CN209835685U - 一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统，系统包括浮岛壳体，螺旋管换热器，淡水水箱，固定锚，过滤网，单向阀，喷射器，曝气盘，导流筒，压缩机支架，吸气阀，压缩机，排气阀，变速齿轮箱，风机，丝网除沫器，淡水泵。本实用新型采用耦合型风力系统作为海水淡化系统的驱动能源，并采用压缩空气高温携湿、低温除湿的技术措施实现海水淡化。本实用新型的浮岛式耦合型风力海水淡化系统具有设备投资小、能源利用效率高、操作条件温和、设备不易结垢、维护量小等特点，尤其适用于驻防海岛、沿海地区等小规模海水淡化需求场合。

Description

一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统

技术领域

本实用新型涉及一种海水淡化系统，尤其涉及一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统，属于海水淡化技术领域。

背景技术

水资源短缺是影响我国社会经济发展的重要因素。在我国，东部沿海地区和一些远离大陆的海岛地区的淡水资源严重匮乏，同时缺乏常规电力资源，但沿海地区的风力资源十分丰富，据调查，我国东部沿海地区的风能密度达200W/m²，全年3.5m/s以上的风速累计时长达7000～8000h。如将风能合理的用于海水淡化，这对解决沿海、海岛等淡水缺乏地区的淡水资源短缺具有重要现实意义。

目前，海水淡化的主流应用技术包括：多级闪蒸法(MSF)、多效蒸馏法(MED)和反渗透法(RO)。上述三种海水淡化方法多适用于大体量的海水淡化生产企业，具有生产流程长、配套设备多、系统能源消耗量大等特点。而在沿海岛屿等边远地区，电网基础薄弱，一定程度上限制了上述海水淡化技术与系统的实际应用。

风能海水淡化技术分为直接耦合型风力海水淡化和间接风力发电海水淡化技术两类。其中，风力发电海水淡化技术是将风能转换为电能、再利用电能驱动淡化装置制取淡水，其运行过程能量转换环节较多，风能利用率较低，此外，风力发电机组的投资比例约占整个风电系统的75％，使得风力发电海水淡化系统投资较大。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供了一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统。

一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于：包括浮岛壳体、风力驱动系统、气体压缩系统、换热系统、气体循环系统、淡水收集系统；所述风力驱动系统包括风机和变速齿轮箱；所述气体压缩系统包括吸气阀、压缩机和排气阀；所述换热系统包括换热器；所述气体循环系统包括单向阀、喷射器、曝气盘、导流筒；所述淡水收集系统包括淡水箱和淡水泵；所述风力驱动系统用于驱动气体压缩系统对湿空气进行压缩升温，压缩后湿空气经换热系统进行换热冷凝出淡水进入淡水收集系统，剩余气体经气体循环系统实现循环。

所述浮岛壳体为顶面密封、底面敞开的半封闭式圆锥台状结构，浮岛壳体由内置保温夹层外喷防腐涂层的多层复合材料制作而成；浮岛壳体的外侧壁设有用于固定浮岛壳体的固定锚；浮岛壳体内的底侧壁位置设有楔形环状的淡水水箱；淡水水箱侧壁设有气水混合物进口、气体出口及淡水出口；浮岛壳体顶部设有出气孔，出气孔前设置所述丝网除沫器；浮岛壳体顶面平台安装压缩机支架；所述导流筒同轴安装于浮岛壳体的内部中间位置处。

所述风机为水平安装的两叶、三叶或多叶式风机，风机轴与所述变速齿轮箱的低速轴连接；变速齿轮箱的高速输出轴与所述压缩机相连；所述风机、变速齿轮箱、压缩机均安装于压缩机支架上。压缩机的吸气口与浮岛壳体顶部的出气孔相连，并在连接管道上安设吸气阀；压缩机的排气口与所述螺旋管换热器的进口相连，并在连接管道上安设所述排气阀；螺旋管换热器的出口与淡水水箱的气水混合物进口相连；淡水水箱的气体出口与所述喷射器的喷射口相连，并在此连接管路上安装所述单向阀，喷射器的引射口与浮岛壳体顶部的气相空间相连通；喷射器的出口与所述曝气盘相连；曝气盘安装于导流筒的底部端口位置处。

所述淡水水箱的淡水出口与所述淡水泵相连。

优选地：

所述压缩机为罗茨式、螺杆式或离心式压缩机；

所述丝网除沫器为SP型金属或高分子材料的丝网；

所述螺旋管换热器所使用的换热管采用内翅片式换热管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型采用耦合型风力系统作为海水淡化系统的驱动能源，系统运行绿色环保；与分离型风电系统相比，本实用新型不需配套昂贵的发电设备，系统直接将风能转化为压缩机运行所需的机械能，能源转化效率高，系统结构紧凑，设备初投资小；

2)本实用新型采用压缩空气高温携湿及低温除湿技术原理实现海水淡化，压缩后的湿空气在螺旋管换热器处冷却放热并产生淡水，空气降温及蒸汽冷凝的热量用于对浮岛壳体内的海水加热升温，以提高空气在海水中的携湿能力，系统能量利用合理高效；

3)本实用新型浮岛壳体采用了半封闭的圆锥台形结构设计，系统运行时浮岛壳体内的海水在高度方向上存在温度梯度，上层海水温度较高，浮岛壳体上部的渐缩口有助于汇集表层高温海水，便于提高循环空气自海水中溢出时的温度及携湿能力；浮岛壳体下部的渐扩口有利于高盐分海水的沉降与扩散；

4)本实用新型的浮岛式耦合型风力海水淡化系统，可通过调节淡水水箱水量及浮岛壳体内空气腔体气量对浮岛浸没深度进行调整，以便于拖船对浮岛的牵引与移动，机动性较强；此外，本实用新型还具有设备投资小、能源利用效率高、操作条件温和、设备不易结垢、维护量小等特点，尤其适用于驻防海岛、沿海地区等小规模海水淡化需求场合。

附图说明

图1为本实用新型的一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统原理图

图2为本实用新型的一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统A-A视图

图3为本实用新型运行时浮岛内海水流场分布示意图

图中，1为浮岛壳体，2为螺旋管换热器，3为淡水水箱，4为固定锚，5为过滤网，6为单向阀，7为喷射器，8为曝气盘，9为导流筒，10为压缩机支架，11为吸气阀，12为压缩机，13为排气阀，14为变速齿轮箱，15为风机，16为丝网除沫器，17为淡水泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，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。

实施例1

如图1及图2所示，一种风力驱动式盐田卤水蒸发系统，系统包括浮岛壳体1，螺旋管换热器2，淡水水箱3，固定锚4，过滤网5，单向阀6，喷射器7，曝气盘8，导流筒9，压缩机支架10，吸气阀11，压缩机12，排气阀13，变速齿轮箱14，风机15，丝网除沫器16，淡水泵17。

所述浮岛壳体1为顶面密封、底面敞开的半封闭式圆锥台状结构，浮岛壳体材料采用20cm的聚氨酯发泡保温板制作，为了防止海水腐蚀，保温板的端板采用钛板并在表面喷涂高分子防腐涂层。浮岛壳体上端面直径为2m，下端口径直径为7m，高为9m；浮岛壳体的外侧壁均匀设有3个用于固定浮岛壳体的固定锚4；浮岛壳体内的底侧壁位置设有楔形环状的淡水水箱3；有效储水容积约7m³；淡水水箱侧壁设有气水混合物进口、气体出口及淡水出口；浮岛壳体顶部设有出气孔，出气孔前设置所述丝网除沫器16；浮岛壳体外侧的顶面平台安装压缩机支架10；所述导流筒9为钛板制作的筒状结构，同轴安装于浮岛壳体的内部中间位置处。所述风机15为水平安装三叶式风机；所述变速齿轮箱14的变速比为1:30；风机轴与变速齿轮箱的低速轴连接，变速齿轮箱的高速输出轴与所述压缩机12相连；压缩机采用LC43型罗茨压缩机，其额定抽气量为4.3m³/s；所述风机、变速齿轮箱、压缩机均安装于压缩机支架上；压缩机的吸气口与浮岛壳体顶部的出气孔相连，并在连接管道上安设吸气阀11；压缩机的排气口与所述螺旋管换热器2的进口相连，并在连接管道上安设所述排气阀13；所述螺旋管换热器的换热管采用内置翅片的钛材换热管制作；螺旋管换热器的出口与淡水水箱的气水混合物进口相连；淡水水箱的气体出口与所述喷射器7的喷射口相连，并在此连接管路上安装所述单向阀6，喷射器的引射口与浮岛壳体顶部的气相空间相连通；喷射器的出口与所述曝气盘8相连；曝气盘安装于导流筒的底部端口位置处，曝气盘采用烧结多孔钛合金板制作。所述淡水泵17置于用户侧，与淡水水箱3的淡水出口相连，淡水泵类型采用自吸泵。

本实施例的工作原理如下：

在风机15驱动下，压缩机12高速运行，压缩机压缩并加热浮岛壳体内的湿空气，压缩后的温度约150℃的湿空气通过螺旋管换热器2散热降温，湿空气达到露点温度后开始析出淡水；空气降温显热及水分冷凝的潜热放热通过螺旋管换热器不断加热浮岛壳体内的海水，海水温度逐渐升高。螺旋管换热器出口汽水混合物进入淡水水箱3，经汽水分离作用后，淡水落入淡水水箱，高压空气经单向阀6进入喷射器7，高速进气通过文丘里效应引射浮岛壳体顶部的空气，喷射器出口空气通过曝气盘8通入海水内，空气在海水上升过程中被导流筒9导流，由于导流筒内外的气相含率存在差异(导流筒内的气相含率高，导流筒外的气相含率低)，在导流筒内外海水密度差的作用下海水形成如图3所示的立体环状流动，环流海水不断冲刷螺旋管换热器的外壁面，提高了螺旋管换热器的换热效率。空气气泡在海水中上浮的过程中，由于海水的水蒸气分压远大于湿空气的蒸汽分压，因此，在气泡的“气-液”边界层上大量水分子向气泡内迁移，实现了循环空气在海水中的携湿，携湿后的湿空气再次进入压缩机并开始下一周期循环。

系统稳定运行后，浮岛壳体内的海水上下存在一定的温度梯度分布，上层海水温度可达60～70℃，浮岛壳体下部的海水温度为30～40℃；通过喷射泵的引射循环，自海水溢出的循环空气的相对湿度达100％，LC43型压缩机额定工况(980rpm)的携湿能力为1.44kg水/s；湿空气在螺旋管换热器冷却至35℃时的除湿量为1.25kg/s，即本实施例的系统每小时最多可制取淡水4.5t。

本实施例运行时，浮岛壳体的液位高度通过其内部空气储量多少进行调节，当液位过低时，开启压缩机出口的排气阀13，减少浮岛壳体内的空气量；当液位过高时，开启压缩机进气口的吸气阀11，增加浮岛壳体内的空气量。

本实施例采用耦合型风力系统作为海水淡化系统的驱动能源，与分离型风电系统相比，本实用新型不需配套昂贵的发电设备，系统直接将风能转化为压缩机运行所需的机械能，能源转化效率高，设备初投资小；采用压缩空气高温携湿技术原理实现海水淡化，系统能量利用合理高效。此外，本实施例还具有操作条件温和、设备不易结垢、维护量小等特点，尤其适用于驻防海岛、沿海地区等小规模海水淡化需求场合。

尽管上文结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，包括：浮岛壳体、风力驱动系统、气体压缩系统、换热系统、气体循环系统、淡水收集系统；所述风力驱动系统包括风机和变速齿轮箱；所述气体压缩系统包括吸气阀、压缩机和排气阀；所述换热系统包括换热器；所述气体循环系统包括单向阀、喷射器、曝气盘、导流筒；所述淡水收集系统包括淡水箱和淡水泵；所述风力驱动系统用于驱动气体压缩系统对湿空气进行压缩升温，压缩后湿空气经换热系统进行换热冷凝出淡水进入淡水收集系统，剩余气体经气体循环系统实现循环。

2.如权利要求1所述浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，所述浮岛壳体为顶面密封、底面敞开的半封闭式圆锥台状结构，浮岛壳体的外侧壁设有用于固定浮岛壳体的固定锚；浮岛壳体内的底侧壁位置设有淡水水箱。

3.如权利要求2所述浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，所述淡水水箱侧壁设有气水混合物进口、气体出口及淡水出口；浮岛壳体顶部设有出气孔，出气孔前设置丝网除沫器；浮岛壳体顶面平台安装压缩机支架；所述导流筒同轴安装于浮岛壳体的内部中间位置处。

4.如权利要求3所述浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，风机轴与所述变速齿轮箱的低速轴连接；变速齿轮箱的高速输出轴与所述压缩机相连；所述风机、变速齿轮箱、压缩机均安装于压缩机支架上。

5.如权利要求4所述浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，所述浮岛壳体顶部设有出气孔，底部设有过滤网，压缩机的吸气口与浮岛壳体顶部的出气孔相连，并在连接管道上安设吸气阀；压缩机的排气口与所述换热器的进口相连，并在连接管道上安设所述排气阀。

6.如权利要求5所述浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，换热器的出口与淡水水箱的气水混合物进口相连；淡水水箱的气体出口与所述喷射器的喷射口相连，并在此连接管路上安装所述单向阀，喷射器的引射口与浮岛壳体顶部的气相空间相连通；喷射器的出口与所述曝气盘相连；曝气盘安装于导流筒的底部端口位置处；所述淡水水箱的淡水出口与所述淡水泵相连。

7.如权利要求6所述浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，所述淡水水箱为楔形环状。

8.如权利要求7所述的浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，所述风机为水平安装的两叶、三叶或多叶式风机。

9.如权利要求8所述的浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，所述压缩机为罗茨式、螺杆式或离心式压缩机。

10.如权利要求9所述的浮岛式耦合型风力海水淡化系统，其特征在于，所述换热器为螺旋管换热器，所使用的换热管采用内翅片式换热管。