專利名稱：一種太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置及方法，屬于海水淡化(含內(nèi)陸苦咸水淡化)技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明還可用于污水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展在東南沿海經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)地區(qū)，淡水資源緊缺問題突顯，北京、上海、天津、青島等地因過度抽采地下水已發(fā)生地面沉降問題。為此從80年代開始，國家先后開展了引灤入津、引黃濟(jì)青、南水北調(diào)等遠(yuǎn)程調(diào)水工程。遠(yuǎn)程引水工程，除了巨額的投資之外，還要占用大量耕地，還存在被引水地區(qū)的環(huán) 境危害等問題。如引黃濟(jì)青(島)工程，占地達(dá)6. 2萬畝，還會(huì)造成黃河斷流、植被破壞等生態(tài)環(huán)境問題，而生態(tài)環(huán)境的破壞在經(jīng)濟(jì)上是難以估量的。一些沿海城市諸如青島、?？?、陵水等，城市的形成源于其靠近淡水河，但由于海潮的漲落，臺(tái)風(fēng)的光臨，海水往往浸入河口內(nèi)約30-50公里，海邊城市旁的淡水河內(nèi)實(shí)質(zhì)是稀釋海水，是質(zhì)量打折扣的淡水。21世紀(jì)，除去能源危機(jī)，C02減排的環(huán)保壓力，還會(huì)有淡水資源匱乏的危機(jī)，以科學(xué)、環(huán)保的方法掌握更多淡水資源意味著國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，也意味著國民的生活富裕程度。長期以來，利用各種熱能對海水加熱，產(chǎn)生蒸汽，再使蒸汽冷凝為淡水，一直是海島、沿海岸居民，乃至遠(yuǎn)洋船舶獲取淡水的重要方法。太陽能具有分布廣泛、儲(chǔ)量無限、收集利用清潔、C02零排放，屬可再生能源的優(yōu)點(diǎn)也引起人們廣泛關(guān)注；但其分散，受天氣影響較大，能量匯集不穩(wěn)定、不連續(xù)等，又在利用上存在種種問題。因此尋找技術(shù)途徑，高效地收集太陽能熱并晝夜連續(xù)運(yùn)行來進(jìn)行海水淡化，就成為解決淡水資源匱乏的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置及方法，能夠在沿海地區(qū)、內(nèi)陸苦咸水地區(qū)，晝夜不間斷地、更環(huán)保地生產(chǎn)淡水，解決該地區(qū)的淡水匱乏問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置，由海水凈化系統(tǒng)、海水除鹽系統(tǒng)組成；其特征在于海水除鹽系統(tǒng)主要包括太陽能聚光集熱裝置、太陽能蓄熱罐、凈海水加熱器以及至少一級海水閃蒸器，海水閃蒸器主要由閃蒸器本體與海水冷卻器構(gòu)成；其中，太陽能聚光集熱裝置的導(dǎo)熱介質(zhì)腔與太陽能蓄熱罐、以及凈海水加熱器中的導(dǎo)熱介質(zhì)換熱器順次封閉連通構(gòu)成導(dǎo)熱介質(zhì)循環(huán)路徑；海水凈化系統(tǒng)的總凈海水出口與凈海水加熱器和海水冷卻器分別連通；凈海水加熱器的海水出口與閃蒸器本體連通；閃蒸器本體設(shè)置濃鹽水出口、淡水出口和蒸汽出口，蒸汽出口經(jīng)海水冷卻器中的蒸汽換熱器后同淡水出口一同匯集于淡水總管，淡水總管末端的密閉式淡水儲(chǔ)罐與真空泵連通，濃鹽水出口與制鹽廠管道連通；海水冷卻器的海水出口經(jīng)閃蒸器本體中的本體冷凝器后與海水加熱器連通；存在至少兩級海水閃蒸器時(shí)，前級閃蒸器本體的濃鹽水出口與下級閃蒸器本體連通，最后一級閃蒸器本體的濃鹽水出口與制鹽廠管道連通；各級閃蒸器本體內(nèi)壓力依次逐級降低形成負(fù)壓。按上述技術(shù)方案，在凈海水加熱器海水出口與閃蒸器本體之間設(shè)置轉(zhuǎn)速可調(diào)的熱海水泵，凈海水加熱器海水出口經(jīng)熱海水泵后與閃蒸器本體上的節(jié)流裝置連通，節(jié)流裝置位于液面之上；閃蒸器本體內(nèi)部，節(jié)流裝置上方設(shè)置消沫器，消沫器上方設(shè)置淡水儲(chǔ)盤，淡水儲(chǔ)盤上設(shè)置本體冷凝器；蒸汽出口位于閃蒸器本體頂部，淡水出口位于淡水儲(chǔ)盤之上，濃鹽水出口位于節(jié)流裝置之下。按上述技術(shù)方案，凈海水加熱器內(nèi)還設(shè)置海水溫度傳感器和備用換熱器，所述備用換熱器的熱源為熱油爐、電加熱爐、鍋爐煙氣余熱、或汽機(jī)乏汽余熱。按上述技術(shù)方案，在太陽能蓄熱罐和凈海水加熱器中的換熱器間設(shè)置熱液泵。 按上述技術(shù)方案，太陽能聚光集熱裝置是塔式太陽能集熱器、或拋物面槽式真空管集熱器、或全玻璃真空管集熱器、或熱管式真空管集熱器。按上述技術(shù)方案，海水凈化系統(tǒng)為多級凈化系統(tǒng)，順次包括進(jìn)行粗過濾的抽提海水井、海水滅菌澄清池、裝設(shè)有活性碳濾層和多纖維濾芯層的多級超濾池、以及用于除氧脫碳的海水除氧脫碳塔；多級超濾池與海水除氧脫碳塔之間設(shè)置凈海水池；海水除氧脫碳塔與總凈海水出口連通；抽提海水井通過海水提升泵與海水滅菌澄清池連通，海水滅菌澄清池通過一個(gè)海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵與多級超濾池連通，多級超濾池通過另一個(gè)海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵與凈海水池連通，凈海水池通過第三個(gè)海水泵與海水除氧脫碳塔連通，海水除氧脫碳塔通過凈海水泵與總凈海水出口連通；海水滅菌澄清池中添加有滅菌劑和絮凝劑。按上述技術(shù)方案，抽提海水井建于沙灘上，井口位于海水最高潮水線上方，井底面位于低潮時(shí)海平面下方數(shù)米；井壁采用多孔混凝土結(jié)構(gòu)，井壁外為碎石，碎石外由沙灘的砂粒填充。采用上述海水淡化裝置的海水淡化方法，其特征在于海水經(jīng)過多級凈化成為凈海水；太陽能聚光集熱裝置收集太陽光對導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，使太陽能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)熱介質(zhì)熱能，通過導(dǎo)熱介質(zhì)熱能持續(xù)不斷地加熱凈化后的凈海水到設(shè)定溫度，然后加熱后的熱凈海水輸往至少一級閃蒸器中進(jìn)行閃蒸，閃蒸過程中，保持各級閃蒸器本體內(nèi)壓力依次逐級降低形成負(fù)壓；閃蒸后的蒸汽經(jīng)冷凝分離出淡水，部分沒有一次冷凝的蒸汽經(jīng)海水冷卻器換熱后成為淡水；
閃蒸器底部沒有氣化的濃鹽水輸往制鹽廠；存在多級閃蒸器時(shí)，閃蒸器底部的濃鹽水依次流入后續(xù)各次級閃蒸器中，逐級閃蒸過程中再冷凝分離出淡水，沒有氣化的濃鹽水最終輸往制鹽廠；太陽能聚光集熱裝置收集太陽光熱能且利用導(dǎo)熱介質(zhì)加熱凈海水的同時(shí)，還將導(dǎo)熱介質(zhì)熱能儲(chǔ)存在太陽能蓄熱罐中，在夜晚或陰天時(shí)利用儲(chǔ)存的導(dǎo)熱介質(zhì)對凈海水進(jìn)行持續(xù)加熱。按上述技術(shù)方案，導(dǎo)熱介質(zhì)將凈海水加熱的設(shè)定溫度為55°C 70°C或?yàn)?0°C 120°C，太陽能聚熱器將導(dǎo)熱介質(zhì)加熱到178°C 600°C。按上述技術(shù)方案，導(dǎo)熱介質(zhì)將凈海水加熱的設(shè)定溫度為±70°C，太陽能聚熱器將導(dǎo)熱介質(zhì)加熱到275°C 395°C。
本發(fā)明采用高效太陽能聚熱器加熱導(dǎo)熱介質(zhì)(如導(dǎo)熱油、硅油、石臘、熔融鹽)，再用導(dǎo)熱介質(zhì)去加熱凈海水到設(shè)定溫度，既可避免太陽能聚熱器直接加熱海水的設(shè)備結(jié)垢問題，使海水閃蒸淡化設(shè)備運(yùn)行在最佳溫度參數(shù)，又可使太陽能聚熱設(shè)備也運(yùn)行在其最佳參數(shù)(將導(dǎo)熱介質(zhì)加熱到275°C 395°C，或178°C 600°C)，達(dá)到收集太陽能熱的效益最大化。同時(shí)，一般淡水廠需24小時(shí)不間斷供應(yīng)淡水，通過導(dǎo)熱介質(zhì)存儲(chǔ)太陽光熱能，就可以使晚上也能加熱海水，不間斷生產(chǎn)淡水。設(shè)置太陽能蓄熱罐的作用；一是為了夜晚多云天氣維持太陽能熱的輸出穩(wěn)定性，其次對于淡水供應(yīng)中心無論是民用還是工業(yè)用都要求24小時(shí)不間斷供水，蓄熱罐的作用就是為了盡可能多的存儲(chǔ)白天的太陽能用于晚上使用。抽提海水井建于沙灘上海水最高潮水線上方，井深低于低潮時(shí)海平面下方數(shù)米，井直徑大小應(yīng)滿足抽取海水量即可。這使得井中的海水已經(jīng)由沙灘的砂粒進(jìn)行了一定的初步自然過濾，排除了大部分的海洋生物及雜質(zhì)，而沙灘經(jīng)每天的潮起、潮落海水沖刷，沙灘、每天可自然地保持一定的清潔過濾能力。而在沙灘上打井的方法井壁可采用多孔混凝土結(jié)構(gòu)，井壁外為碎石，碎石外由沙灘的砂粒來填充構(gòu)造。在海水滅菌澄清池中添加滅菌劑(如氯氣)，殺滅海水中的浮游生物及微生物、菌類，再添加絮凝劑(如FeCl2,或明礬均可)，使海水靜置清澈，池上部的澄清液經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)泵輸入多級超濾池中，經(jīng)多級超濾成為凈海水儲(chǔ)存在凈海水池中待用。滅菌澄清池底部(海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵入口的下方)的沉渣，需定期沖洗(使用少量凈海水)清理，排往污水處理廠。多級超濾池也需定期使用凈海水，進(jìn)行反沖洗，以恢復(fù)各級過濾層的清潔過濾能力。海水除鹽系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，在海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵的驅(qū)動(dòng)下凈海水在除氧脫碳塔中還需進(jìn)一步脫除氧氣及CO2氣，因海水約含有3. 5%的鹽分，具有很強(qiáng)的腐蝕性，海水中含有的氧氣及CO2氣會(huì)加快設(shè)備的銹蝕，必需盡力脫除。凈海水加熱器是由加熱器容器，及容器內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)熱介質(zhì)換熱器、備用導(dǎo)熱介質(zhì)換熱器組成的。這其中設(shè)置導(dǎo)熱介質(zhì)換熱器是為了加熱海水到一定溫度(為此在凈海水加熱器內(nèi)設(shè)置了海水溫度傳感器，用于測量被加熱的海水溫度)，但如果遇到連陰雨天無陽光時(shí)，淡水供應(yīng)中心的24小時(shí)不間斷供水將受到挑戰(zhàn)，為此凈海水加熱器中還設(shè)置了備用換熱器，在遇到連陰雨季時(shí)可以利用各種輔助熱源(如熱油爐、電加熱爐、鍋爐煙氣余熱、汽機(jī)乏汽余熱等)來加熱海水，使淡水不間斷生產(chǎn)。閃蒸器是由閃蒸器本體及海水冷卻器組成的。閃蒸器本體內(nèi)從下到上設(shè)置有節(jié)流裝置、消沫器、淡水儲(chǔ)盤、本體冷凝器。閃蒸器本體設(shè)置的節(jié)流裝置使得熱海水進(jìn)入閃蒸器內(nèi)壓力突降，大量海水汽化，蒸汽上升，其中夾帶的較大海水液滴遇到消沫器(消沫器由網(wǎng)眼很細(xì)的絲網(wǎng)作成，如200目、或300目、或400目絲網(wǎng)，材質(zhì)為耐腐蝕材料，如不銹鋼絲、或鈦合金絲、或碳纖維絲……)被欄阻，通過消沫器的蒸汽遇到本體冷凝器，一部分冷凝為淡水落在淡水儲(chǔ)盤內(nèi)，輸往淡水罐，一部分蒸汽從閃蒸器頂部進(jìn)入海水冷卻器內(nèi)，因冷海水在冷卻器內(nèi)噴淋到蒸汽換熱器上，使蒸汽再次冷卻，釋放出潛熱，凝結(jié)為淡水輸往淡水罐。多級閃蒸器是由N個(gè)相同的單級閃蒸器組成，N為正整數(shù)，每個(gè)單級閃蒸器的淡水輸出管通過淡水母管相聯(lián)，通往密閉的淡水儲(chǔ)罐，真空泵入口管道連接儲(chǔ)水罐頂，真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可使各級閃蒸器內(nèi)壓力依次逐級降低形成負(fù)壓，這使得每級閃蒸器內(nèi)均可使熱海水容易汽化形成蒸汽，遇冷釋放出潛熱，凝結(jié)為淡水。閃蒸器底部的濃海水也可依次逐級降低溫度流入各次級閃蒸器中閃蒸，再凝結(jié)為淡水，而沒有汽化的濃鹽海水最終輸往制鹽廠。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來說明本發(fā)明。圖I是本發(fā)明的太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的海水抽提井局部構(gòu)造示意圖。圖I中，I是太陽能聚熱場，Ia是太陽能聚熱場的導(dǎo)流母管，母管內(nèi)有導(dǎo)熱介質(zhì)，2是太陽能蓄熱罐，2a是熱液泵，3是海水加熱器，3b是導(dǎo)熱介質(zhì)換熱器，3c是備用換熱器，3a是轉(zhuǎn)速可調(diào)的熱海水泵，T3e是設(shè)置在海水加熱器中的溫度傳感器，4是單級閃蒸器，其中N為正整數(shù)，N=I時(shí)，閃蒸器稱為I級閃蒸器，N=2時(shí)閃蒸器稱為2級閃蒸器，依此類推直到N級閃蒸器，通常N=3 9，最佳實(shí)施方式中取N=9，最右側(cè)的末級為9級閃蒸器，4a是節(jié)流裝置，裝于閃蒸器底部，4b是消沫器，4c是淡水儲(chǔ)盤，4d是本體冷凝器，4e是海水冷卻器，其內(nèi)設(shè)置蒸汽換熱器4f，5是密閉淡水儲(chǔ)罐，罐頂通過管道聯(lián)接有真空泵5a，5b是末級閃蒸器濃鹽水出口管道上設(shè)置的鹽水泵，6是海水滅菌澄清池，6a是抽提海水井，其建于沙灘上最高潮水線上方，井深低于低潮時(shí)海平面下方數(shù)米，井直徑適度(滿足抽取海水量即可)，6b是海水提升泵，6d是凈海水入口開關(guān)閥，6e是海水滅菌澄清池6的排污閥(打開6d、6e可輸入凈海水用于沖洗6底部的沉渣，6e的出口管道通往污水處理廠)，7是多級超濾池，7b是活性碳濾層，7c是多纖維濾芯層，7d是反沖洗凈海水輸入開關(guān)閥，7e是反沖洗排污閥(定期打開7d、7e可輸入凈海水用于沖洗7的各過濾層，恢復(fù)各過濾層的清潔濾污功能)，8是凈海水池，9是除氧脫碳塔，7a、8a是海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵，9a是凈海水泵。圖2中6b是海水提升泵，6a是海水抽提井，6al是海邊沙灘，6a2是海水最高潮水線，6a3是海水最低海平面線，6a4是有孔洞的多孔混凝土井壁，6a5是碎石礫，6a6是井底海砂，井底海砂會(huì)隨時(shí)間逐步堆高，需定期清理出井外。
具體實(shí)施方式
圖I、圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置，由海水凈化系統(tǒng)、海水除鹽系統(tǒng)組成；其特征在于海水除鹽系統(tǒng)主要包括太陽能聚光集熱裝置I、太陽能蓄熱罐2、凈海水加熱器3以及至少一級海水閃蒸器，海水閃蒸器主要由閃蒸器本體4與海水冷卻器4e構(gòu)成；其中，太陽能聚光集熱裝置I的導(dǎo)熱介質(zhì)腔與太陽能蓄熱罐2、以及凈海水加熱器3中的導(dǎo)熱介質(zhì)換熱器3b順次封閉連通構(gòu)成導(dǎo)熱介質(zhì)循環(huán)路徑；海水凈化系統(tǒng)中凈海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵9a的凈海水出口母管與凈海水加熱器3的入口和海水冷卻器4e分別連通；凈海水加熱器3的海水出口經(jīng)熱海水泵3a后與第I級閃蒸器本體的節(jié)流裝置4a入口連通；閃蒸器本體4設(shè)置濃鹽水出口、淡水出口和蒸汽出口，蒸汽出口經(jīng)海水冷卻器4e中的蒸汽換熱器4f后同淡水出口一同匯集于淡水總管，淡水總管末端的密閉淡水儲(chǔ)罐5與真空泵5a連通，濃鹽水出口經(jīng)濃鹽水泵5b后與制鹽廠管道連通；海水冷卻器4e的海水出口經(jīng)閃蒸器本體4中的本體冷凝器4d后與海水加熱器3的輸入母管連通；存在至少兩級海水閃蒸器時(shí)，海水凈化系統(tǒng)中凈海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵9a的凈海水出口母管與各閃蒸器的本體冷凝器4d的海水出口分別連通；前級閃蒸器本體4的濃鹽水出口與下級閃蒸器本體4的節(jié)流裝置4a入口連通，最后一級閃蒸器本體4的濃鹽水出口經(jīng)濃鹽水泵5b后與制鹽廠管道連通；各級閃蒸器本體4內(nèi)壓力依次逐級降低形成負(fù)壓。海水凈化系統(tǒng)為多級凈化系統(tǒng)，順次包括進(jìn)行粗過濾的抽提海水井6a、海水滅菌澄清池6、裝設(shè)有活性碳濾層和多纖維濾芯層的多級超濾池7、以及用于除氧脫碳的海水除氧脫碳塔9 ;多級超濾池7與海水除氧脫碳塔9之間設(shè)置凈海水池8 ;海水除氧脫碳塔9與總凈海水出口連通；抽提海水井6a通過海水提升泵6b與海水滅菌澄清池6連通，海水滅菌澄清池6通過一個(gè)海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵7a與多級超濾池7連通，多級超濾池7通過另一個(gè)海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵8a與凈海水池8連通，凈海水池8通過第三個(gè)海水泵8a與海水除氧脫碳塔9連通，海水除氧脫碳塔9通過凈海水泵9a與總凈海水出口連通；海水滅菌澄清池6中添加有滅菌劑和絮凝劑。采用上述海水淡化裝置的海水淡化方法，其特征在于海水經(jīng)過多級凈化成為凈海水；太陽能聚光集熱裝置收集太陽光對導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，使太陽能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)熱介質(zhì)熱能，通過導(dǎo)熱介質(zhì)熱能持續(xù)不斷地加熱凈化后的凈海水到設(shè)定溫度，然后加熱后的熱凈海 水輸往至少一級閃蒸器中進(jìn)行閃蒸，閃蒸過程中，保持各級閃蒸器本體內(nèi)壓力依次逐級降低形成負(fù)壓；閃蒸后的蒸汽經(jīng)冷凝分離出淡水，部分沒有一次冷凝的蒸汽經(jīng)海水冷卻器換熱后成為淡水；
閃蒸器底部沒有氣化的濃鹽水輸往制鹽廠；存在多級閃蒸器時(shí)，閃蒸器底部的濃鹽水依次流入后續(xù)各次級閃蒸器中，逐級閃蒸過程中再冷凝分離出淡水，沒有氣化的濃鹽水最終輸往制鹽廠；太陽能聚光集熱裝置收集太陽光熱能且利用導(dǎo)熱介質(zhì)加熱凈海水的同時(shí)，還將導(dǎo)熱介質(zhì)熱能儲(chǔ)存在太陽能蓄熱罐中，在夜晚或陰天時(shí)利用儲(chǔ)存的導(dǎo)熱介質(zhì)對凈海水進(jìn)行持續(xù)加熱。按上述技術(shù)方案，導(dǎo)熱介質(zhì)將凈海水加熱的設(shè)定溫度為55°C 70°C或?yàn)?0°C 120°C，太陽能聚熱器將導(dǎo)熱介質(zhì)加熱到178°C 600°C。按上述技術(shù)方案，導(dǎo)熱介質(zhì)將凈海水加熱的設(shè)定溫度為±70°C，太陽能聚熱器將導(dǎo)熱介質(zhì)加熱到275°C 395°C。利用太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置進(jìn)行海水淡化時(shí)，首先啟動(dòng)海水提升泵6b，從抽提海水井6a中抽取海水注入海水滅菌澄清池6中，由于海水井6a建于沙灘上最高潮水線6a2的上方，井深低于最低潮時(shí)海平面6a3，這使得井中的海水已經(jīng)由沙灘的砂粒進(jìn)行了一定的初步自然過濾，排除了大部分的海洋生物及雜質(zhì)，而沙灘經(jīng)每天的潮起、潮落海水沖刷，沙灘每天可自然地保持一定的清潔過濾能力。而在沙灘上打井的方法井壁可采用有孔洞的多孔混凝土結(jié)構(gòu)6a4,井壁外為碎石6a5,碎石外由沙灘的砂粒來填充構(gòu)造。在海水滅菌澄清池6中添加滅菌劑(如氯氣)，殺滅海水中的浮游生物及微生物、菌類，再添加絮凝劑(如FeCl2,或明礬均可)，使海水靜置清澈，池上部的澄清液經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)泵7a輸入多級超濾池7中，經(jīng)多級超濾成為凈海水儲(chǔ)存在凈海水池8中待用。滅菌澄清池6底部(7a入口的下方)的沉渣，需定期沖洗(使用少量凈海水)清理，排往污水處理廠。多級超濾池7也需定期使用凈海水，進(jìn)行反沖洗，以恢復(fù)各級過濾層的清潔過濾能力。海水除鹽系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，在8a海水泵的驅(qū)動(dòng)下凈海水在除氧脫碳塔9中還需進(jìn)一步脫除氧氣及CO2氣，因海水約含有3. 5%的鹽分，具有很強(qiáng)的腐蝕性，海水中含有的氧氣及C02氣會(huì)加快設(shè)備的銹蝕，必需盡力脫除。
海水淡化時(shí)，白天太陽能聚熱場I收集太陽光轉(zhuǎn)化為Ia中導(dǎo)熱介質(zhì)的熱能，并通過導(dǎo)熱介質(zhì)存儲(chǔ)熱能在儲(chǔ)熱罐2中，熱液泵2a驅(qū)動(dòng)導(dǎo)熱介質(zhì)從2中流向海水加熱器3中的換熱器3b中，使凈海水的溫度升高(通常為55°C 120°C均可)，本實(shí)施例設(shè)定為70°C，熱海水在可調(diào)速海水泵3a的驅(qū)動(dòng)下，輸往I級閃蒸器4中(調(diào)節(jié)熱海水泵3a的速度可控制輸往I級閃蒸器4的海水流量，從而可控制4的海水液面高低)，熱海水經(jīng)過節(jié)流裝置4a時(shí)，4中為負(fù)壓,壓力突然降低,熱海水中的水大量汽化,變?yōu)檎羝仙?蒸汽中夾帶的大粒海水滴，遇到消沫器被阻隔，落入閃蒸器底部，蒸汽上升到閃蒸器頂部，遇到本體冷凝器4d釋放出潛熱，一部分冷凝為淡水，落入到淡水儲(chǔ)盤4c中，經(jīng)管道匯流到淡水罐，另一部分未冷凝的蒸汽進(jìn)入到海水冷卻器4e中的4f換熱器中，蒸汽再次被低溫海水冷卻，釋放出潛熱，冷凝為淡水匯流入淡水母管輸往淡水罐。與此同時(shí)，I級閃蒸器底部的濃鹽水，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入2級閃蒸器，這是由于淡水罐5頂部設(shè)置的真空泵5a的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得1、2級閃蒸器間存在壓力差而形成的，濃鹽水進(jìn)入2級閃蒸器中又會(huì)重復(fù)4a到4f的全過程產(chǎn)出淡水。依上述重復(fù)過程一直到最末級閃蒸器，本實(shí)施例末級為9級閃蒸器。末級閃蒸器的濃鹽水，最終經(jīng)鹽水泵5b驅(qū)動(dòng)輸往制鹽廠進(jìn)一步加工利用。這一過程中進(jìn)入I級閃蒸器的海水，歷經(jīng)9級蒸餾過程，約有40%汽化并冷凝轉(zhuǎn)化為淡水。海水淡化中并非加熱海水溫度越高越好，當(dāng)海水被加熱到75°C 78°C時(shí)海水中的鹽分(鈉離子及鈣、鎂離子)會(huì)急劇在設(shè)備上結(jié)垢，影響設(shè)備的傳熱，降低效率。如果海水中添加阻垢劑后可以加熱到120°C不結(jié)垢，但后期脫除這些物質(zhì)又需費(fèi)用。因此本實(shí)施例中優(yōu)選的海水淡化避免結(jié)垢的最佳溫度參數(shù)應(yīng)是70°C左右或±70°C，在55°C 70°C以及70°C 120°C范圍內(nèi)的其他溫度內(nèi)當(dāng)然也可以進(jìn)行本發(fā)明的海水淡化，只是綜合效益不如±70°C 好。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)其一因太陽能聚熱器高效率的運(yùn)行最佳溫度參數(shù)(目前太陽能聚光集熱場的最佳運(yùn)行參數(shù))為275°C 395°C (以導(dǎo)熱油為介質(zhì))或178°C 610°C (以熔融鹽為介質(zhì))，為此本發(fā)明采用高效太陽能聚熱器加熱導(dǎo)熱介質(zhì)(如導(dǎo)熱油、硅油、石臘、熔融鹽)可滿足上述太陽能聚熱器的溫度運(yùn)行參數(shù)，再用導(dǎo)熱介質(zhì)去加熱海水到70°C左右，既可避免太陽能聚熱器直接加熱海水的設(shè)備結(jié)垢問題，使海水閃蒸淡化設(shè)備運(yùn)行在最佳溫度參數(shù)又可使太陽能聚熱設(shè)備運(yùn)行在最佳參數(shù)，達(dá)到收集太陽能熱的效益最大化。其二，一般淡水廠需24小時(shí)不間斷供應(yīng)淡水，通過導(dǎo)熱介質(zhì)(如導(dǎo)熱油、硅油、石臘、熔融鹽)存儲(chǔ)太陽光熱能，就可以使晚上也能加熱海水，不間斷生產(chǎn)淡水。采用本實(shí)施例的多級閃蒸結(jié)構(gòu)，由于采用了高效的太陽能聚光集熱設(shè)備，可以高效收集相對分散的太陽能，完成對海水的加熱蒸發(fā)，海水淡化率高達(dá)40%，并且可存儲(chǔ)太陽能用于夜晚無陽光時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)淡水，產(chǎn)出淡水品質(zhì)好，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。而且主要大量使用清潔能源太陽能，海水淡化過程對環(huán)境友好，高效、產(chǎn)量大。以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置，由海水凈化系統(tǒng)、海水除鹽系統(tǒng)組成；其特征在于海水除鹽系統(tǒng)主要包括太陽能聚光集熱裝置、太陽能蓄熱罐、凈海水加熱器以及至少一級海水閃蒸器，海水閃蒸器主要由閃蒸器本體與海水冷卻器構(gòu)成；其中，太陽能聚光集熱裝置的導(dǎo)熱介質(zhì)腔與太陽能蓄熱罐、以及凈海水加熱器中的導(dǎo)熱介質(zhì)換熱器順次封閉連通構(gòu)成導(dǎo)熱介質(zhì)循環(huán)路徑；海水凈化系統(tǒng)的總凈海水出口與凈海水加熱器和海水冷卻器分別連通；凈海水加熱器的海水出口與閃蒸器本體連通；閃蒸器本體設(shè)置濃鹽水出口、淡水出口和蒸汽出口，蒸汽出口經(jīng)海水冷卻器中的蒸汽換熱器后同淡水出口一同匯集于淡水總管，淡水總管末端的密閉式淡水儲(chǔ)罐與真空泵連通，濃鹽水出口與制鹽廠管道連通；海水冷卻器的海水出口經(jīng)閃蒸器本體中的本體冷凝器后與海水加熱器連通；存在至少兩級海水閃蒸器時(shí)，前級閃蒸器本體的濃鹽水出口與下級閃蒸器本體連通，最后一級閃蒸器本體的濃鹽水出口與制鹽廠管道連通；各級閃蒸器本體內(nèi)壓力依次逐級降低形成負(fù)壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海水淡化裝置，其特征在于在凈海水加熱器海水出口與閃蒸器本體之間設(shè)置轉(zhuǎn)速可調(diào)的熱海水泵，凈海水加熱器海水出口經(jīng)熱海水泵后與閃蒸器本體上的節(jié)流裝置連通，節(jié)流裝置位于液面之上；閃蒸器本體內(nèi)部，節(jié)流裝置上方設(shè)置消沫器，消沫器上方設(shè)置淡水儲(chǔ)盤，淡水儲(chǔ)盤上設(shè)置本體冷凝器；蒸汽出口位于閃蒸器本體頂部，淡水出口位于淡水儲(chǔ)盤之上，濃鹽水出口位于節(jié)流裝置之下。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的海水淡化裝置，其特征在于凈海水加熱器內(nèi)還設(shè)置海水溫度傳感器和備用換熱器，所述備用換熱器的熱源為熱油爐、電加熱爐、鍋爐煙氣余熱、或汽機(jī)乏汽余熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海水淡化裝置，其特征在于在太陽能蓄熱罐和凈海水加熱器中的換熱器間設(shè)置熱液泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的海水淡化裝置，其特征在于太陽能聚光集熱裝置是塔式太陽能集熱器、或拋物面槽式真空管集熱器、或全玻璃真空管集熱器、或熱管式真空管集熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海水淡化裝置，其特征在于海水凈化系統(tǒng)為多級凈化系統(tǒng)，順次包括進(jìn)行粗過濾的抽提海水井、海水滅菌澄清池、裝設(shè)有活性碳濾層和多纖維濾芯層的多級超濾池、以及用于除氧脫碳的海水除氧脫碳塔；多級超濾池與海水除氧脫碳塔之間設(shè)置凈海水池；海水除氧脫碳塔與總凈海水出口連通；抽提海水井通過海水提升泵與海水滅菌澄清池連通，海水滅菌澄清池通過一個(gè)海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵與多級超濾池連通，多級超濾池通過另一個(gè)海水轉(zhuǎn)運(yùn)泵與凈海水池連通，凈海水池通過第三個(gè)海水泵與海水除氧脫碳塔連通，海水除氧脫碳塔通過凈海水泵與總凈海水出口連通；海水滅菌澄清池中添加有滅菌劑和絮凝劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的海水淡化裝置，其特征在于抽提海水井建于沙灘上，井口位于海水最高潮水線上方，井底面位于低潮時(shí)海平面下方數(shù)米；井壁采用多孔混凝土結(jié)構(gòu)，井壁外為碎石，碎石外由沙灘的砂粒填充。
8.采用上述權(quán)利要求1-7之一所述海水淡化裝置的海水淡化方法，其特征在于海水經(jīng)過多級凈化成為凈海水；太陽能聚光集熱裝置收集太陽光對導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，使太陽能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)熱介質(zhì)熱能，通過導(dǎo)熱介質(zhì)熱能持續(xù)不斷地加熱凈化后的凈海水到設(shè)定溫度，然后加熱后的熱凈海水輸往至少一級閃蒸器中進(jìn)行閃蒸，閃蒸過程中，保持各級閃蒸器本體內(nèi)壓力依次逐級降低形成負(fù)壓；閃蒸后的蒸汽經(jīng)冷凝分離出淡水，部分沒有一次冷凝的蒸汽經(jīng)海水冷卻器換熱后成為淡水；閃蒸器底部沒有氣化的濃鹽水輸往制鹽廠；存在多級閃蒸器時(shí)，閃蒸器底部的濃鹽水依次流入后續(xù)各次級閃蒸器中，逐級閃蒸過程中再冷凝分離出淡水，沒有氣化的濃鹽水最終輸往制鹽廠；太陽能聚光集熱裝置收集太陽光熱能且利用導(dǎo)熱介質(zhì)加熱凈海水的同時(shí)，還將導(dǎo)熱介質(zhì)熱能儲(chǔ)存在太陽能蓄熱罐中，在夜晚或陰天時(shí)利用儲(chǔ)存的導(dǎo)熱介質(zhì)對凈海水進(jìn)行持續(xù)加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的海水淡化方法，其特征在于導(dǎo)熱介質(zhì)將凈海水加熱的設(shè)定溫度為55°C 70°C或?yàn)?0°C 120°C，太陽能聚熱器將導(dǎo)熱介質(zhì)加熱到178°C 600°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的海水淡化方法，其特征在于導(dǎo)熱介質(zhì)將凈海水加熱的設(shè)定溫度為±70°C，太陽能聚熱器將導(dǎo)熱介質(zhì)加熱到275°C 395°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能連續(xù)供熱的海水淡化裝置及方法，屬于海水淡化(含內(nèi)陸苦咸水淡化)技術(shù)領(lǐng)域。包括海水凈化系統(tǒng)、海水除鹽系統(tǒng)；海水凈化系統(tǒng)是由抽提海水井、海水滅菌澄清池、多級超濾池、凈海水池組成的。海水除鹽系統(tǒng)是由太陽能聚光集熱裝置、太陽能蓄熱罐、凈海水加熱器、及海水多級閃蒸器組成的。太陽能聚光集熱裝置通過導(dǎo)熱工質(zhì)白天收集太陽光熱能,存儲(chǔ)于蓄熱罐內(nèi),再用導(dǎo)熱工質(zhì)來加熱凈海水到一定溫度，熱海水輸往多級閃蒸器，逐級噴蒸，分離出淡水及鹽鹵水。本發(fā)明可高效收集相對分散的太陽能對海水加熱蒸發(fā)，產(chǎn)出淡水品質(zhì)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，存儲(chǔ)太陽能用于夜晚無陽光時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)淡水，海水淡化率高達(dá)40%，產(chǎn)量大。
文檔編號C02F1/06GK102976427SQ20121056947
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者陳義龍, 楊清萍, 張巖豐 申請人:中盈長江國際新能源投資有限公司