CN114684882A - 一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统 - Google Patents

一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统 Download PDF

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唐鑫
钱奕然
宋美慧
严俊杰
王进仕
刘明
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Abstract

本发明公开了一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，该系统主要包括太阳能储热单元、发电单元和工业盐水蒸发单元。该系统利用太阳能储热单元吸收并储存太阳热量，并将储存的热量通过加热器作为空气布雷顿循环发电的热源，同时也将热量用来加热工业盐水，以实现工业盐水的蒸发和浓缩，从而获得淡水和工业盐；所述系统能够利用太阳能空气布雷顿循环来发电，也能同时进行工业盐水处理，具有低碳、清洁、高效的特点，可实现能量梯级利用，能有效提高能源综合利用效率。

Description

一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统
技术领域
本发明属于能源综合利用技术领域，具体涉及一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统。
背景技术
太阳能作为清洁无污染的可再生能源已经通过光伏、光热等方式被广泛应用，但太阳能由于其发电不稳定、不连续而受到一定限制。
以空气作为工质的空气布雷顿循环，具有工质易获取、安全性高、系统简单，以及热电转换效率高、体积小等显著优点。但其排气仍然存在着较大的冷源损失，将这部分余热合理利用能够提高系统经济性。
工业盐水处理对于企业能带来经济效益，同时能减少环境污染。目前来说，关于工业盐水的处理，主要的技术方案有多效闪蒸法以及膜提纯技术。但是这些传统的技术都具有耗能大，投资高，能耗高等缺点。所以，通过耦合太阳能储热技术、空气布雷顿循环以及工业盐水处理过程，提出一种新型能源综合利用系统是十分必要的。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，综合太阳能储热技术、空气布雷顿循环以及工业盐水处理过程，在对外发电同时利用系统余热及太阳能储热来进行工业盐水处理。所述系统低碳、清洁、高效，可实现能量梯级利用，能有效提高能源综合利用效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，该系统包括太阳能储热单元、发电单元和工业盐水蒸发单元，主要装置包括集热场1、吸热塔2、热罐3、加热器4、冷罐5、第二换热器6、透平7、发电机8、压缩机9、回热器10、第一换热器11、工业盐水罐12、蒸发浓缩室13、储水罐14和储盐罐15；
所述的一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，所述太阳能储热单元中，集热场1接收并将太阳能集中在吸热塔2中，吸热塔2热端与热罐3进口相连，热罐3出口与加热器4热侧进口相连，加热器4热侧出口与冷罐5进口相连，冷罐5出口与第二换热器6热侧进口相连，第二换热器6热侧出口与吸热塔2冷端相连；所述发电单元中，压缩机9与回热器10冷侧进口相连，回热器10冷侧出口与加热器4冷侧进口相连，加热器4冷侧出口与透平7进口相连，透平7出口与回热器10热侧进口相连，回热器10热侧出口与第一换热器11热侧相连；所述工业盐水蒸发单元中，工业盐水罐12出口与第一换热器11冷侧进口相连，第一换热器11冷侧出口与第二换热器6冷侧进口相连，第二换热器6冷侧出口与蒸发浓缩室13进口相连，蒸发浓缩室13淡水出口与储水罐14相连，蒸发浓缩室13工业盐出口与储盐罐15相连，蒸发浓缩室13浓盐水出口与工业盐水罐12 进口相连。
所述的一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，所述太阳能储热单元中，采用熔融盐作为循环及储热介质，集热场1接收并将太阳能集中在吸热塔2，吸热塔2中熔融盐吸收太阳热量后储存在热罐3中，热罐3出口高温熔盐在加热器4中加热空气后流进冷罐5，冷罐5出口较高温熔盐在第二换热器6中加热工业盐水，然后进入吸热塔2完成循环；
所述发电单元采用空气作为工质，采用开式空气布雷顿循环对外发电，空气先经压缩机9压缩后进入回热器10吸收透平7排气热量，然后进入加热器4吸收高温熔盐热量后进入透平7膨胀做功，带动发电机8对外发电，透平7排气经回热器10回收热量后，进入第一换热器11用来对工业盐水进行预加热，然后从系统排出；
所述工业盐水蒸发单元采用盐水作为工质，汇集在工业盐水罐12的盐水先进入第一换热器11吸收空气乏气热量进行预加热，之后进入第二换热器6吸收熔盐热量加热至饱和，之后高温盐水进入蒸发浓缩室13进行蒸发浓缩，蒸发出的水蒸汽进入储水罐14用于回收淡水，结晶析出的工业盐进入储盐罐15，剩余浓缩后的浓盐水进入工业盐水罐12继续进行处理。
本发明具有的有益效果：
(1)本发明所述的一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，采用开式空气布雷顿循环对外发电，具有工质易获取、安全性高、系统简单，以及热电转换效率高、体积小等显著优点。
(2)本发明所述系统将太阳能这种清洁但不稳定、不连续的能量进行储热，用来作为发电循环的热源以及工业盐水处理的热源，能提高太阳能的利用率，且清洁无污染。
(3)本发明所述系统透平的高温排气通过回热器进行热量回收后，用来加热工业盐水，符合能量梯级利用原则，能有效提高系统的能量利用效率。
附图说明
图1为一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统结构示意图。
图中编号对应：集热场1、吸热塔2、热罐3、加热器4、冷罐5、第二换热器6、透平7、发电机8、压缩机9、回热器10、第一换热器11、工业盐水罐12、蒸发浓缩室13、储水罐14、储盐罐15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示为一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统结构示意图，主要装置包括：集热场1：用于接收太阳光并将其集中在吸热塔2、吸热塔2：用于吸收太阳热量使熔融盐吸热升温、热罐3：用于储存高温熔盐、加热器4：用于将高温熔盐热量传递给空气、冷罐5：用于储存低温熔盐、第二换热器6：用于将熔盐热量释放给工业盐水、透平7：用来使空气膨胀做功、发电机8：对外发电、压缩机9：用于压缩空气、回热器10：用于回收透平排气热量、第一换热器11：用于透平排气热量预加热工业盐水、工业盐水罐12：用于存放工业盐水、蒸发浓缩室13：用于高温盐水蒸发浓缩出水和工业盐、储水罐14：用于储存蒸发出的水、储盐罐15：用于储存结晶析出的工业盐。
如图1所示为一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，各主要设备连接关系为：所述太阳能储热单元中，集热场1接收并将太阳能集中在吸热塔2中，吸热塔2热端与热罐3进口相连，热罐3出口与加热器4热侧进口相连，加热器4 热侧出口与冷罐5进口相连，冷罐5出口与第二换热器6热侧进口相连，第二换热器6热侧出口与吸热塔2冷端相连；所述发电单元中，压缩机9与回热器10 冷侧进口相连，回热器10冷侧出口与加热器4冷侧进口相连，加热器4冷侧出口与透平7进口相连，透平7出口与回热器10热侧进口相连，回热器10热侧出口与第一换热器11热侧相连；所述工业盐水蒸发单元中，工业盐水罐12出口与第一换热器11冷侧进口相连，第一换热器11冷侧出口与第二换热器6冷侧进口相连，第二换热器6冷侧出口与蒸发浓缩室13进口相连，蒸发浓缩室13淡水出口与储水罐14相连，蒸发浓缩室13工业盐出口与储盐罐15相连，蒸发浓缩室 13浓盐水出口与工业盐水罐12进口相连。
如图1所示为一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统结构示意图，主要工作原理：所述太阳能储热单元中，采用熔融盐作为循环及储热介质，集热场1接收并将太阳能集中在吸热塔2，吸热塔2中熔融盐吸收太阳热量后储存在热罐3 中，热罐3出口高温熔盐在加热器4中加热空气后流进冷罐5，冷罐5出口较高温熔盐在第二换热器6中加热工业盐水，然后进入吸热塔2完成循环；所述发电单元采用空气作为工质，采用开式空气布雷顿循环对外发电，空气先经压缩机9 压缩后进入回热器10吸收透平7排气热量，然后进入加热器4吸收高温熔盐热量后进入透平7膨胀做功，带动发电机8对外发电，透平7排气经回热器10回收热量后，进入第一换热器11用来对工业盐水进行预加热，然后从系统排出；所述工业盐水蒸发单元采用盐水作为工质，汇集在工业盐水罐12的盐水先进入第一换热器11吸收空气乏气热量进行预加热，之后进入第二换热器6吸收熔盐热量加热至饱和，之后高温盐水进入蒸发浓缩室13进行蒸发浓缩，蒸发出的水蒸汽进入储水罐14用于回收淡水，结晶析出的工业盐进入储盐罐15，剩余浓缩后的浓盐水进入工业盐水罐12继续进行处理。

Claims (2)

1.一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，其特征在于：该系统包括太阳能储热单元、发电单元和工业盐水蒸发单元，该系统利用太阳能储热单元吸收并储存太阳热量，并将储存的热量通过加热器(4)作为空气布雷顿循环发电的热源，同时也将热量用来加热工业盐水，以实现工业盐水的蒸发和浓缩，从而获得淡水和工业盐；
所述太阳能储热单元中，集热场(1)接收并将太阳能集中在吸热塔(2)中，吸热塔(2)热端与热罐(3)进口相连，热罐(3)出口与加热器(4)热侧进口相连，加热器(4)热侧出口与冷罐(5)进口相连，冷罐(5)出口与第二换热器(6)热侧进口相连，第二换热器(6)热侧出口与吸热塔(2)冷端相连；所述发电单元中，压缩机(9)与回热器(10)冷侧进口相连，回热器(10)冷侧出口与加热器(4)冷侧进口相连，加热器(4)冷侧出口与透平(7)进口相连，透平(7)出口与回热器(10)热侧进口相连，回热器(10)热侧出口与第一换热器(11)热侧相连；所述工业盐水蒸发单元中，工业盐水罐(12)出口与第一换热器(11)冷侧进口相连，第一换热器(11)冷侧出口与第二换热器(6)冷侧进口相连，第二换热器(6)冷侧出口与蒸发浓缩室(13)进口相连，蒸发浓缩室(13)淡水出口与储水罐(14)相连，蒸发浓缩室(13)工业盐出口与储盐罐(15)相连，蒸发浓缩室(13)浓盐水出口与工业盐水罐(12)进口相连。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热发电耦合工业盐水处理系统，其特征在于，所述太阳能储热单元中，采用熔融盐作为循环及储热介质，集热场(1)接收并将太阳能集中在吸热塔(2)，吸热塔(2)中熔融盐吸收太阳热量后储存在热罐(3)中，热罐(3)出口高温熔盐在加热器(4)中加热空气后流进冷罐(5)，冷罐(5)出口高温熔盐在第二换热器(6)中加热工业盐水，然后进入吸热塔(2)完成循环；
所述发电单元采用空气作为工质，采用开式空气布雷顿循环对外发电，空气先经压缩机(9)压缩后进入回热器(10)吸收透平(7)排气热量，然后进入加热器(4)吸收高温熔盐热量后进入透平(7)膨胀做功，带动发电机(8)对外发电，透平(7)排气经回热器(10)回收热量后，进入第一换热器(11)用来对工业盐水进行预加热，然后从系统排出；
所述工业盐水蒸发单元采用盐水作为工质，汇集在工业盐水罐(12)的盐水先进入第一换热器(11)吸收空气乏气热量进行预加热，之后进入第二换热器(6)吸收熔盐热量加热至饱和，之后高温盐水进入蒸发浓缩室(13)进行蒸发浓缩，蒸发出的水蒸汽进入储水罐(14)用于回收淡水，结晶析出的工业盐进入储盐罐(15)，剩余浓缩后的浓盐水进入工业盐水罐(12)继续进行处理。
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