CN202625882U - 一种基于反馈控制的聚光集热多级闪蒸工艺装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于反馈控制的聚光集热多级闪蒸工艺装置。现有技术没有考虑如何克服太阳能热源不稳定的特性。本实用新型包括太阳能集热系统、传热系统、海水淡化系统、反馈控制系统和换热器，传热系统构成封闭式传热工质循环回路，该传热工质循环回路允许导热工质反复循环；海水淡化系统形成的海水淡化回路是开放式的结构，允许海水淡化系统连续不断地产生淡水，同时本实用新型采用了一种反馈控制回路，流量温度表测量到几个管道内流体与温度信号后，将信号反馈给工业控制器，根据反馈信号，工业控制器产生调节各个电机和离心泵转速的控制命令。本实用新型既应对了太阳能波动产生的不良影响，同时提高了热能利用效率，且节能环保。

Description

一种基于反馈控制的聚光集热多级闪蒸工艺装置

技术领域

本实用新型属于太阳能与海水淡化技术领域，具体涉及一种反馈控制的聚光集热多级闪蒸工艺装置。

背景技术

主流海水淡化工艺包括多效蒸馏、多级闪蒸、反渗透薄膜等，这些工艺需要消耗大量热能或电能，而产生热能和电能的常用方式是不可再生能源的能量转换，例如：核反应释放的能量、煤炭燃烧释放的能量等。众所周知，消耗煤炭和石油等化石燃料对环境的污染和产生的温室气体使人类不但面临化石燃料进一步短缺的压力，还要承担环境恶化的巨大压力。

利用太阳能淡化海水，有节能环保的特点，而且，可移植性好，容易在远海荒岛缺电缺水地区使用，具有一定的优势。太阳能海水淡化的原理是通过太阳能产生的热能驱动海水发生相变过程，即蒸发，然后通过另外一个相变过程，既冷凝，得到蒸馏淡水。太阳能蒸馏过程按运行方式可分为直接法和间接法两类。直接法系统是利用太阳能在集热器中对海水直接进行蒸馏，而间接法系统的太阳能集热器与海水蒸馏部分是分离的。多数太阳能海水淡化工艺还停留在热利用率低、产水量少、结构简单的直接式太阳能蒸馏器工艺中，例如：棚式太阳能蒸馏器。为了提高热利用率、增加产水量，必须将先进太阳能集能与先进海水淡化工艺结合的间接法。然而，此类方法仍然不够完善。主要是人们没有考虑如何克服太阳能热源不稳定的特性，这与传统海水淡化工艺期望系统在某控制操作点附近的实际情况有悖。

为了克服已有方案的弱点，先进太阳能海水淡化方案，需要与先进工业控制系统结合，产生运行可靠、性能优化的新工艺。 

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种反馈控制的聚光集热多级闪蒸工艺装置。 

本实用新型包括太阳能集热系统、传热系统、海水淡化系统、反馈控制系统和换热器。

太阳能集热系统，包括多个槽式聚光集热器、多个真空玻璃集热管，多个槽式聚光集热器串联在多个真空玻璃集热管上，多个真空玻璃集热管可串联设置，也可并联设置。  

传热系统，包括第一连接器、第一管道、第一流量温度表、第一离心泵、第二管道、第二连接器、第二流量温度表、储热器、第一手动阀、第四管道、第三管道。第一管道的一端通过第一连接器与真空玻璃集热管的一端相连接，第一管道的另一端与第一流量温度表的一端相连接，第一流量温度表的另一端与第一离心泵一端连接，第一离心泵的另一端与第二管道的一端相连接，第二管道的另一端直接与第一手动阀的一端相连接，第一手动阀的另一端与第三管道的一端相连接，第三管道的另一端与换热器的第一油出口相连接，换热器的第一油进口与第四管道的一端相连接，第四管道另一端与储油箱的油出口相连接连接，储油箱油进口与第二流量温度表的一端相连接，第二流量温度表的另一端通过第二连接器与真空玻璃集热管的另一端相连接；整个传热系统构成封闭式传热工质循环回路。

海水淡化系统，包括换第六管道、第五管道、第二手动阀、第七管道、第三流量温度表、多级闪蒸器、第十管道、第四离心泵、第九管道、第八管道、第二离心泵、第三离心泵。第二离心泵的出口端与第八管道的一端相连接，第八管道的另一端与多级闪蒸器的原料海水进口相连接，多级闪蒸器的原料海水出口与第七管道的一端相连接，第七管道的另一端与第二手动阀的一端相连接，第二手动阀的另一端与第六管道的一端相连接，第六管道的另一端与换热器的第二进水口相连接，换热器的第二出水口与第五管道的一端相连接，第五管道的另一端与第三流量温度表的一端相连接，第三流量温度表的另一端与多级闪蒸器的热海水口相连接，多级闪蒸器的淡水出口与第九管道的一端相连接，第九管道的另一端与第三离心泵的进水口相连接，多级闪蒸器的浓盐水出口与第十管道的一端相连接，第十管道的另一端与第四离心泵的进水口相连接。

控制系统，包括第一信号传输线、第二信号传输线、第三信号传输线、第四信号传输线、第五信号传输线、第六信号传输线、第七信号传输线、第一变频器、第一电源开关、第一电机、第二电机、第二变频器、第二电源开关、第三电机、第三变频器、第三电源开关、第四电机、第四变频器、第四电源开关、工业控制器。工业控制器的第一信号输入输出接口通过第六信号传输线与第一流量温度表相连接，第二信号输入输出接口通过第五信号传输线与第二流量温度表相连接，第三信号输入输出接口通过第一信号传输线与第三流量温度表相连接，第四信号输入输出接口通过第七信号传输线与第一变频器的一端相连接，第五信号输入输出接口通过第二信号传输线与第二变频器的一端相连接，第六信号输入输出接口通过第三信号传输线与第三变频器的一端相连接，第七信号输入输出接口通过第四信号传输线与第四变频器的一端相连接；第一变频器的另一端通过电线与第一电机的一端相连接，第二变频器的另一端通过电线与第二电机的一端相连接，第三变频器的另一端通过电线与第三电机的一端相连接，第四变频器的另一端通过电线与第四电机的一端相连接，第一电机的另一端与第一离心泵直接连接，第二电机的另一端与第二离心泵直接连接，第三电机的另一端与第三离心泵直接连接，第四电机的另一端与第四离心泵直接连接。

本实用新型的有益效果如下：

（1）槽式聚光集热具有较高的聚光比，能够产生中高温热源；

（2）多级闪蒸海水淡化采用逐级利用热能的方式，产出淡水和废浓盐水不带走过多热量，提高了热能利用效率；

（3）储油器能够大量存储热能，能够大量减少集热器集热温度变化的影响，从而减少了换热过程受太阳光集热过程瞬态变化的影响，具有滤波作用；

（4）采用了基于流量与温度检测信号的反馈控制系统能够智能化地调节电机与离心泵的转速，保证海水淡化过程原料海水温度与流量变化更加合理；

（5）浓盐水可以用于晒盐，生产工业或生活用盐；

（6）与常规能源海水淡化相比，系统的能源来自太阳能，可再生、节能环保。

附图说明

图1为本实用新型原理示意图。

图中，第一信号传输线1、第二信号传输线2、第三信号传输线3、第四信号传输线4、第五信号传输线5、第六信号传输线6、第七信号传输线7、槽式聚光集热器8、真空玻璃集热管9、第一连接器10、第一管道11、第一流量温度表12、第一变频器13、第一电源开关14、第一电机15、第一离心泵16、第二管道17、第二连接器18、第二流量温度表19、储热器20、第一手动阀21、第四管道22、第三管道23、换热器24、第六管道25、第五管道26、第二手动阀27、第七管道28、第三流量温度表29、多级闪蒸器30、第十管道31、第四离心泵32、第九管道33、第八管道34、第二电机35、第二离心泵36、第二变频器37、第二电源开关38、第三离心泵39、第三电机40、第三变频器41、第三电源开关42、第四电机43、第四变频器44、第四电源开关45、工业控制器46。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种基于反馈控制的聚光集热多级闪蒸工艺装置，包括太阳能集热系统、传热系统、海水淡化系统、反馈控制系统和换热器24。

太阳能集热系统，包括多个槽式聚光集热器8、多个真空玻璃集热管9，槽式聚光集热器8有独立自动跟踪太阳功能，从而保证太阳光能够经槽式聚光集热器8反射聚焦到真空玻璃集热管9上，多个槽式聚光集热器8串联在多个真空玻璃集热管9上，多个真空玻璃集热管9可串联设置，也可并联设置。  

传热系统，包括第一连接器10、第一管道11、第一流量温度表12、第一离心泵16、第二管道17、第二连接器18、第二流量温度表19、储热器20、第一手动阀21、第四管道22、第三管道23。第一管道11的一端通过第一连接器10与真空玻璃集热管9的一端相连接，第一管道11的另一端与第一流量温度表12的一端相连接，第一流量温度表12的另一端与第一离心泵16一端连接，第一离心泵16的另一端与第二管道17的一端相连接，第二管道17的另一端直接与第一手动阀21的一端相连接，第一手动阀21的另一端与第三管道23的一端相连接，第三管道23的另一端与换热器24的第一油出口相连接，换热器24的第一油进口与第四管道22的一端相连接，第四管道22另一端与储油箱20的油出口相连接连接，储油箱20油进口与第二流量温度表19的一端相连接，第二流量温度表19的另一端通过第二连接器18与真空玻璃集热管9的另一端相连接；整个传热系统构成封闭式传热工质循环回路。

海水淡化系统，包括换第六管道25、第五管道26、第二手动阀27、第七管道28、第三流量温度表29、多级闪蒸器30、第十管道31、第四离心泵32、第九管道33、第八管道34、第二离心泵36、第三离心泵39。第二离心泵36的出口端与第八管道34的一端相连接，第八管道34的另一端与多级闪蒸器30的原料海水进口相连接，多级闪蒸器30的原料海水出口与第七管道28的一端相连接，第七管道28的另一端与第二手动阀27的一端相连接，第二手动阀27的另一端与第六管道25的一端相连接，第六管道25的另一端与换热器24的第二进水口相连接，换热器24的第二出水口与第五管道26的一端相连接，第五管道26的另一端与第三流量温度表29的一端相连接，第三流量温度表29的另一端与多级闪蒸器30的热海水口相连接，多级闪蒸器30的淡水出口与第九管道33的一端相连接，第九管道33的另一端与第三离心泵39的进水口相连接，多级闪蒸器30的浓盐水出口与第十管道31的一端相连接，第十管道31的另一端与第四离心泵32的进水口相连接。

控制系统，包括第一信号传输线1、第二信号传输线2、第三信号传输线3、第四信号传输线4、第五信号传输线5、第六信号传输线6、第七信号传输线7、第一变频器13、第一电源开关14、第一电机15、第二电机35、第二变频器37、第二电源开关38、第三电机40、第三变频器41、第三电源开关42、第四电机43、第四变频器44、第四电源开关45、工业控制器46。工业控制器46的第一信号输入输出接口通过第六信号传输线6与第一流量温度表12相连接，第二信号输入输出接口通过第五信号传输线5与第二流量温度表19相连接，第三信号输入输出接口通过第一信号传输线1与第三流量温度表29相连接，第四信号输入输出接口通过第七信号传输线7与第一变频器13的一端相连接，第五信号输入输出接口通过第二信号传输线2与第二变频器37的一端相连接，第六信号输入输出接口通过第三信号传输线3与第三变频器41的一端相连接，第七信号输入输出接口通过第四信号传输线4与第四变频器44的一端相连接；第一变频器13的另一端通过电线与第一电机15的一端相连接，第二变频器37的另一端通过电线与第二电机35的一端相连接，第三变频器41的另一端通过电线与第三电机40的一端相连接，第四变频器44的另一端通过电线与第四电机43的一端相连接，第一电机15的另一端与第一离心泵16直接连接，第二电机35的另一端与第二离心泵36直接连接，第三电机40的另一端与第三离心泵39直接连接，第四电机43的另一端与第四离心泵32直接连接。

本实用新型所述的整个传热系统构成封闭式传热工质循环回路，该传热工质循环回路允许导热工质反复循环；海水淡化系统形成的海水淡化回路是开放式的结构，允许海水淡化系统连续不断地产生淡水，海水淡化系统主要利用太阳能热能加热导热工质，然后，导热工质与原料海水发生热交换，从而获得蒸馏法海水淡化需要的热海水。

与传统海水淡化工艺不同，本实用新型采用了一种反馈控制回路，用来应对太阳能波动产生的不良影响。流量温度表测量到几个管道内流体与温度信号后，将信号反馈给工业控制器。根据反馈信号，工业控制器产生调节各个电机和离心泵转速的控制命令，该类控制命令通过信号传输线传输给变频器，并通过变频器来实时调整电机和离心泵的转速。 

Claims (1)

1. 一种基于反馈控制的聚光集热多级闪蒸工艺装置，包括太阳能集热系统、传热系统、海水淡化系统、反馈控制系统和换热器，其特征在于：

太阳能集热系统，包括多个槽式聚光集热器、多个真空玻璃集热管，多个槽式聚光集热器串联在多个真空玻璃集热管上，多个真空玻璃集热管可串联设置，也可并联设置；  

传热系统，包括第一连接器、第一管道、第一流量温度表、第一离心泵、第二管道、第二连接器、第二流量温度表、储热器、第一手动阀、第四管道、第三管道；第一管道的一端通过第一连接器与真空玻璃集热管的一端相连接，第一管道的另一端与第一流量温度表的一端相连接，第一流量温度表的另一端与第一离心泵一端连接，第一离心泵的另一端与第二管道的一端相连接，第二管道的另一端直接与第一手动阀的一端相连接，第一手动阀的另一端与第三管道的一端相连接，第三管道的另一端与换热器的第一油出口相连接，换热器的第一油进口与第四管道的一端相连接，第四管道另一端与储油箱的油出口相连接连接，储油箱油进口与第二流量温度表的一端相连接，第二流量温度表的另一端通过第二连接器与真空玻璃集热管的另一端相连接；整个传热系统构成封闭式传热工质循环回路；

海水淡化系统，包括换第六管道、第五管道、第二手动阀、第七管道、第三流量温度表、多级闪蒸器、第十管道、第四离心泵、第九管道、第八管道、第二离心泵、第三离心泵；第二离心泵的出口端与第八管道的一端相连接，第八管道的另一端与多级闪蒸器的原料海水进口相连接，多级闪蒸器的原料海水出口与第七管道的一端相连接，第七管道的另一端与第二手动阀的一端相连接，第二手动阀的另一端与第六管道的一端相连接，第六管道的另一端与换热器的第二进水口相连接，换热器的第二出水口与第五管道的一端相连接，第五管道的另一端与第三流量温度表的一端相连接，第三流量温度表的另一端与多级闪蒸器的热海水口相连接，多级闪蒸器的淡水出口与第九管道的一端相连接，第九管道的另一端与第三离心泵的进水口相连接，多级闪蒸器的浓盐水出口与第十管道的一端相连接，第十管道的另一端与第四离心泵的进水口相连接；

控制系统，包括第一信号传输线、第二信号传输线、第三信号传输线、第四信号传输线、第五信号传输线、第六信号传输线、第七信号传输线、第一变频器、第一电源开关、第一电机、第二电机、第二变频器、第二电源开关、第三电机、第三变频器、第三电源开关、第四电机、第四变频器、第四电源开关、工业控制器；

工业控制器的第一信号输入输出接口通过第六信号传输线与第一流量温度表相连接，第二信号输入输出接口通过第五信号传输线与第二流量温度表相连接，第三信号输入输出接口通过第一信号传输线与第三流量温度表相连接，第四信号输入输出接口通过第七信号传输线与第一变频器的一端相连接，第五信号输入输出接口通过第二信号传输线与第二变频器的一端相连接，第六信号输入输出接口通过第三信号传输线与第三变频器的一端相连接，第七信号输入输出接口通过第四信号传输线与第四变频器的一端相连接；第一变频器的另一端通过电线与第一电机的一端相连接，第二变频器的另一端通过电线与第二电机的一端相连接，第三变频器的另一端通过电线与第三电机的一端相连接，第四变频器的另一端通过电线与第四电机的一端相连接，第一电机的另一端与第一离心泵直接连接，第二电机的另一端与第二离心泵直接连接，第三电机的另一端与第三离心泵直接连接，第四电机的另一端与第四离心泵直接连接。