CN208762183U - 一种太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，包括聚光集热系统、过热器、布帘换热蒸发系统、汽轮发电机和蓄热罐；布帘换热蒸发系统包括固液分离油/水换热蒸发系统、蒸汽冷凝换热系统和管帘换热系统；本实用新型采用功能分段换热，固液分离油/水换热蒸发系统、蒸汽冷凝换热系统和管帘换热系统协同，且三者均采用纤维织物布水帘，以基于柔性透气透湿纺织品构建的瀑布水幕为换热蒸发界面，以气流扰动强制对流换热，增加换热蒸发而积的同时，防止产生水垢及腐蚀，实现聚光集热形成的高品位热能的梯次循环换热。本实用新型集太阳能热发电和海水淡化产水产盐于一体，低成本生产清洁能源和直饮水，经济效益和环境效益均十分显著。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能海水淡化领域，特别涉及一种太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统。
背景技术
太阳能作为一种取之不尽的清洁能源已成为人类开发利用的主要绿色能源之一。太阳能热利用是太阳能利用中效率最高、效益最好的一种利用方法。目前，太阳能中高温热利用以太阳能热发电为主由于太阳能辐射能的能准密度低，要想得到较高的温度，就必须通过聚光集热的手段来实现。因此，太阳能聚光集热系统和热交换系统成为太阳能中高温热利用的关键。
现有太阳能热发电系统主要有槽式太阳能热发电方式、塔式太阳能热发电方式和碟式太阳能热发电方式。这三种热发电方式都采用聚焦式聚光集热，均需要太阳能跟踪运动机构。槽式人阳能聚光集热系统以线聚焦代替点聚焦，运行温度一般不超过400℃；由于其聚光集热系统的接收器长，散热器面积大，与塔式、碟式热发电的点聚光系统相比，热损较大；不过，槽式抛物而集热装置的制造所需的构件形式不多，只需要单轴向跟踪，容易标准化，适合批量生产。相比塔式和碟式太阳能热发电，槽式聚光集热系统更经济、更实用。但槽式太阳能聚光器抛物面镜面弧度大，抗风能力和运动性能要求高，因此，制造难度也较大，用钢量多。
太阳能集热接收器的制造成本和维护问题也足目前槽式太阳能聚光集热系统的推广应用而临的困难，目前，槽式太阳能集热接收器使用的是直通式金属-玻璃真空集热管，具有热损失小、可规模化生产的优点，但也存在金属与玻璃之间的封接交困难、易破损、选择性吸收涂层易脱落等问题。
太阳能热交换系统，包括太阳能蒸发器、顶热器、过热器等，产品种类繁多，但大多数采用管壳式换热蒸发器，具有换热效率高、结构紧凑等优点，但竹壳换热器众属表而易结垢、腐蚀，影响换热效率和使用寿命。
太阳能海水(苦咸水)淡化是太阳能热利用的一种重要途径，也是解决人类淡水短缺的币要手段之一。利用太阳能实现海水(苦咸水)淡化，无污染，运行成木低，且太阳能和海水资源无限，但存在效率低，难以规模化，初期投资费用高等问题。
太阳能单一热利用方式研究较多，但都存在利用效率不高、初期投资费用过人等问题。太阳能多种热利用方法协同，梯次循环利用不同品级的太阳能，将成为未来发展的方向。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，包括聚光集热系统、过热器、布帘换热蒸发系统、汽轮发电机和蓄热罐；
所述布帘换热蒸发系统包括固液分离油/水换热蒸发系统、蒸汽冷凝换热系统和管帘换热系统；
聚光集热系统用于利用太阳能对传热工质进行加热，并将加热后的传热工质输送至过热器，过热器用于使传热工质与高温蒸汽进行换热，得到一次余热蒸汽，并将一次余热蒸汽经由汽轮发电机输送至管帘换热系统，将传热工质输送至固液分离油/水换热蒸发系统；
蓄热罐的两端分别连接聚光集热系统的传热工质入口端和传热工质出口端，蓄热罐用于利用传热工质存储热能，以及根据总装置的热负荷变化，向汽轮发动机提供热能；
汽轮发电机用于利用一次余热蒸汽进行发电；
固液分离油/水换热蒸发系统利用第二布帘换热机构以第二涡流喷汽管喷出的三次余热蒸汽在第二纤维布水帘与传热工质散热片之间产生气流扰动，强制对流换热，并通过传热工质和三次余热蒸汽与二次预热海水进行换热，得到浓缩海水和高温蒸汽，并对浓缩海水进行过滤和沉淀得到固体海盐，并将高温蒸汽输送至过热器，将传热工质输送至聚光集热系统；
蒸汽冷凝换热系统利用第一布帘换热机构以第一涡流喷汽管喷出的循环风在第一纤维布水帘与二次余热蒸汽散热片之间产生气流扰动，使二次余热蒸汽与海水进行对流换热，得到初步预热海水和三次余热蒸汽，并将初步预热海水输送至管帘换热系统，将三次余热蒸汽输送至固液分离油/水换热蒸发系统；蒸汽冷凝换热系统还用于对二次余热蒸汽进行冷凝得到蒸馏水；
管帘换热系统利用第三布帘换热机构使初步预热海水与一次余热蒸汽直接接触换热得到二次预热海水和二次余热蒸汽，并将二次预热海水输送至固液分离油/水换热蒸发系统，将二次余热蒸汽输送至蒸汽冷凝换热系统。
进一步的，聚光集热系统用于利用太阳能与传热工质进行换热，聚光集热系统中的传热工质出口端通过缓冲箱连接至过热器传热工质入口端外侧，过热器传热工质入口端内侧通过换热盘连接过热器传热工质出口端内侧，过热器传热工质出口端外侧连接固液分离油/水换热蒸发系统的蒸发系统传热工质入口端外侧，蒸发系统传热工质入口端内侧通过传热工质散热片连接至蒸发系统传热工质出口端内侧，蒸发系统传热工质出口端外侧通过膨胀箱连接至工质泵入口端，工质泵出口端连接聚光集热系统中的传热工质入口端；
所述蒸汽冷凝换热系统包括第一布帘换热机构、余热蒸汽换热片和第一集水槽，所述第一布帘换热机构包括第一海水入口端，第一布帘换热机构用于使第一海水入口端进入的海水与余热蒸汽换热片中的二次余热蒸汽进行换热得到三次余热蒸汽和初步预热海水，并使二次余热蒸汽冷凝产生蒸馏水，冷凝产生的蒸馏水由蒸汽冷凝换热系统的冷凝水出口流出；第一布帘换热机构下端设置有第一集水槽，第一集水槽用于盛放初步预热海水，第一集水槽连接第一水泵入口端，第一水泵出口端连接管帘换热系统的海水入口端；
所述余热蒸汽换热片包括第一蒸汽入口端和第一蒸汽出口端，所述第一蒸汽入口端通过风机连接管帘换热系统，所述第一蒸汽出口端外侧通过第一抽汽泵连接至固液分离油/水换热蒸发系统的喷汽管，第一抽汽泵用于将三次余热蒸汽抽吸至固液分离油/水换热蒸发系统；
过热器蒸汽出口端内侧通过换热盘连接过热器蒸汽入口端内侧，过热器蒸汽入口端外侧通过第二抽汽泵连接固液分离油/水换热蒸发系统的排汽口，过热器换热盘用于使传热工质与高温蒸汽进行换热，得到一次余热蒸汽；过热器蒸汽出口端外侧通过汽轮发电机连接管帘换热系统蒸汽入口端；
所述管帘换热系统包括第三布帘换热机构、布汽管和第二集水槽，所述第三布帘换热机构包括第三海水入口端，所述第三布帘换热机构设置在布汽管上方且用于使第三海水入口端进入的初步预热海水与布汽管喷出的一次余热蒸汽进行换热得到二次预热海水，第三布帘换热机构的下方设置有第二集水槽，第二集水槽用于盛放二次预热海水，第二集水槽连接第二水泵入口端，第二水泵出口端连接管帘换热系统的布水管入口端和固液分离油/水换热蒸发系统的海水入口端；
布汽管喷出的一次余热蒸汽与初步预热海水进行换热后得到二次余热蒸汽，所述管帘换热系统上方设置有第三蒸汽出口端，所述第三蒸汽出口端通过风机连接至第一蒸汽入口端，所述风机用于将二次余热蒸汽由第三蒸汽出口端抽吸至第一蒸汽入口端；
所述固液分离油/水换热蒸发系统包括第二布帘换热机构、传热工质散热片和固液分离滤渗池，所述第二布帘换热机构的包括第二海水入口端，第二布帘换热机构用于使第二海水入口端进入的二次预热海水与传热工质散热片进行换热，得到高温蒸汽和浓缩海水，固液分离油/水换热蒸发系统的下端设置有固液分离滤渗池，固液分离滤渗池用于盛放浓缩海水，并对浓缩海水进行过滤和沉淀，得到固体海盐；
所述固液分离油/水换热蒸发系统还包括第二喷汽管和第二排汽口，所述第二喷汽管设置在第二布帘换热机构下方，用于使三次余热蒸汽与二次预热海水进行换热，所述第二排汽口排汽口设置在第二布帘换热机构上端，第二抽汽泵设置在第二排汽口外侧且用于将高温蒸汽抽吸至过热器；
所述第一布帘换热机构、第二布帘换热机构和第三布帘换热机构均采用吸湿散热性好的布帘作为换热界面。
进一步的，第一布帘换热机构包括第一锯齿布水槽和第一纤维织物布水帘，第一锯齿布水槽为钢板制成的锯齿状出口堰的满溢水槽且设置在第一纤维织物布水帘和余热蒸汽换热片正上方；第一锯齿布水槽连接蒸汽冷凝换热系统的海水入口端内侧。
第二布帘换热机构包括第二锯齿布水槽和第二纤维织物布水帘；第二锯齿布水槽为钢板制成的锯齿状出口堰的满溢水槽且设置在第二纤维织物布水帘和传热工质散热片正上方，第二锯齿布水槽连接固液分离油/水换热蒸发系统的海水入口端。
进一步的，第三布帘换热机构为纤维管帘阵列，纤维管帘阵列包括布水管、纤维管和纤维管簇固定底座，布水管设置在布汽管正上方，布水管为金属管且在管帘换热系统内上部的水平方向呈轮辐状均匀分布，每根布水管上均设置有多个三通，三通的两个水平端均连接布水管，三通的垂直端与纤维管上端连接，纤维管由吸湿散湿性好的天然纤维或化学纤维织物制成，即采用棉、或麻、或聚酯纤维制成管状，垂直联接在管帘换热塔内布水管和纤维管簇固定底座之间；多束纤维管在管帘换热器内均匀分布，形成蜂窝状阵列；
布汽管设置在纤维管簇固定底座下方，布汽管连接管帘换热系统的蒸汽入口端内侧，布水管连接管帘换热系统的海水入口端内侧。进一步的，汽轮发电机入口端设置有发电控制阀，汽轮发电机和发电控制阀的串联通路还与联通管道并联，联通管道上设置有淡化阀。
进一步的，聚光集热系统包括多个固定式双重立体聚光集热器，固定式双重立体聚光集热器包括聚光碗和聚光集热四方柱，聚光集热四方柱设置在聚光碗中心位置，聚光碗为内侧为反光面的碗状结构，聚光碗用于将太阳光聚集到聚光集热四方柱上，聚光集热四方柱的底面固定在聚光碗上，且四个侧面上均开有聚光槽，聚光槽为内侧为反光面的圆弧面且轴线与聚光集热四方柱平行，聚光槽内设置有涵套集热管，聚光槽外侧设置有玻璃盖板，聚光槽用于将太阳光聚集到涵套集热管上，涵套集热管用于利用太阳能对传热工质进行加热。
进一步的，涵套集热管包括真空玻璃套管和涡流金属直通管，真空玻璃套管上下两端通过绝热封头安装在涡流金属直通管外侧，真空玻璃套管的内层玻璃管和涡流金属直通管之间的间隙内填充有导热介质，所有涵套集热管的涡流金属直通管均收尾顺次相连形成连通管道，连通管道内填充有传热工质，连通管道的一端为聚光集热系统中的传热工质出口端，另一端为聚光集热系统中的传热工质入口端。
进一步的，绝热封头通过螺栓和紧固垫圈安装在涡流金属直通管上，绝热封头包括由内到外顺次设置的石棉层、橡胶层、金属封套层和外保温层。
进一步的，还包括换热套管，蒸汽冷凝换热系统的冷凝水出口经由换热套管流出，海水经由换热套管与冷凝水换热后再进入蒸汽冷凝换热系统的海水入口端。
进一步的，工质泵为带变频器的隔膜泵且连接温度传感器，变频器用于根据温度传感器的检测结果控制工质泵的功率。
本实用新型的有益效果是：
1、与槽式太阳能热发电系统相比，本实用新型中的固定式双重立体聚光集热器采用聚光碗和聚光槽二次聚光，无需太阳跟踪运动机构，造价低，抗风性能好:采用的涵套集热管，配合抗风聚光碗，封闭聚光槽，以及真空玻璃套管，三重防热散失，且太阳能选择性吸收涂层涂覆在双层真空玻璃夹层内的内层玻璃外表而，不存在玻璃与金属热膨胀系数差别大，难以密封，太阳能选择性吸收膜易氧化、脱落等问题，使用寿命长，造价低。
2、与传统钢板结构的管式换热蒸发器相比，本实用新型采用功能分段换热，固液分离油/水换热蒸发系统、蒸汽冷凝换热系统和管帘换热系统协同，且第一布帘换热机构、第二布帘换热机构和第三布帘换热机构均采用纤维织物作为换热界面，其中第一布帘换热机构和第二布帘换热机构采用纤维织物布水帘，第三布帘换热机构采用纤维管，三者均以基于柔性透气透湿的柔性纺织品构建的瀑布水幕为换热蒸发界面，以气流扰动强制对流换热，增加换热蒸发而积的同时，防止产生水垢、腐蚀，实现聚光集热形成的高品位热能的梯次循环换热。
3、本实用新型构建的太阳能海水(苦咸水)淡化与热发电系统，集太阳能热发电和海水(苦咸水)淡化产水产盐于一体，梯次循环利用聚集的太阳能，全生命周期无污染，低成本生产清洁能源和直饮水，经济效益和环境效益均十分显著。与现有太阳能光伏发电相比，不存在光伏发电的不稳定性对电网运行造成的较大影响，发电容量缓冲，电力输出平稳、可控，且发电成本降低。与现有太阳能海水(苦咸水)淡化技术相比，解决了现有技术蒸发效率低、初始投入高、难以规模化等问题，与膜技术相比，产水品质高、成本低，且不存在反冲洗尾水污染等问题。
附图说明
图1为本实用新型系统总体结构示意图；
图2为固液分离油/水换热蒸发系统和蒸汽冷凝换热系统的结构示意图；
图3为过热器、汽轮发电机和管帘换热系统的结构示意图；
图4为管帘换热系统俯视结构示意图；
图5为固定式双重立体聚光集热器结构示意图；
图6为聚光集热四方柱俯视结构示意图；
图7为涵套集热管剖视示意图；
图8为绝热封头剖视示意图。
图1-图4中，粗实线为传热工质的流通线路，粗虚线为蒸汽的流通线路，细实线为海水的流通线路；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、聚光集热系统；2、过热器；3、固液分离油/水换热蒸发系统；4、蒸汽冷凝换热系统；5、管帘换热系统；6、汽轮发电机；7、缓冲箱；8、膨胀箱；9、工质泵；10、蓄热罐；101、换热套管；41、第一集水槽；42、余热蒸汽换热片；43、第一水泵；44、第一抽汽泵；45、第一锯齿布水槽；46、第一纤维织物布水帘；48、第一涡流喷汽管；51、布汽管；52、布水管；53、第二集水槽；54、风机；55、第二水泵；31、传热工质散热片；32、固液分离滤渗池；33、第二涡流喷汽管；34、第二锯齿布水槽；35、第二纤维织物布水帘；36、循环水泵；61、发电控制阀；62、淡化阀；11、聚光碗；12、聚光集热四方柱；13、聚光槽；14、涵套集热管；15、真空玻璃套管；16、涡流金属直通管；17、绝热封头；171、石棉层；172、橡胶层；173、金属封套层；174、外保温层；18、导热介质；19、螺栓
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1-图3所示，太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，包括聚光集热系统1、过热器2、布帘换热蒸发系统、汽轮发电机6和蓄热罐10；
所述布帘换热蒸发系统包括固液分离油/水换热蒸发系统3、蒸汽冷凝换热系统4和管帘换热系统5；
聚光集热系统1用于利用太阳能对传热工质进行加热，并将加热后的传热工质输送至过热器2，过热器2用于使传热工质与高温蒸汽进行换热，得到一次余热蒸汽，并将一次余热蒸汽经由汽轮发电机6输送至管帘换热系统 5，将传热工质输送至固液分离油/水换热蒸发系统3；
蓄热罐10的两端分别连接聚光集热系统1的传热工质入口端和传热工质出口端，蓄热罐10用于利用传热工质存储热能，以及根据总装置的热负荷变化，向汽轮发动机提供热能；
汽轮发电机6用于利用一次余热蒸汽进行发电；
固液分离油/水换热蒸发系统3用于利用第二布帘换热机构使传热工质和三次余热蒸汽与二次预热海水进行换热，得到浓缩海水和高温蒸汽，并对浓缩海水进行过滤和沉淀得到固体海盐，并将高温蒸汽输送至过热器2，将传热工质输送至聚光集热系统1；
蒸汽冷凝换热系统4用于利用第一布帘换热机构使二次余热蒸汽与海水进行换热，得到初步预热海水和三次余热蒸汽，并将初步预热海水输送至管帘换热系统5，将三次余热蒸汽输送至固液分离油/水换热蒸发系统3；蒸汽冷凝换热系统4还用于对二次余热蒸汽进行冷凝得到蒸馏水；
管帘换热系统5用于利用第三布帘换热机构使初步预热海水与一次余热蒸汽进行换热得到二次预热海水和二次余热蒸汽，并将二次预热海水输送至固液分离油/水换热蒸发系统3，将二次余热蒸汽输送至蒸汽冷凝换热系统4。
聚光集热系统1用于利用太阳能与传热工质进行换热，聚光集热系统1 中的传热工质出口端通过缓冲箱7连接至过热器2传热工质入口端外侧，过热器2传热工质入口端内侧通过换热盘连接过热器2传热工质出口端内侧，过热器2传热工质出口端外侧连接固液分离油/水换热蒸发系统3的蒸发系统传热工质入口端外侧，蒸发系统传热工质入口端内侧通过传热工质散热片31连接至蒸发系统传热工质出口端内侧，蒸发系统传热工质出口端外侧通过膨胀箱8连接至工质泵9入口端，工质泵9出口端连接聚光集热系统1中的传热工质入口端；
所述蒸汽冷凝换热系统4包括第一布帘换热机构、余热蒸汽换热片42 和第一集水槽41，所述第一布帘换热机构包括第一海水入口端，第一布帘换热机构用于使第一海水入口端进入的海水与余热蒸汽换热片42中的二次余热蒸汽进行换热得到三次余热蒸汽和初步预热海水，并使二次余热蒸汽冷凝产生蒸馏水，冷凝产生的蒸馏水由蒸汽冷凝换热系统4的冷凝水出口流出；第一布帘换热机构下端设置有第一集水槽41，第一集水槽41用于盛放初步预热海水，第一集水槽41连接第一水泵43入口端，第一水泵43出口端连接管帘换热系统5的海水入口端；
所述余热蒸汽换热片42包括第一蒸汽入口端和第一蒸汽出口端，所述第一蒸汽入口端通过风机54连接管帘换热系统5，所述第一蒸汽出口端外侧通过第一抽汽泵44连接至固液分离油/水换热蒸发系统3的喷汽管33，第一抽汽泵44用于将三次余热蒸汽抽吸至固液分离油/水换热蒸发系统3；
过热器2蒸汽出口端内侧通过换热盘连接过热器2蒸汽入口端内侧，过热器2蒸汽入口端外侧通过第二抽汽泵连接固液分离油/水换热蒸发系统3 的排汽口，过热器2换热盘用于使传热工质与高温蒸汽进行换热，得到一次余热蒸汽；过热器2蒸汽出口端外侧通过汽轮发电机6连接管帘换热系统5 蒸汽入口端；
所述管帘换热系统5包括第三布帘换热机构、布汽管51和第二集水槽 53，所述第三布帘换热机构包括第三海水入口端，所述第三布帘换热机构设置在布汽管51上方且用于使第三海水入口端进入的初步预热海水与布汽管 51喷出的一次余热蒸汽进行换热得到二次预热海水，第三布帘换热机构的下方设置有第二集水槽53，第二集水槽53用于盛放二次预热海水，第二集水槽53连接第二水泵55入口端，第二水泵55出口端连接管帘换热系统5的布水管52入口端和固液分离油/水换热蒸发系统3的海水入口端；
布汽管51喷出的一次余热蒸汽与初步预热海水进行换热后得到二次余热蒸汽，所述管帘换热系统5上方设置有第三蒸汽出口端，所述第三蒸汽出口端通过风机54连接至第一蒸汽入口端，所述风机54用于将二次余热蒸汽由第三蒸汽出口端抽吸至第一蒸汽入口端；
所述固液分离油/水换热蒸发系统3包括第二布帘换热机构、传热工质散热片31和固液分离滤渗池32，所述第二布帘换热机构的包括第二海水入口端，第二布帘换热机构用于使第二海水入口端进入的二次预热海水与传热工质散热片31进行换热，得到高温蒸汽和浓缩海水，固液分离油/水换热蒸发系统3的下端设置有固液分离滤渗池32，固液分离滤渗池32用于盛放浓缩海水，并对浓缩海水进行过滤和沉淀，得到固体海盐；
所述固液分离油/水换热蒸发系统3还包括喷汽管33和第二排汽口，所述设置在第二布帘换热机构下方，用于使三次余热蒸汽与二次预热海水进行换热，所述第二排汽口排汽口设置在第二布帘换热机构上端，第二抽汽泵设置在第二排汽口外侧且用于将高温蒸汽抽吸至过热器2。
所述第一布帘换热机构、第二布帘换热机构和第三布帘换热机构均采用吸湿散热性好的布帘作为换热界面。第一布帘换热机构包括第一锯齿布水槽 45和第一纤维织物布水帘46，第一锯齿布水槽45为钢板制成的锯齿状出口堰的满溢水槽且设置在第一纤维织物布水帘46和余热蒸汽换热片42正上方；第一锯齿布水槽45连接蒸汽冷凝换热系统4的海水入口端内侧。
第二布帘换热机构包括第二锯齿布水槽34和第二纤维织物布水帘35；第二锯齿布水槽34为钢板制成的锯齿状出口堰的满溢水槽且设置在第二纤维织物布水帘35和传热工质散热片31正上方，第二锯齿布水槽34连接固液分离油/水换热蒸发系统3的海水入口端。
如图4所示，第三布帘换热机构包括纤维管帘阵列，纤维管帘阵列包括布水管52、纤维管56和纤维管簇固定底座，布水管52设置在布汽管51正上方，布水管52为金属管且在管帘换热系统内上部的水平方向呈轮辐状均匀分布，每根布水管52上均设置有多个三通，三通的两个水平端均连接布水管52，三通的垂直端与纤维管56上端连接，纤维管56下端安装在纤维管簇固定底座上，纤维管56由吸湿散湿性好的天然纤维或化学纤维织物制成，即采用棉、或麻、或聚酯纤维制成管状，纤维管56垂直联接在布水管52和纤维管簇固定底座之间；多束纤维管56在管帘换热系统5内均匀分布，形成蜂窝状阵列；布汽管51设置在纤维管56下方，布汽管51连接管帘换热系统5的蒸汽入口端内侧，布水管52连接管帘换热系统5的海水入口端内侧。
汽轮发电机6入口端设置有发电控制阀61，汽轮发电机6和发电控制阀 61的串联通路还与联通管道并联，联通管道上设置有淡化阀62。
如图5-图6所示，聚光集热系统1包括多个固定式双重立体聚光集热器，固定式双重立体聚光集热器包括聚光碗11和聚光集热四方柱12，聚光集热四方柱12设置在聚光碗11中心位置，聚光碗11为内侧为反光面的碗状结构，聚光碗11用于将太阳光聚集到聚光集热四方柱12上，聚光集热四方柱 12的底面固定在聚光碗11上，且四个侧面上均开有聚光槽13，聚光槽13 为内侧为反光面的圆弧面且轴线与聚光集热四方柱12平行，聚光槽13外侧设置有玻璃盖板，聚光槽13内设置有涵套集热管14，聚光槽13用于将太阳光聚集到涵套集热管14上，涵套集热管14用于利用太阳能对传热工质进行加热。
如图7所示，涵套集热管14包括真空玻璃套管15和涡流金属直通管 16，真空玻璃套管15上下两端通过绝热封头17安装在涡流金属直通管16 外侧，真空玻璃套管15的内层玻璃管和涡流金属直通管16之间的间隙内填充有导热介质18，所有涵套集热管14的涡流金属直通管16均收尾顺次相连形成连通管道，连通管道内填充有传热工质，连通管道的一端为聚光集热系统1中的传热工质出口端，另一端为聚光集热系统1中的传热工质入口端。
如图8所示，绝热封头17通过螺栓19和紧固垫圈安装在涡流金属直通管16上，绝热封头17包括由内到外顺次设置的石棉层171、橡胶层172、金属封套层173和外保温层174。
还包括换热套管101，蒸汽冷凝换热系统4的冷凝水出口经由换热套管 101流出，海水经由换热套管101与冷凝水换热后再进入蒸汽冷凝换热系统 4的海水入口端。
工质泵为带变频器的隔膜泵且连接温度传感器，变频器用于根据温度传感器的检测结果控制工质泵的功率。
实施例1
聚光集热子系统，由固定式双重立体聚光集热器为核心，以硅油纳米膨胀石墨流体，或合成油纳米膨胀石墨流体为传热工质，构建总聚光比大于100 倍，集热温度大于400℃的太阳能集热场。
太阳能集热场由若干个固定式双重立体聚光集热器组合而成。每个固定式双重让体聚光集热器均是一个独立单元，本实施例中，固定式双重立体聚光集热器中聚光碗的开口直径为3-25米，高度为2-9米之间，聚光槽开口宽度在O.6-3米之间，长度在2-9米之间。根据太阳能海水(苦咸水)淡化与热发电系统所设计的产水量和发电量要求，确定固定式双重立体聚光集热器的数量，以及聚光碗和聚光槽的各项规格、参数。
本实施例中，聚光碗，作为1次聚光器，选用固定式半球体聚光器，或圆锥体聚光器。具体选用上开口直径为20米，碗底直径为6米，垂直高度为5米，反光镜，由若干聚酯片镀铝拼接而成，支撑层采用钢筋混疑土结构。
涵套内填充的导热介质，采用导热性好的固体粉末，如石墨粉，或纯铜粉，或铸铁粉，或碳化硅粉末，或多种导热固体粉末混合体，密封填充在真空玻璃套管与涡流金属管之间，起快速传热作用。
涡流金属直通管，采用导热性好的余属波纹管，或螺纹管，或球形换热管，承载传热工质，如硅油纳米膨胀石墨流体，或合成油纳米膨胀石墨流体，构建换热环路。
绝热封头，由石棉垫圈、硅橡胶热圈、金属封套、外保温层、紧固扣件等组成，负责封装填充在个玻真空宾竹与涡流金属直通管之间的涵套填充导热介质，防止热量散失。
本实用新型的固定式双重立体聚光集热器聚光集热技术，是利用聚光碗对太阳光进行大面积一次聚光，再经设置在聚光碗轴向中心的由分别面向东、南、西、北四个方向的四个二次聚光槽构成的聚光集热四方柱二次聚光；
二次聚集的太阳能由安装在二次聚光槽聚焦线上的全玻真空涵套余属直通份集热器接收。二次聚焦的太阳能焦斑线穿过涵套集热管中的真空玻璃套管外管，由镀在玻璃内管外表而的太阳能选择性吸收层吸收并转换成热能，通过导热介质加热涡流金属直通管内的传热工质，如改性硅油纳米膨胀石墨流体，或合成油纳米膨胀石墨流体，再由工质泵将加热后的传热工质泵入固液分离油/水换热蒸发器换热热生产蒸汽。
真空玻璃套管的外层玻璃管外表面涂覆减反射膜，内层玻璃外表面采用磁控溅射沉积多层MO-金属陶瓷膜，内外两层玻璃管同轴心套装，以弹簧卡支撑固定。内外层玻璃管之间的夹层，两端熔封，抽真空，夹层内配消气剂。
涵套集热管，选用标准6米管，即长度为6米，外层玻璃价管直径为115mm, 内层玻璃管直径为70mm,内外玻璃玻璃管均采用3.3mm厚硅硼玻璃，涡流金属直通管采用波纹铜管直径为60mm。
涵套内填充的导热介质，采用导热性好的固体粉末，如石墨粉，或纯铜粉，或铸铁粉，或碳化硅粉末，或多种导热固体粉末混合体，密封填充在真空玻璃套管与涡流金属管之间，起快速传热作用。本实施例选用石墨粉和碳化硅粉体混合封装填充在全玻璃真空套管和涡流余属直通管之间。
涡流金属直通管，采用导热性好的余属波纹管，或螺纹管，或球形换热管，承载传热工质，如硅油纳米膨胀石墨流体，或合成油纳米膨胀石墨流体，构建换热环路。
绝热封头，由石棉垫圈、硅橡胶热圈、金属封套、外保温层、紧固扣件等组成，负责封装填充在全玻璃真空套管与涡流金属直通管之间的涵套填充导热介质，防止热量散失。
聚光槽，作为三次聚光器，选用复合抛物面聚光器，或圆锥槽式聚光器，并添加透明玻璃盖板或凸透镜，或菲涅尔透镜盖板，形成密闭聚光空间。具体采用钢板模压、抛光、镀铝而成的复合抛物面聚光器，开口宽度为1.2米，长度为6米，开口面添加透明玻璃盖板，玻璃盖板外表而涂覆减反射膜。密封箱体内聚焦安装涵套集热管。
工质泵，选用带变频器的隔膜泵，温度传感器协同，调控传热工质流量、流速，使集热场传热工质出口温度达到400℃左右。
纤维织物布水帘由11'麻棉织物制成垂直环形布帘。纤维管，采用吸湿散热性好的天然纤维或化学纤维织物，如棉、麻、聚酚等缝制成竹状，联接在上部金属盘管土的三通接口与底部的纤维管簇固定底座之间，垂直均布在管帘换热系统内，形成蜂窝状阵列。
布汽管，为环形穿孔管，安装在管帘换热系统底部的纤维管簇固定底座下，发电作功后的过热蒸汽由此进入管帘换热系统散热换热。
换热塔外壳由钢板焊接而成，外层包覆石棉保温层直径10米，高18米。
系统技术性能参数:
应用例总占地面积：100亩
聚光碗:
上开口直径:20m 上开口直径:6m 高:5m
聚光槽:
开日宽度:1.2 高:6m
固定式双重立体聚光器:80个
汽轮发电机:1MW
供水泵流量:60-600吨/小时
太阳法向直射辐照度:1000W/m2
全年工作小时数(含蓄热):3000小时
全年发电量：300万(kw·h)
直饮水：150万吨
海盐：4.5万吨
自用电：60万(kw·h)，其中购自用电网10万(kw·h)
本实用新型的工作过程为：
本实用新型的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，采用固定式双重立体聚光集热器聚光集热，即由聚光碗一次聚光，形成聚光光斑柱；再经设置在聚光碗轴向中心的分别面向东、南、西、北四个方向的四个聚光槽构成的聚光集热四方柱二次聚光，聚集的太阳能由安装在透明玻璃盖板封闭的聚光槽聚焦线上的涵套集热管接收。二次聚焦的太阳能热斑线穿过涵套集热管中的真空玻璃套管玻璃外管，由镀覆在真空玻璃套管玻璃内管外表面的太阳能选择性吸收层吸收并转换热能，通过导热介质加热涡流金属直通管内的传热工质，如合成油纳米膨胀石墨流体，再由带变顿器的工质泵将加热后的传热工质泵入过热器和固液分离油/水换热蒸发系统换热产生高温蒸汽，换热冷却后的传热工质再沿传热工质管流动至固定式双重立体聚光集热器中的涵套集热管内循环吸热。
当太阳光强度达到系统启动要求时，工质泵抽取传热工质(合成油纳米膨胀石墨流体)进入固定式双重立体聚光集热器中聚光槽内涵套集热管中的的涡流金属直通管，与涵套内填充的导热介质换热，带走聚光碗和聚光槽二次聚集的太阳能，经缓冲箱，先进入过热器的换热盘与固液分离油/水换热蒸发系统产生的高温蒸汽逆流换热。然后，进入固液分离油/水换热蒸发系统中的传热工质散热片与纤维织物布水帘上的二次预热海水换热，再进入膨胀箱,回到工质泵进行再循环。
80个固定式双重立体聚光集热器分四个回路聚光集热，由集热场热能调控系统调配，工质泵通过温度传感器、变频器，根据太阳光强弱变化调节传热工质流速、流量，蓄热罐既能储存系统运行四个小时以上的热能，又能调调节系统的热负荷变化，提供1MW汽轮发电机较长时间均衡运行以及每小 500吨海水淡化所需要的热能。
海水从给水进口在换热套管中与冷疑水逆流换热后，进入蒸汽冷凝换热系统的锯齿布水槽满溢顺纤维织物布水槽流下，形成水幕与余热蒸汽散热片中的二次余热蒸汽换热，由循环风系统47强制对流，强化换热，换热产生的三次余热蒸汽被第一抽汽泵进入固液分离油/水换热蒸发系统的喷汽管，海水与二次余热蒸汽换热后得到的一次预热海水由第一水泵抽提进入管帘换热系统中的布水管，经三通沿纤维管喷淋顺流下，与喷汽管喷出的三次余热蒸汽和顺布汽管喷出的一次余热蒸汽换热，换热后得到的二次余热蒸汽被风机抽入蒸汽冷凝换热系统中的余热蒸汽换热片，管帘换热系统中与一次余热蒸汽换热后得到的二次预热海水经第二水泵抽提，部分进入布水管循环喷淋蒸发，另一部分进入固液分离油/水换热蒸发系统中的第二锯齿布水槽，二次预热海水经满溢第二锯齿布水槽沿第二纤维织物布水帘顺流而下，与传热工质散热片的传热工质换热，得到浓盐水，浓盐水进入固液分离滤渗池沉淀、过滤，分离出的固体海盐经排盐口排出装袋，浓缩液经循环水泵36抽提再次进入锯齿布水槽循环蒸发。固液分离油/水换热蒸发系统产生的高温蒸汽，经排汽口进入过热器被传热工质再加热得到一次余热蒸汽，一次余热蒸汽送入汽轮发电机后进入管帘换热系统换热，迅速降压、降温，提高发电效率，同时，管帘换热系统大面积蒸发浓缩海水，形成的二次余热蒸汽进入蒸汽冷凝换热系统中的余热蒸汽散热片散热、冷凝，得到冷凝水，冷凝水再经换热套管与新进海水进一步换热冷却，从冷凝水出口排出。
每天上午，太阳光达到一定强度时，首先启动传热工质循环系统，系统预热，太阳光强度达到海水淡化所要求的热能要求时，关闭发电控制阀，打开淡化阀,启动海水淡化系统，对海水进行淡化，同时蓄热罐蓄热，太阳强度达到发电要求时，关闭淡化阀,打开发电控制阀，启动发电系统，汽轮发电机进行发电，并利用余热实现海水淡化；下午太阳光强减弱蓄热热能已使用完毕时，关闭发电控制阀，打开淡化阀,并关闭发电系统切换至海水淡化，充分利用余热并使系统冷却至常温状态以后，关闭全系统，全过程实现全自动控制。
以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，包括聚光集热系统(1)、过热器(2)、布帘换热蒸发系统、汽轮发电机(6)和蓄热罐(10)；
所述布帘换热蒸发系统包括固液分离油/水换热蒸发系统(3)、蒸汽冷凝换热系统(4)和管帘换热系统(5)；
聚光集热系统(1)用于利用太阳能对传热工质进行加热，并将加热后的传热工质输送至过热器(2)，过热器(2)用于使传热工质与高温蒸汽进行换热，得到高温过热蒸汽，并将高温过热蒸汽经由汽轮发电机(6)后的一次余热蒸汽输送至管帘换热系统(5)，将传热工质输送至固液分离油/水换热蒸发系统(3)；
蓄热罐(10)的两端分别连接聚光集热系统(1)的传热工质入口端和传热工质出口端，蓄热罐(10)用于利用传热工质存储热能，以及根据总装置的热负荷变化，向汽轮发动机提供热能；
汽轮发电机(6)用于利用一次余热蒸汽进行发电；
固液分离油/水换热蒸发系统(3)利用第二布帘换热机构使传热工质和三次余热蒸汽与二次预热海水进行换热，得到浓缩海水和高温蒸汽，并对浓缩海水进行过滤和沉淀得到固体海盐，并将高温蒸汽输送至过热器(2)，将传热工质输送至聚光集热系统(1)；
蒸汽冷凝换热系统(4)利用第一布帘换热机构使二次余热蒸汽与海水进行换热，得到初步预热海水和三次余热蒸汽，并将初步预热海水输送至管帘换热系统(5)，将三次余热蒸汽输送至固液分离油/水换热蒸发系统(3)；蒸汽冷凝换热系统(4)还用于对二次余热蒸汽进行冷凝得到蒸馏水；
管帘换热系统(5)利用第三布帘换热机构使初步预热海水与一次高温余热蒸汽进行换热得到二次预热海水和二次余热蒸汽，并将二次预热海水输送至固液分离油/水换热蒸发系统(3)，将二次余热蒸汽输送至蒸汽冷凝换热系统(4)。
2.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，聚光集热系统(1)用于利用太阳能与传热工质进行换热，聚光集热系统(1)中的传热工质出口端通过缓冲箱(7)连接至过热器(2)传热工质入口端外侧，过热器(2)传热工质入口端内侧通过换热盘连接过热器(2)传热工质出口端内侧，过热器(2)传热工质出口端外侧连接固液分离油/水换热蒸发系统(3)的蒸发系统传热工质入口端外侧，蒸发系统传热工质入口端内侧通过传热工质散热片(31)连接至蒸发系统传热工质出口端内侧，蒸发系统传热工质出口端外侧通过膨胀箱(8)连接至工质泵(9)入口端，工质泵(9)出口端连接聚光集热系统(1)中的传热工质入口端；
所述蒸汽冷凝换热系统(4)包括第一布帘换热机构、余热蒸汽换热片(42)和第一集水槽(41)，所述第一布帘换热机构包括第一海水入口端，第一布帘换热机构用于使第一海水入口端进入的海水与余热蒸汽换热片(42)中的二次余热蒸汽进行换热得到三次余热蒸汽和初步预热海水，并使二次余热蒸汽冷凝产生蒸馏水，冷凝产生的蒸馏水由蒸汽冷凝换热系统(4)的冷凝水出口流出；第一布帘换热机构下端设置有第一集水槽(41)，第一集水槽(41)用于盛放初步预热海水，第一集水槽(41)连接第一水泵(43)入口端，第一水泵(43)出口端连接管帘换热系统(5)的海水入口端；
所述余热蒸汽换热片(42)包括第一蒸汽入口端和第一蒸汽出口端，所述第一蒸汽入口端通过风机(54)连接管帘换热系统(5)，所述第一蒸汽出口端外侧通过第一抽汽泵(44)连接至固液分离油/水换热蒸发系统(3)的喷汽管(33)，第一抽汽泵(44)用于将三次余热蒸汽抽吸至固液分离油/水换热蒸发系统(3)；
过热器(2)蒸汽出口端内侧通过换热盘连接过热器(2)蒸汽入口端内侧，过热器(2)蒸汽入口端外侧通过第二抽汽泵连接固液分离油/水换热蒸发系统(3)的排汽口，过热器(2)换热盘用于使传热工质与高温蒸汽进行换热，得到一次余热蒸汽；过热器(2)蒸汽出口端外侧通过汽轮发电机(6)连接管帘换热系统(5)蒸汽入口端；
所述管帘换热系统(5)包括第三布帘换热机构、布汽管(51)和第二集水槽(53)，所述第三布帘换热机构包括第三海水入口端，所述第三布帘换热机构设置在布汽管(51)上方且用于使第三海水入口端进入的初步预热海水与布汽管(51)喷出的一次余热蒸汽进行换热得到二次预热海水，第三布帘换热机构的下方设置有第二集水槽(53)，第二集水槽(53)用于盛放二次预热海水，第二集水槽(53)连接第二水泵(55)入口端，第二水泵(55)出口端连接管帘换热系统(5)的布水管(52)入口端和固液分离油/水换热蒸发系统(3)的海水入口端；
布汽管(51)喷出的一次余热蒸汽与初步预热海水进行换热后得到二次余热蒸汽，所述管帘换热系统(5)上方设置有第三蒸汽出口端，所述第三蒸汽出口端通过风机(54)连接至第一蒸汽入口端，所述风机(54)用于将二次余热蒸汽由第三蒸汽出口端抽吸至第一蒸汽入口端；
所述固液分离油/水换热蒸发系统(3)包括第二布帘换热机构、传热工质散热片(31)和固液分离滤渗池(32)，所述第二布帘换热机构的包括第二海水入口端，第二布帘换热机构用于使第二海水入口端进入的二次预热海水与传热工质散热片(31)进行换热，得到高温蒸汽和浓缩海水，固液分离油/水换热蒸发系统(3)的下端设置有固液分离滤渗池(32)，固液分离滤渗池(32)用于盛放浓缩海水，并对浓缩海水进行过滤和沉淀，得到固体海盐；
所述固液分离油/水换热蒸发系统(3)还包括喷汽管(33)和第二排汽口，所述设置在第二布帘换热机构下方，用于使三次余热蒸汽与二次预热海水进行换热，所述第二排汽口排汽口设置在第二布帘换热机构上端，第二抽汽泵设置在第二排汽口外侧且用于将高温蒸汽抽吸至过热器(2)；
所述第一布帘换热机构、第二布帘换热机构和第三布帘换热机构均采用吸湿散热性好的布帘作为换热界面。
3.根据权利要求2所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，第一布帘换热机构包括第一锯齿布水槽(45)和第一纤维织物布水帘(46)，第一锯齿布水槽(45)为钢板制成的锯齿状出口堰的满溢水槽且设置在第一纤维织物布水帘(46)和余热蒸汽换热片(42)正上方；第一锯齿布水槽(45)连接蒸汽冷凝换热系统(4)的海水入口端内侧；
第二布帘换热机构包括第二锯齿布水槽(34)和第二纤维织物布水帘(35)；第二锯齿布水槽(34)为钢板制成的锯齿状出口堰的满溢水槽且设置在第二纤维织物布水帘(35)和传热工质散热片(31)正上方，第二锯齿布水槽(34)连接固液分离油/水换热蒸发系统(3)的海水入口端。
4.根据权利要求2所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，第三布帘换热机构为纤维管帘阵列，纤维管帘阵列包括布水管(52)、纤维管(56)和纤维管簇固定底座，布水管(52)设置在布汽管(51)正上方，布水管(52)为金属管且在管帘换热系统内上部的水平方向呈轮辐状均匀分布，每根布水管(52)上均设置有多个三通，三通的两个水平端均连接布水管(52)，三通的垂直端与纤维管(56)上端连接，纤维管(56)下端安装在纤维管簇固定底座上，纤维管(56)由吸湿散湿性好的天然纤维或化学纤维织物制成，即采用棉、或麻、或聚酯纤维制成管状，纤维管(56)垂直联接在布水管(52)和纤维管簇固定底座之间；多束纤维管(56)在管帘换热系统(5)内均匀分布，形成蜂窝状阵列；布汽管(51)设置在纤维管(56)下方，布汽管(51)连接管帘换热系统(5)的蒸汽入口端内侧，布水管(52)连接管帘换热系统(5)的海水入口端内侧。
5.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，汽轮发电机(6)入口端设置有发电控制阀(61)，汽轮发电机(6)和发电控制阀(61)的串联通路还与联通管道并联，联通管道上设置有淡化阀(62)。
6.根据权利要求1所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，聚光集热系统(1)包括多个固定式双重立体聚光集热器，固定式双重立体聚光集热器包括聚光碗(11)和聚光集热四方柱(12)，聚光集热四方柱(12)设置在聚光碗(11)中心位置，聚光碗(11)为内侧为反光面的碗状结构，聚光碗(11)用于将太阳光聚集到聚光集热四方柱(12)上，聚光集热四方柱(12)的底面固定在聚光碗(11)上，且四个侧面上均开有聚光槽(13)，聚光槽(13)为内侧为反光面的圆弧面且轴线与聚光集热四方柱(12)平行，聚光槽(13)内设置有涵套集热管(14)，聚光槽(13)外侧设置有玻璃盖板，聚光槽(13)用于将太阳光聚集到涵套集热管(14)上，涵套集热管(14)用于利用太阳能对传热工质进行加热。
7.根据权利要求6所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，涵套集热管(14)包括真空玻璃套管(15)和涡流金属直通管(16)，真空玻璃套管(15)上下两端通过绝热封头(17)安装在涡流金属直通管(16)外侧，真空玻璃套管(15)的内层玻璃管和涡流金属直通管(16)之间的间隙内填充有导热介质(18)，所有涵套集热管(14)的涡流金属直通管(16)均首尾顺次相连形成连通管道，连通管道内填充有传热工质，连通管道的一端为聚光集热系统(1)中的传热工质出口端，另一端为聚光集热系统(1)中的传热工质入口端。
8.根据权利要求7所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，绝热封头(17)通过螺栓(19)和紧固垫圈安装在涡流金属直通管(16)上，绝热封头(17)包括由内到外顺次设置的石棉层(171)、橡胶层(172)、金属封套层(173)和外保温层(174)。
9.根据权利要求2所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，还包括换热套管(101)，蒸汽冷凝换热系统(4)的冷凝水出口经由换热套管(101)流出，海水经由换热套管(101)与冷凝水换热后再进入蒸汽冷凝换热系统(4)的海水入口端。
10.根据权利要求2所述的太阳能海水淡化提盐及发电一体化系统，其特征在于，工质泵为带变频器的隔膜泵且连接温度传感器，变频器用于根据温度传感器的检测结果控制工质泵的功率。
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