本發(fā)明屬于海水淡化領域，具體涉及一種多級海水淡化耦合系統(tǒng)。

背景技術：

淡水資源對人們的生產(chǎn)生活有著極其重要的影響，是人類生存和發(fā)展的最重要物資基礎之一，但目前能達到生產(chǎn)生活條件的淡水資源卻非常有限，國內(nèi)外的淡水資源緊缺的形勢日益嚴重。海洋中含有大量的水資源，但其含有大量的鹵素元素等物質(zhì)，故無法被人們所直接利用。目前開發(fā)和利用海水淡化技術已越來越成為解決淡水資源緊缺問題的重要手段。

常用的海水淡化方法有海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法、以及碳酸銨離子交換法等，受成本，工藝和效率等問題的限制，目前應用最廣泛的方法是反滲透膜法及蒸餾法。反滲透法利用了具有選擇透過性的半透膜將海水與淡水分隔開，當對海水側施加大于海水滲透壓的外壓時，海水中的淡水將會反滲透到淡水中。與其他技術相比，反滲透海水淡化技術具有顯著的節(jié)能優(yōu)點，故目前發(fā)展非常迅速，得到了廣泛的應用。

然而現(xiàn)有的反滲透海水淡化技術面臨的主要問題是設備要求高，需要消耗大量的高品位能源，且淡水的產(chǎn)率較低。例如公告號為cn106045114a中國發(fā)明專利申請公開說明書公開了一種基于反滲透海水淡化技術的淡水儲備站，有較高的淡水產(chǎn)率，可實現(xiàn)多種場合的應用，但存在耗能較大，對設備要求較高等的問題，必須進行加以改進才能降低能耗。如公告號為cn105923708a中國發(fā)明專利申請公開說明書公開了一種自給電力式反滲透海水淡化裝置，能利用風能、太陽能和水力等能源，但淡水產(chǎn)率較低。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明提供一種對海水的深度利用且綠色節(jié)能環(huán)保的多級海水淡化耦合系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種多級海水淡化耦合系統(tǒng)，包括空氣加濕裝置、空氣加熱裝置和空氣減濕裝置：

所述的空氣加熱裝置包括用于吸入系統(tǒng)外空氣的引風機和用于加熱空氣的太陽能集熱器，所述的引風機的出風口通過進氣管與太陽能集熱器內(nèi)部的加熱通氣管的進氣口連通，用于給吸入的系統(tǒng)外空氣加熱，以形成熱空氣；所述加熱通氣管的出氣口與所述的空氣加濕裝置連通。

所述的空氣加濕裝置包括噴淋塔，所述加熱通氣管的出氣口通過管道與該噴淋塔的下部連通，用以引入熱空氣；在噴淋塔內(nèi)的頂部設置有若干噴淋頭，用于噴淋海水以使海水和經(jīng)加熱通氣管輸入的空氣進行傳質(zhì)傳熱，并形成完成傳質(zhì)傳熱的剩余海水和含水空氣；在噴淋塔的底部連通有剩余海水排出管，用于將剩余海水排出；在所述噴淋塔的側壁上開有噴淋塔排氣口，用于排出含水空氣。

所述的空氣減濕裝置為間壁式換熱器，所述間壁式換熱器的管程的進口為海水入口，用于引入海水來冷凝殼程中的含水空氣，并形成冷凝淡水和冷凝空氣；該間壁式換熱器的管程的出口通過管道與所述的噴淋頭連通，用以向噴淋頭提供海水；所述間壁式換熱器的殼程的進口通過管道與所述的噴淋塔排氣口連通，用于引入含水空氣；該間壁式換熱器的殼程的水出口開設在間壁式換熱器的底部并與淡水池連通，用于排出冷凝淡水；該間壁式換熱器的殼程的冷凝空氣出口開在間壁式換熱器的下部，用于排出冷凝空氣。

進一步，所述的冷凝空氣出口通過空氣循環(huán)管與所述引風機的出風口連通，用以將冷凝空氣循環(huán)利用來減少引風機引入的系統(tǒng)外空氣的量，以節(jié)約能源。

進一步，還包括反滲透海水淡化系統(tǒng)，該反滲透海水淡化系統(tǒng)包括反滲透裝置，該反滲透裝置包括一個增壓泵和一個反滲透膜組件；增壓泵的進水口與所述的剩余海水排出管連通，用于引入剩余海水；反滲透膜組件的進水端均與增壓泵的出水口連通；反滲透膜組件的淡水出水端與所述的與淡水池連通，以回收淡水；反滲透膜組件的鹵水出水端與鹵水排放管連通。

進一步，所述的反滲透海水淡化系統(tǒng)包括n級反滲透裝置，其中，n是≥2的自然數(shù)；每級反滲透裝置包括一個增壓泵和一個反滲透膜組件；第一級增壓泵的進水口與所述的剩余海水排出管連通，用于引入剩余海水；各級反滲透膜組件的進水端均與同級的增壓泵的出水口連通；各級反滲透膜組件的淡水出水端與所述的與淡水池連通，以回收淡水；各級反滲透膜組件的鹵水出水端與下一級反滲透裝置的增壓泵的進水口連通；以此類推；第n級反滲透膜組件的鹵水出水端與鹵水排放管連通。

進一步，所述的淡水池與各級反滲透膜組件的進水端通過調(diào)節(jié)管連通，用于調(diào)節(jié)進水端鹽度并提高淡水質(zhì)量；所述的調(diào)節(jié)管上設置有調(diào)節(jié)泵和調(diào)節(jié)閥。

進一步，鹵水排放管的出水端還連通有太陽能蒸發(fā)池，以回收鹵水并提高其鹽度；還包括與太陽能蒸發(fā)池連通的結晶池，以回收鹽；該結晶池設置排料口，用以排出成品鹽及母液。

進一步，所述的噴淋塔排氣口上設置有過濾網(wǎng)，用于攔截液滴排出。

進一步，所述的n＝3。

進一步，所述的太陽能集熱器為太陽能集熱器發(fā)電機組，其發(fā)電機組與所述的引風機和各級增壓泵連接，以實現(xiàn)電能的自供。

進一步，所述的間壁式換熱器的管程為蛇形管。

本發(fā)明使用了了太陽能集熱器將空氣加熱，反滲透中的增壓泵由太陽能光伏陣列產(chǎn)生的電來驅動，海水淡化系統(tǒng)由多級反滲透膜組件組成，實現(xiàn)海水的深度利用，淡水同時由空氣冷凝和反滲透海水淡化產(chǎn)生，從而大大提高了淡水產(chǎn)率，鹵水經(jīng)過蒸發(fā)和結晶，形成鹽和母液，實現(xiàn)對海水的深度利用，滿足淡水和鹽的需求，且更綠色節(jié)能環(huán)保。

與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、淡化率高。本發(fā)明與現(xiàn)有海水淡化裝置相比，對海水的加熱通過太陽能間接進行，并以太陽能為驅動能源，通過加濕、減濕與反滲透海水淡化耦合，充分利用了加濕器中出來的淡水，對海水進行了深度地、多途徑淡化，淡化率極高。

2、太陽能利用率高。由于本發(fā)明使用太陽能進行驅動，空氣加熱使用太陽能集熱器，對海水的加熱也是間接地利用了太陽的余熱，反滲透中對鹵水的加壓操作則使用了太陽能光伏陣列產(chǎn)生的電能來驅動增壓泵。

3、綠色環(huán)保。由于本發(fā)明可以實現(xiàn)能源自給，不使用外供高質(zhì)量電能，高效綠色環(huán)保節(jié)能。

4、資源回收率高。本發(fā)明可以同時產(chǎn)出電能、淡水和鹽，充分地利用海濱的海水和太陽能資源，符合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的方向，利于大面積推廣和使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

附圖中：1——海水入口；3——空氣減濕裝置；4——空氣循環(huán)管；5——引風機；6——太陽能集熱器；8——噴淋塔；9——過濾網(wǎng)；10——增壓泵；11——壓力調(diào)節(jié)閥；12——反滲透膜組件；13——調(diào)節(jié)泵；15——太陽能蒸發(fā)池；16——結晶池；17——排料口；18——淡水池。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

一種多級海水淡化耦合系統(tǒng)，包括空氣加濕裝置、空氣加熱裝置和空氣減濕裝置3：

所述的空氣加熱裝置包括用于吸入系統(tǒng)外空氣的引風機5和用于加熱空氣的太陽能集熱器6，所述的引風機5的出風口通過進氣管與太陽能集熱器6內(nèi)部的加熱通氣管的進氣口連通，用于給吸入的系統(tǒng)外空氣加熱，以形成熱空氣；所述加熱通氣管的出氣口與所述的空氣加濕裝置連通。利用太陽能進行加熱，可以節(jié)省大量的能源，有利于環(huán)境的保護，還有利于一下步與海水的傳質(zhì)傳熱作用中提取出較多的水分。

所述的空氣加濕裝置包括噴淋塔8，所述加熱通氣管的出氣口通過管道與該噴淋塔8的下部連通，用以引入熱空氣；在噴淋塔8內(nèi)的頂部設置有若干噴淋頭，用于噴淋海水以使海水和經(jīng)加熱通氣管輸入的空氣進行傳質(zhì)傳熱，并形成完成傳質(zhì)傳熱的剩余海水和含水空氣；在噴淋塔8的底部連通有剩余海水排出管，用于將剩余海水排出；在所述噴淋塔8的側壁上開有噴淋塔排氣口，用于排出含水空氣。

所述的空氣減濕裝置3為間壁式換熱器，所述間壁式換熱器的管程的進口為海水入口1，用于引入海水來冷凝殼程中的含水空氣，并形成冷凝淡水和冷凝空氣；該間壁式換熱器的管程的出口通過管道與所述的噴淋頭連通，用以向噴淋頭提供海水；所述間壁式換熱器的殼程的進口通過管道與所述的噴淋塔8排氣口連通，用于引入含水空氣；該間壁式換熱器的殼程的水出口開設在間壁式換熱器的底部并與淡水池18連通，用于排出冷凝淡水；該間壁式換熱器的殼程的冷凝空氣出口開在間壁式換熱器的下部，用于排出冷凝空氣。所述間壁式冷凝器是一種非直接接觸式換熱器，有空氣和海水兩個流道，所述的空氣流道(殼程)中流動的是高溫高濕的空氣，而海水流道(管程)中則流動的是海水，兩種流體的流動方向相反，并在流動的過程中完成傳熱——海水給含水空氣降溫冷凝，含水空氣給海水進行預熱，這樣可以最大限度地提高能源的利用率。

通過太陽能集熱器6給引入的系統(tǒng)外空氣加熱，以使之轉化為干燥、高溫的熱空氣，當熱空氣進入噴淋塔8時，熱空水自下向上運動，與從頂部噴淋出的海水發(fā)生傳質(zhì)傳熱，形成含有大量水蒸氣的含水空氣和剩余海水，剩余海水外排。含水空氣則進入間壁式換熱器進行冷凝，冷凝水即為淡水，可以回收利用。這在一過程中，管程中采用海水，即達到了冷凝的作用，又可以利用含水空氣中的熱量為海水加溫，再將加溫過的海水導入噴淋塔8進行噴淋，這不僅有利于提高噴淋塔8內(nèi)的傳質(zhì)傳熱效率，還極大地提高了能源的利用率。

此外，為了進一步提高噴淋塔8內(nèi)傳質(zhì)傳熱的效果，可以在其中設置規(guī)整填料、塔板或膜接觸式填料。

作為優(yōu)化，所述的冷凝空氣出口通過空氣循環(huán)管4與所述引風機5的出風口連通，用以將冷凝空氣循環(huán)利用來減少引風機5引入的系統(tǒng)外空氣的量，以節(jié)約能源。冷凝空氣中還含有較高的水份，且經(jīng)過冷凝后，溫度較低、壓力較高，將之循環(huán)到引風機5的出風口與新引入的外部空氣混合有兩大優(yōu)點：一是可以利用其壓力較高的優(yōu)點，推動混合空氣向噴淋塔8流動，減少了引入的外部空氣的量，降低引風機5的負荷，減少電能消耗；二是可以使冷凝空氣的水分再次進入噴淋塔8進行回收處理，可以提高淡水產(chǎn)量。

經(jīng)過噴淋塔8僅能提取處理一部分淡水，余下的淡水還是以溶劑的形式存在于剩余海水中，因此有必要對其進行進一步的淡化處理，以獲得更多的淡水。因此，本發(fā)明還包括反滲透海水淡化系統(tǒng)，該反滲透海水淡化系統(tǒng)包括反滲透裝置，該反滲透裝置包括一個增壓泵10和一個反滲透膜組件12；增壓泵10的進水口與所述的剩余海水排出管連通，用于引入剩余海水；反滲透膜組件12的進水端均與增壓泵10的出水口連通；反滲透膜組件12的淡水出水端與所述的與淡水池18連通，以回收淡水；反滲透膜組件12的鹵水出水端與鹵水排放管連通。海水經(jīng)增壓泵10加壓，再流經(jīng)反滲透膜組件12，利用滲透壓將海水中的水壓到淡水流當中，從而實現(xiàn)海水的淡化。在增壓泵10和反滲透膜組件12之間的管道上，還可以設置有壓力調(diào)節(jié)閥11，以便更準確地調(diào)節(jié)壓力。

作為優(yōu)化，為了提高海水淡化的效果，所述的反滲透海水淡化系統(tǒng)可以包括n級反滲透裝置(n是≥2的自然數(shù))：每級反滲透裝置包括一個增壓泵10和一個反滲透膜組件12；第一級增壓泵10的進水口與所述的剩余海水排出管連通，用于引入剩余海水；各級反滲透膜組件12的進水端均與同級的增壓泵10的出水口連通；各級反滲透膜組件12的淡水出水端與所述的與淡水池18連通，以回收淡水；各級反滲透膜組件12的鹵水出水端與下一級反滲透裝置的增壓泵10的進水口連通；以此類推；第n級反滲透膜組件12的鹵水出水端與鹵水排放管連通。海水經(jīng)增壓泵10加壓，再流經(jīng)反滲透膜組件12，利用滲透壓將海水中的水壓到淡水流當中，從而實現(xiàn)海水的一級淡化，之后海水再流經(jīng)第二級反滲透裝置，進行相同的操作，以此類推，從而實現(xiàn)多級反滲透操作，達到海水淡化的目的。在各級增壓泵10和反滲透膜組件12之間的管道上，還可以設置有壓力調(diào)節(jié)閥11，以便更準確地調(diào)節(jié)壓力。

作為進一步優(yōu)化，所述的淡水池18與各級反滲透膜組件12的進水端通過調(diào)節(jié)管連通，用于調(diào)節(jié)進水端鹽度并提高淡水質(zhì)量；所述的調(diào)節(jié)管上設置有調(diào)節(jié)泵13和調(diào)節(jié)閥。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)泵13和調(diào)節(jié)閥，可以控制進入反滲透海水淡化系統(tǒng)的淡水量。之所以有這一設計，有兩個原因：一是通過冷凝作用回收的淡水中還殘留有一定的鹽水，將其進行至少一次的反滲透可以提高淡水的純度；二是可以調(diào)整降低反滲透膜組件12進水度的鹽度，以延長反滲透膜組件12的使用壽命。

作為進一步優(yōu)化，鹵水排放管的出水端還連通有太陽能蒸發(fā)池15，以回收鹵水并提高其鹽度；還包括與太陽能蒸發(fā)池15連通的結晶池16，以回收鹽；該結晶池16設置排料口17，用以排出成品鹽及母液。經(jīng)過淡化之后廢液——鹵水中含有大量的鹽，可以回收利用，鹵水經(jīng)過蒸發(fā)和結晶，形成鹽和母液，實現(xiàn)對海水的深度利用，滿足鹽的需求，更綠色節(jié)能環(huán)保。

作為優(yōu)化，所述的噴淋塔排氣口上設置有過濾網(wǎng)9，用于攔截液滴排出。

作為進一步優(yōu)化，所述的n＝3。本發(fā)明的空氣加濕裝置、空氣加熱裝置和空氣減濕裝置3的海水淡化率為30％左右，但是可以減少高品位電能的使用，對海水進行預淡化，采用三級反滲透膜組件12進一步深度利用，每一級反滲透膜組件12海水淡化效率為40％左右，如果使用三級反滲透，可以將海水總淡化率提高到95％左右，實現(xiàn)對海水的深度利用。

作為進一步優(yōu)化，太陽能集熱器6除了加熱空氣外，還有大量的余熱，因此，所述的太陽能集熱器6可以考慮采用較為成熟的太陽能集熱器發(fā)電機組(如太陽能光伏陣列等)，其發(fā)電機組與所述的引風機5和各級增壓泵10連接，以實現(xiàn)電能的自供，不直接使用高品位的電能從而最大程度地利用能源，電量有余時，還可以外供。

作為進一步優(yōu)化，所述的間壁式換熱器的管程為蛇形管。這樣可以使海水流道為盤管形結構，其被殼程的空氣流道包圍，有利于提高熱交換的效率。

與現(xiàn)有海水淡化裝置相比，對海水的加熱通過太陽能集熱器6進行，以太陽能為驅動能源，利用增壓泵10對海水進行加壓，使之通過多級反滲透膜組件12，利用反滲透方法實現(xiàn)海水淡化。該裝置是一個由太陽能驅動的多級加濕減濕與反滲透海水淡化耦合裝置，充分利用了加濕器中出來的鹵水，實現(xiàn)了鹵水的深度利用。由于本裝置使用太陽能進行驅動，空氣加熱使用太陽能集熱器6，反滲透中對鹵水的加壓操作使用太陽能光伏陣列產(chǎn)生的電能來驅動增壓泵10，使得本裝置更高效綠色環(huán)保節(jié)能。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。