β为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的1阶系数，系数取值为334.43；γ为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系常数，常数取值为100。
本发明还提供了一种根据上述系统对盐碱地排碱洗盐的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，农田盐碱地排碱洗盐过程：农田通过盐碱浓度传感器的数据来确定清洗农田的水量，水源从排水渠漫过农田地头流到农田，经过农田流到农田地尾，农田地尾连接排碱渠，农田通过水源清洗把农田浅层地表的盐碱清洗出来，清洗出来的盐碱水通过排碱渠排到储水池；
步骤2，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的进水过程：将光伏板采集的太阳能转化为电能并由电缆连接潜水泵，潜水泵通电工作，把储水池的盐碱水通过潜水泵出水管排入到自动供水罐，当自动供水罐压力达到0.4MPa时，通过自动上水控制器控制潜水泵停止工作，当压力降到0.1MPa时，自动上水控制器控制潜水泵开始工作；
步骤3，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的去杂过程：自动供水罐的盐碱水通过自动供水罐出水口流入进水管，进水管与净水设备中的高压反渗透膜进水口固定连接，盐碱水通过高压反渗透膜进水口进入高压反渗透膜，经过高压反渗透膜过滤掉高价盐，高价盐从高压反渗透膜废水口流出，过滤得到的盐碱水从高压反渗透膜出水口流出之后进入低压反渗透膜进水口，经过低压反渗透膜过滤掉剩余的高价盐，剩余的高价盐从低压反渗透膜废水口流出，过滤得到的低价盐水从低压反渗透膜出水口流出之后进入纳滤膜进水口，经过纳滤膜过滤掉重金属，重金属从纳滤膜废水口流出；
步骤4，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的循环加热过程：净水设备过滤出来的低价盐水从纳滤膜出水口流出之后进入循环集热晒管进水管，循环集热晒管利用吸收的太阳能加热低价盐水，低价盐水在循环集热晒管内循环加热之后从循环晒管出水管流出，流出的低价盐水通过蒸馏罐进水口流入蒸馏罐内。
根据循环集热晒管的数量变化与循环集热晒管内盐碱水温度变化进行数学分析计算，统计循环集热晒管的数量与循环集热晒管内盐碱水温度变化的数值关系，依据试验数据得到下面的计算数学模型：
Twn＝ηnZ(-0.0003I2+0.51I-172) (1)
Figure BDA0002693100530000051
其中，Twn表示循环集热晒管内盐碱水的温度，单位为℃；ηn表示循环集热晒管的聚光效率，聚光效率取值为0.76；I表示循环集热晒管的辐射量，I的取值为[700，820]；Z表示循环集热晒管的数量对循环晒管内盐碱水温度的影响；n表示循环集热晒管的个数，n的取值为(1，2，3……)；
步骤5，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的蒸馏过程：当蒸馏罐内的低价盐水水位达到水位显示槽的2/3时，蒸馏罐进水口的电磁阀开关停止工作，蒸馏罐内电加热棒开始工作，当盐浓度传感器检测蒸馏罐内盐碱水溶液含盐量为75％时，电加热棒停止工作，蒸馏之后得到的高浓度盐水从蒸馏罐的排盐口排出到晒盐池进行晒盐，蒸馏过程中产生的水蒸气从蒸馏罐排气孔通过蒸气管进入到冷凝罐。
步骤6，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的冷凝过程：系统运转时，冷凝液循环泵开始工作，冷凝液循环泵从储水池抽取冷凝水，冷凝水从冷凝罐的冷凝液进口流入冷凝罐内，水蒸气从冷凝罐进气孔进入到冷凝罐内，通过冷凝罐内冷凝水的冷凝作用使冷凝罐内的水蒸气变为液体，当冷凝效率低时，水蒸气从冷凝罐回气管通过单向排气阀进入到冷凝罐进气孔以回到冷凝罐内继续冷凝，从而达到高效率冷凝的作用。
步骤7，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的负压过程：为了提高蒸馏效率，当蒸馏罐内停止加水时，加热棒和真空泵开始工作，真空泵在工作的期间，蒸馏罐、冷凝罐和负压罐串联起来形成密闭的空间，真空泵工作使密闭空间内的气压降低，蒸馏罐内盐碱水沸点降低，从而提高蒸馏效率，当蒸馏罐、冷凝罐和真空罐的负压太低时，蒸馏罐和真空罐中的排气防爆一体阀开始工作，释放气压达到安全的工作压力。
根据蒸馏罐、冷凝罐、负压罐串联的密闭空间压力变化与蒸馏罐内盐碱水沸点的变化进行数学分析计算，统计密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系，得到计算数学模型：
T＝αp2+βP+γ (3)
其中，T为蒸馏罐内盐碱水沸点，单位为℃；P为串联密封空间的压力，单位为MPa；α为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的2阶系数，系数取值为-1002.3；β为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的1阶系数，系数取值为334.43；γ为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系常数，常数取值为100。
本发明提供了一种对盐碱地进行排碱洗盐的系统及方法，具备以下有益效果：
1、农田通过盐碱浓度传感器的数据来判断清洗农田的水量，从而利用排水渠的水源来清洗农田，由于农田的地势为倾斜式，农田地头地势高，农田地尾地势低，通过排碱渠把盐碱排走，从而达到排碱洗盐的效果，改良土壤的盐碱度，改善作物的生长环境；
2、通过光伏板的设置，使整体设备更加绿色节能环保，通过自动供水罐的设置，使整体设备运转比较方便快捷，自动供水罐的设置减少了人工自动上水和停水的工序，以自动化代替人工；
3、通过循环集热晒管的设置，利用太阳能转化为热能为循环集热晒管内的盐水提前加热，为进入蒸馏罐内蒸馏提高效率，蒸馏罐内设置电加热棒，实现快速蒸馏的目的，蒸馏罐内设置的盐浓度传感器，方便快捷的测得盐水浓度，蒸馏罐上安装的压力传感器为了实时监测蒸馏罐内的压力变化，蒸馏罐上安装的压力防爆一体阀实现整体设备的安全运转，达到设备的安全性和可靠性；
4、通过蒸馏罐、冷凝罐和负压罐的串联设置，通过真空泵的工作，使蒸馏罐、冷凝罐和负压罐串联的密闭空间形成负压仓，负压仓的形成使蒸馏罐内的压力变小，蒸馏时盐水的沸点降低，达到快速蒸馏的目的。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明自动供水罐结构示意图；
图3为本发明净水设备结构示意图。
图4为本发明循环集热晒管结构示意图。
图5为本蒸馏罐结构示意图。
图6为本发明冷凝罐结构示意图。
图7为本发明负压罐结构示意图。
图8为本发明盐碱地排碱洗盐结构示意图。
图中：1、光照强度传感器；2、光伏板；3、潜水泵；4、储水池；5、自动供水罐；6、进水管；7、净水设备；8、循环集热晒管支架；9、晒管；10、出水管；11、蒸馏罐；12、排气管；13、冷凝水循环泵；14、冷凝罐；15、负压罐；16、抽气管；17、真空泵；18、淡水池；19、晒盐池；20、蒸馏罐回流出水管；21、单向排水阀；22、净水设备出水管；23、潜水泵出水口；24、电缆；25、光伏板支架；26、高压反渗透膜；27、低压反渗透膜；28、高压反渗透膜废水口；29、高压反渗透膜出水口；30、低压反渗透膜进水口；31、纳滤膜废水口；32、纳滤膜出水口；33、纳滤膜进水口；34、纳滤膜；35、低压反渗透膜出水口；36、低压反渗透膜废水口；37、高压反渗透膜进水口；38、循环集热晒管；39、循环晒管出水管；40、循环晒管回流进水管；41、循环集热晒管进水管；42、水位显示槽；43、压力传感器；44、电加热棒；45、盐浓度检测仪；46、排盐口；47、蒸馏罐回流出水口；48、蒸馏罐进水口；49、排气防爆一体阀；50、蒸馏罐排气孔；51、压力表；52、冷凝罐排气口；53、冷凝罐排水口；54、冷凝液进口；55、冷凝罐进气孔；56、单向排气阀；57、冷凝罐回气管；58、冷凝液出口；59、负压罐排水口；60、负压罐进气口；61、负压罐出气口；62、自动供水罐出水口；63、自动供水罐进水口；64、自动上水控制器；65、排水渠；66、农田地头；67、农田；68、盐碱浓度传感器；69、农田地尾；70、排碱渠。
具体实施方式
为了更好的解释本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参阅图1至图8，本发明提供一种对盐碱地进行排碱洗盐的系统，该系统包括光伏板2、潜水泵3、储水池4、自动供水罐5、净水设备7、循环集热晒管支架8、循环集热晒管9、蒸馏罐11、冷凝水循环泵13、冷凝罐14、负压罐15、真空泵17、淡水池18、晒盐池19；所述光伏板2上固定连接光照强度传感器1，所述光伏板2固定连接电缆24，所述电缆24固定连接潜水泵3，所述潜水泵3固定连接在所述储水池4中，潜水泵出水口23固定连接自动供水罐进水口63，自动供水罐出水口62通过进水管6固定连接净水设备7，净水设备7中的高压反渗透膜26、低压反渗透膜27、纳滤膜34串联连接，所述净水设备7与循环集热晒管进水管41固定连接，循环晒管出水管39与蒸馏罐进水口48固定连接，蒸馏罐回流出水口47与循环晒管回流进水管40固定连接，所述蒸馏罐11的排盐口46与晒盐池19固定连接，蒸馏罐排气孔50与冷凝罐进气孔55固定连接，所述冷凝液循环泵13与冷凝罐的冷凝液进口54固定连接，冷凝罐的冷凝液出口58与储水池4固定连接，所述冷凝罐14内的水蒸气冷凝形成的淡水从冷凝罐排水口53流出到淡水池18，冷凝罐排气口52与负压罐15的负压罐进气口60固定连接，所述负压罐15的负压罐出气口61与真空泵17固定连接，负压罐排水口59与淡水池18固定连接；
进一步地，农田67通过盐碱浓度传感器68的数据来确定清洗农田67的水量，水源从排水渠65漫过农田地头66流到农田67，水源经过农田流到农田地尾69，所述农田地尾69连接排碱渠70，所述农田67通过水源清洗把农田67浅层地表的盐碱清洗出来，所述清洗出来的盐碱水通过排碱渠70排到储水池4中；
进一步地，所述光照传感器1固定连接在光伏板2上，光伏板2由光伏板支架25固定支撑，光伏板2采集的太阳能转化为电能由电缆24连接潜水泵3，潜水泵3把储水池4的盐碱水通过潜水泵出水管23流入到自动供水罐5；当自动供水罐5压力达到0.4MPa时，通过自动上水控制器64控制潜水泵3停止工作，当压力降到0.1MPa时，自动上水控制器64控制潜水泵3开始工作，当自动上水控制器64失效时自动供水罐5上的排气防爆一体阀49开始工作，减小自动供水罐5内气压，达到安全的工作压力。
可选的，所述自动供水罐5的盐碱水通过自动供水罐出水口62流入进水管6，进水管6与净水设备7中的高压反渗透膜进水口37固定连接，经过高压反渗透膜26过滤掉盐碱水中的高价盐，高压反渗透膜26的上部设置有高压反渗透膜废水口28用于排出高价盐，高压反渗透膜出水口29与低压反渗透膜进水口30固定连接，经过低压反渗透膜27过滤掉盐碱水中剩余的高价盐，低压反渗透膜27的上部设置有低压反渗透膜废水口36用于排出剩余的高价盐，经过低压反渗透膜27过滤得到的低价盐水从低压反渗透膜出水口35流出，低压反渗透膜出水口35与纳滤膜进水口33固定连接，经过纳滤膜34过滤掉低价盐水在中的重金属，纳滤膜的上部设置有重金属废水口31流出用于排出重金属，纳滤膜出水口32与循环集热晒管进水管41固定连接用于将低价盐水排入循环集热晒管38中，循环晒管出水管39与蒸馏罐进水口48固定连接，蒸馏罐回流出水口47与循环晒管回流进水管40固定连接，蒸馏罐底部的排盐口46与晒盐池19连接，蒸馏罐排气孔50通过排气管12与冷凝罐进气孔55固定连接，蒸馏罐11的侧壁上设置有水位显示槽42、压力传感器43、电加热棒44、盐浓度检测仪45，蒸馏罐11的顶部设置有排气防爆一体阀49和压力表51；循环集热晒管38把吸收的太阳能转化为热能用于预加热低价盐水，当预加热温度达不到蒸馏的温度时，或者蒸馏罐的加热效率达不到蒸馏时，蒸馏罐11内的低价盐水从蒸馏罐回流出水口47流出之后进入循环晒管回流进水管40，并经过逆流阀21进入循环集热晒管38内进行循环加热；所述当蒸馏罐11内的低价盐水水位达到水位显示槽42的2/3时，蒸馏罐进水口48的电磁阀开关停止工作，蒸馏罐11内电加热棒44开始工作，当盐浓度检测仪45检测蒸馏罐11内盐碱水溶液含盐量为75％时，电加热棒44停止工作，蒸馏之后得到的高浓度盐水从蒸馏罐11的排盐口46排出到晒盐池19晒盐，蒸馏过程中产生的水蒸气从蒸馏罐排气孔50进入到冷凝罐14的冷凝罐进气孔55；
进一步地，冷凝液循环泵13将储水池中的冷凝水泵送到冷凝液进口54，冷凝罐回气管57通过单向排气阀56与冷凝罐进气孔55连接，水蒸气从冷凝罐进气孔55进入到冷凝罐14内，通过冷凝罐14内冷凝水的冷凝作用使冷凝罐14内的水蒸气变为液体，当冷凝效率不够时，水蒸气从冷凝罐的回气管道57通过单向排气阀56进入到进气孔55回到冷凝罐14内继续冷凝，从而达到高效率冷凝的作用。
为了提高蒸馏效率，当蒸馏罐11内停止加水时，加热棒44和真空泵17开始工作，真空泵17在工作的期间，蒸馏罐11、冷凝罐14和负压罐15串联起来形成密闭的空间，真空泵17工作使密闭空间内的气压降低，蒸馏罐11内盐水沸点降低，从而提高蒸馏效率；当蒸馏罐11、冷凝罐和真空罐15的负压太低时，蒸馏罐和真空罐上的排气防爆一体阀49开始工作，释放气压达到安全的工作压力，由于真空罐内15产生的负压早于蒸馏罐11和冷凝罐14产生的负压，所以蒸馏产生的水蒸气不能快速冷却形成液体，导致水蒸气进入到负压罐15内冷却形成液体，当蒸馏罐11内盐碱水溶液含盐量为75％时，蒸馏罐11内的电加热棒44停止加热，蒸馏罐和真空罐上的排气防爆一体阀49开始工作，密闭环境的负压恢复到标准大气压，蒸馏罐11内的盐溶液通过排盐管46流到晒盐池19晒盐，通入冷凝罐14内的水蒸气冷凝形成的淡水从排水口53流出到淡水池18。
进一步地，根据循环集热晒管38的数量变化与循环集热晒管38内盐碱水温度变化进行数学分析计算，统计循环集热晒管38的数量与循环集热晒管38内盐碱水温度变化的数值关系，依据试验数据得到下面的计算数学模型：
Twn＝ηnZ(-0.0003I2+0.51I-172) (1)
Figure BDA0002693100530000101
其中，Twn表示循环集热晒管内盐碱水的温度，单位为℃；ηn表示循环集热晒管的聚光效率，聚光效率取值为0.76；I表示循环集热晒管的辐射量，I的取值为[700，820]；Z表示循环集热晒管的数量对循环晒管内盐碱水温度的影响；n表示循环集热晒管的个数，n的取值为(1，2，3……)；
进一步地，根据蒸馏罐11、冷凝罐14、负压罐15串联的密闭空间压力变化与蒸馏罐内盐碱水沸点的变化进行数学分析计算，统计密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系，得到计算数学模型：
T＝αP2+βP+γ (3)
其中，T为蒸馏罐内盐碱水沸点，单位为℃；P为串联密封空间的压力，单位为MPa；α为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的2阶系数，系数取值为-1002.3；β为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的1阶系数，系数取值为334.43；γ为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系常数，常数取值为100。
本发明还提供了一种根据上述系统对盐碱地排碱洗盐的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，农田盐碱地排碱洗盐过程：农田67通过盐碱浓度传感器68的数据来确定清洗农田67的水量，水源从排水渠65漫过农田地头66流到农田67，经过农田流到农田地尾69，农田地尾69连接排碱渠70，农田67通过水源清洗把农田67浅层地表的盐碱清洗出来，清洗出来的盐碱水通过排碱渠70排到储水池4；
步骤2，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的进水过程：将光伏板2采集的太阳能转化为电能并由电缆24连接潜水泵3，潜水泵3通电工作，把储水池4的盐碱水通过潜水泵出水管23排入到自动供水罐5，当自动供水罐5压力达到0.4MPa时，通过自动上水控制器64控制潜水泵3停止工作，当压力降到0.1MPa时，自动上水控制器64控制潜水泵3开始工作；
步骤3，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的去杂过程：自动供水罐5的盐碱水通过自动供水罐出水口62流入进水管6，进水管6与净水设备7中的高压反渗透膜进水口37固定连接，盐碱水通过高压反渗透膜进水口37进入高压反渗透膜26，经过高压反渗透膜26过滤掉高价盐，高价盐从高压反渗透膜废水口28流出，过滤得到的盐碱水从高压反渗透膜出水口29流出之后进入低压反渗透膜进水口30，经过低压反渗透膜27过滤掉剩余的高价盐，剩余的高价盐从低压反渗透膜废水口36流出，过滤得到的低价盐水从低压反渗透膜出水口35流出之后进入纳滤膜进水口33，经过纳滤膜34过滤掉重金属，重金属从纳滤膜废水口31流出；
步骤4，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的循环加热过程：净水设备7过滤出来的低价盐水从纳滤膜出水口32流出之后进入循环集热晒管进水管41，循环集热晒管38利用吸收的太阳能加热低价盐水，低价盐水在循环集热晒管38内循环加热之后从循环晒管出水管39流出，流出的低价盐水通过蒸馏罐进水口48流入蒸馏罐11内。
根据循环集热晒管38的数量变化与循环集热晒管38内盐碱水温度变化进行数学分析计算，统计循环集热晒管38的数量与循环集热晒管38内盐碱水温度变化的数值关系，依据试验数据得到下面的计算数学模型：
Twn＝ηnZ(-0.0003I2+0.51I-172) (1)
Figure BDA0002693100530000111
其中，Twn表示循环集热晒管内盐碱水的温度，单位为℃；ηn表示循环集热晒管的聚光效率，聚光效率取值为0.76；I表示循环集热晒管的辐射量，I的取值为[700，820]；Z表示循环集热晒管的数量对循环晒管内盐碱水温度的影响；n表示循环集热晒管的个数，n的取值为(1，2，3……)；
当循环集热晒管的辐射量在[700，820]的环境下循环集热晒管的数量与循环集热晒管内盐碱水温度的关系，具体见如下表一所示。
表1循环集热晒管的数量与循环集热晒管内盐碱水温度分布情况实测值
Figure BDA0002693100530000112
Figure BDA0002693100530000121
步骤5，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的蒸馏过程：当蒸馏罐11内的低价盐水水位达到水位显示槽42的2/3时，蒸馏罐进水口48的电磁阀开关停止工作，蒸馏罐11内电加热棒44开始工作，当盐浓度传感器45检测蒸馏罐11内盐碱水溶液含盐量为75％时，电加热棒44停止工作，蒸馏之后得到的高浓度盐水从蒸馏罐11的排盐口46排出到晒盐池19进行晒盐，蒸馏过程中产生的水蒸气从蒸馏罐排气孔50通过蒸气管12进入到冷凝罐14。
步骤6，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的冷凝过程：系统运转时，冷凝液循环泵13开始工作，冷凝液循环泵13从储水池抽取冷凝水，冷凝水从冷凝罐14的冷凝液进口54流入冷凝罐14内，水蒸气从冷凝罐进气孔55进入到冷凝罐14内，通过冷凝罐14内冷凝水的冷凝作用使冷凝罐14内的水蒸气变为液体，当冷凝效率低时，水蒸气从冷凝罐回气管57通过单向排气阀56进入到冷凝罐进气孔55以回到冷凝罐14内继续冷凝，从而达到高效率冷凝的作用。
步骤7，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的负压过程：为了提高蒸馏效率，当蒸馏罐11内停止加水时，加热棒44和真空泵17开始工作，真空泵17在工作的期间，蒸馏罐11、冷凝罐14和负压罐15串联起来形成密闭的空间，真空泵17工作使密闭空间内的气压降低，蒸馏罐11内盐碱水沸点降低，从而提高蒸馏效率，当蒸馏罐11、冷凝罐和真空罐15的负压太低时，蒸馏罐和真空罐上的排气防爆一体阀49开始工作，释放气压达到安全的工作压力。
根据蒸馏罐11、冷凝罐14、负压罐15串联的密闭空间压力变化与蒸馏罐内盐碱水沸点的变化进行数学分析计算，统计密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系，得到计算数学模型：
T＝αP2+βP+γ (3)
其中，T为蒸馏罐内盐碱水沸点，单位为℃；P为串联密封空间的压力，单位为MPa；α为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的2阶系数，系数取值为-1002.3；β为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的1阶系数，系数取值为334.43；γ为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系常数，常数取值为100。实验数据-0.05-1MPa密闭空间压力与蒸馏罐内盐碱水沸点的关系，具体见如下表2所示。
表2密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点分布情况实测值
Figure BDA0002693100530000131
该排碱洗盐的系统，通过设置光伏板2可以使该系统更加节能化和绿色环保；通过高压反渗透膜26、低压反渗透膜27和纳滤膜34的串联设置，达到水源除杂的高效生产；通过设置循环集热晒管38可以使该系统加热更加高效，利用太阳能转化为热能更加绿色环保；通过蒸馏罐11、冷凝罐14和负压罐15的串联形成密闭环境可以提高蒸馏效率，达到了使蒸汽不易混杂其他杂质的目的，提高了盐的浓度；通过在自动供水罐5、蒸馏罐11和负压罐15上设置排气防爆一体阀49可以使整体设备在安全的压力范围内工作，提高设备的安全性和可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换及本发明的各个技术方案显而易见的改进，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用太阳能集热晒管对盐碱地进行排碱洗盐的系统，该系统包括光伏板(2)、潜水泵(3)、储水池(4)、自动供水罐(5)、净水设备(7)、循环集热晒管支架(8)、循环集热晒管(9)、蒸馏罐(11)、冷凝水循环泵(13)、冷凝罐(14)、负压罐(15)、真空泵(17)、淡水池(18)、晒盐池(19)；其特征在于：所述光伏板(2)上固定连接光照强度传感器(1)，所述光伏板(2)固定连接电缆(24)，所述电缆(24)固定连接潜水泵(3)，所述潜水泵(3)固定连接在所述储水池(4)中，潜水泵出水口(23)固定连接自动供水罐进水口(63)，自动供水罐出水口(62)通过进水管(6)固定连接净水设备(7)，净水设备(7)中的高压反渗透膜(26)、低压反渗透膜(27)、纳滤膜(34)串联连接，所述净水设备(7)与循环集热晒管进水管(41)固定连接，循环晒管出水管(39)与蒸馏罐进水口(48)固定连接，蒸馏罐回流出水口(47)与循环晒管回流进水管(40)固定连接，所述蒸馏罐(11)的排盐口(46)与晒盐池(19)固定连接，蒸馏罐排气孔(50)与冷凝罐进气孔(55)固定连接，所述冷凝液循环泵(13)与冷凝罐的冷凝液进口(54)固定连接，冷凝罐的冷凝液出口(58)与储水池(4)固定连接，所述冷凝罐(14)内的水蒸气冷凝形成的淡水从冷凝罐排水口(53)流出到淡水池(18)，冷凝罐排气口(52)与负压罐(15)的负压罐进气口(60)固定连接，所述负压罐(15)的负压罐出气口(61)与真空泵(17)固定连接，负压罐排水口(59)与淡水池(18)固定连接。
2.根据权利要求1中的系统，其特征在于：农田(67)通过盐碱浓度传感器(68)的数据来确定清洗农田(67)的水量，水源从排水渠(65)漫过农田地头(66)流到农田(67)，水源经过农田流到农田地尾(69)，所述农田地尾(69)连接排碱渠(70)，所述农田(67)通过水源清洗把农田(67)浅层地表的盐碱清洗出来，清洗出来的盐碱水通过排碱渠(70)排到储水池(4)中。
3.根据权利要求2中的系统，其特征在于：所述光照传感器(1)固定连接在光伏板(2)上，光伏板(2)由光伏板支架(25)固定支撑，光伏板(2)采集的太阳能转化为电能由电缆(24)连接潜水泵(3)，潜水泵(3)把储水池(4)的盐碱水通过潜水泵出水管(23)流入到自动供水罐(5)。
4.根据权利要求3中的系统，其特征在于：所述自动供水罐(5)的盐碱水通过自动供水罐出水口(62)流入进水管(6)，进水管(6)与净水设备(7)中的高压反渗透膜进水口(37)固定连接，高压反渗透膜(26)的上部设置有高压反渗透膜废水口(28)用于排出高价盐，高压反渗透膜出水口(29)与低压反渗透膜进水口(30)固定连接，低压反渗透膜(27)的上部设置有低压反渗透膜废水口(36)用于排出剩余的高价盐，经过低压反渗透膜(27)过滤得到的低价盐水从低压反渗透膜出水口(35)流出，低压反渗透膜出水口(35)与纳滤膜进水口(33)固定连接，纳滤膜的上部设置有重金属废水口(31)流出用于排出重金属，纳滤膜出水口(32)与循环集热晒管进水管(41)固定连接用于将低价盐水排入循环集热晒管(38)中，循环晒管出水管(39)与蒸馏罐进水口(48)固定连接，蒸馏罐回流出水口(47)与循环晒管回流进水管(40)固定连接，蒸馏罐底部的排盐口(46)与晒盐池(19)连接，蒸馏罐排气孔(50)通过排气管(12)与冷凝罐进气孔(55)固定连接，蒸馏罐(11)的侧壁上设置有水位显示槽(42)、压力传感器(43)、电加热棒(44)、盐浓度检测仪(45)，蒸馏罐(11)的顶部设置有排气防爆一体阀(49)和压力表(51)。
5.根据权利要求4中的系统，其特征在于：冷凝液循环泵(13)将储水池(4)中的冷凝水泵送到冷凝液进口(54)，冷凝罐回气管(57)通过单向排气阀(56)与冷凝罐进气孔(55)连接，水蒸气从冷凝罐进气孔(55)进入到冷凝罐(14)内，通过冷凝罐(14)内冷凝水的冷凝作用使冷凝罐(14)内的水蒸气变为液体，当冷凝效率不够时，水蒸气从冷凝罐回气管(57)通过单向排气阀(56)进入到冷凝罐进气孔(55)回到冷凝罐(14)内继续冷凝。
6.根据权利要求6中的系统，其特征在于：当蒸馏罐(11)内停止加水时，加热棒(44)和真空泵(17)开始工作，真空泵(17)在工作的期间，蒸馏罐(11)、冷凝罐(14)和负压罐(15)串联起来形成密闭的空间。
7.根据权利要求7中的系统，其特征在于：循环集热晒管(38)的数量与循环集热晒管(38)内盐碱水温度变化的数值关系的计算数学模型为：
Twn＝ηnZ(-0.0003I2+0.51I-172) (1)
Figure FDA0002693100520000021
其中，Twn表示循环集热晒管内盐碱水的温度，单位为℃；ηn表示循环集热晒管的聚光效率，聚光效率取值为0.76；I表示循环集热晒管的辐射量，I的取值为[700，820]；Z表示循环集热晒管的数量对循环晒管内盐碱水温度的影响；n表示循环集热晒管的个数，n的取值为1，2，3……·。
8.根据权利要求8中的系统，其特征在于：由蒸馏罐(11)、冷凝罐(14)、负压罐(15)串联的密闭空间压力与蒸馏罐内盐碱水沸点的变化数值关系的计算数学模型为：
T＝αP2+βP+γ (3)
其中，T为蒸馏罐内盐碱水沸点，单位为℃；P为串联密封空间的压力，单位为MPa；α为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的2阶系数，系数取值为-1002.3；β为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的1阶系数，系数取值为334.43；γ为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系常数，常数取值为100。
9.一种根据权利要求8中的系统对盐碱地排碱洗盐的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，农田盐碱地排碱洗盐过程：农田(67)通过盐碱浓度传感器(68)的数据来确定清洗农田(67)的水量，水源从排水渠(65)漫过农田地头(66)流到农田(67)，经过农田流到农田地尾(69)，农田地尾(69)连接排碱渠(70)，农田(67)通过水源清洗把农田(67)浅层地表的盐碱清洗出来，清洗出来的盐碱水通过排碱渠(70)排到储水池(4)；
步骤2，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的进水过程：将光伏板(2)采集的太阳能转化为电能并由电缆(24)连接潜水泵(3)，潜水泵(3)通电工作把储水池(4)的盐碱水通过潜水泵出水管(23)排入到自动供水罐(5)，当自动供水罐(5)压力达到0.4MPa时，通过自动上水控制器(64)控制潜水泵(3)停止工作，当压力降到0.1MPa时，自动上水控制器(64)控制潜水泵(3)开始工作；
步骤3，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的去杂过程：自动供水罐(5)的盐碱水通过自动供水罐出水口(62)流入进水管(6)，进水管(6)与净水设备(7)中的高压反渗透膜进水口(37)固定连接，盐碱水通过高压反渗透膜进水口(37)进入高压反渗透膜(26)，经过高压反渗透膜(26)过滤掉高价盐，高价盐从高压反渗透膜废水口(28)流出，过滤得到的盐碱水从高压反渗透膜出水口(29)流出之后进入低压反渗透膜进水口(30)，经过低压反渗透膜(27)过滤掉剩余的高价盐，剩余的高价盐从低压反渗透膜废水口(36)流出，过滤得到的低价盐水从低压反渗透膜出水口(35)流出之后进入纳滤膜进水口(33)，经过纳滤膜(34)过滤掉重金属，重金属从纳滤膜废水口(31)流出；
步骤4，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的循环加热过程：净水设备(7)过滤出来的低价盐水从纳滤膜出水口(32)流出之后进入循环集热晒管进水管(41)，循环集热晒管(38)利用吸收的太阳能加热低价盐水，低价盐水在循环集热晒管(38)内循环加热之后从循环晒管出水管(39)流出，流出的低价盐水通过蒸馏罐进水口(48)流入蒸馏罐(11)内；
步骤5，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的蒸馏过程：当蒸馏罐(11)内的低价盐水水位达到水位显示槽(42)的2/3时，蒸馏罐进水口(48)的电磁阀关闭，蒸馏罐(11)内电加热棒(44)开始工作，当盐浓度传感器(45)检测蒸馏罐(11)内盐碱水溶液含盐量为75％时，电加热棒(44)停止工作，蒸馏之后得到的高浓度盐水从蒸馏罐(11)的排盐口(46)排出到晒盐池(19)进行晒盐，蒸馏过程中产生的水蒸气从蒸馏罐排气孔(50)通过蒸气管(12)进入到冷凝罐(14)；
步骤6，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的冷凝过程：系统开始运转时，冷凝液循环泵(13)开启工作，冷凝液循环泵(13)从储水池(4)抽取冷凝水，冷凝水从冷凝罐(14)的冷凝液进口(54)流入冷凝罐(14)内，水蒸气从冷凝罐进气孔(55)进入到冷凝罐(14)内，通过冷凝罐(14)内冷凝水的冷凝作用使冷凝罐(14)内的水蒸气变为液体，当冷凝效率低时，水蒸气从冷凝罐回气管(57)通过单向排气阀(56)进入到冷凝罐进气孔(55)以回到冷凝罐(14)内继续冷凝；
步骤7，利用太阳能集热晒管进行盐气分离的负压过程：当蒸馏罐(11)内停止加水时，加热棒(44)和真空泵(17)开始工作，真空泵(17)在工作的期间，蒸馏罐(11)、冷凝罐(14)和负压罐(15)串联起来形成密闭的空间，真空泵(17)工作使密闭空间内的气压降低，进而降低蒸馏罐(11)内盐碱水的沸点。
10.根据权利要求9中的方法，其特征在于：循环集热晒管(38)的数量与循环集热晒管(38)内盐碱水温度变化的数值关系的计算数学模型为：
Twn＝ηnZ(-0.0003I2+0.51I-172) (1)
Figure FDA0002693100520000041
其中，Twn表示循环集热晒管内盐碱水的温度，单位为℃；ηn表示循环集热晒管的聚光效率，聚光效率取值为0.76；I表示循环集热晒管的辐射量，I的取值为[700，820]；Z表示循环集热晒管的数量对循环晒管内盐碱水温度的影响；n表示循环集热晒管的个数，n的取值为1，2，3·……；
由蒸馏罐(11)、冷凝罐(14)、负压罐(15)串联的密闭空间压力与蒸馏罐内盐碱水沸点的变化数值关系的计算数学模型为：
T＝αP2+βP+γ (3)
其中，T为蒸馏罐内盐碱水沸点，单位为℃；P为串联密封空间的压力，单位为MPa；α为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的2阶系数，系数取值为-1002.3；β为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的1阶系数，系数取值为334.43；γ为密闭空间的压力与蒸馏罐内盐碱水沸点变化的数值关系常数，常数取值为100。
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