本發(fā)明涉及一種海水淡化系統(tǒng),尤其是涉及一種基于多能互補(bǔ)的耦合低溫多效海水淡化系統(tǒng),屬于海水淡化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
近年來,我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,工業(yè)用水和居民用水量也在逐年增加,這導(dǎo)致我國水資源短缺現(xiàn)象越來越突出。2014年末,我國總?cè)丝跀?shù)已達(dá)到13.67億,作為人口總量居世界第一的人口大國,我國的淡水資源總量卻只占有全球總量的6%,人均擁有淡水資源量僅是世界平均水平的1/4。另外,我國的水資源分布的極不平衡,我國江河眾多,流域面積在100平方千米以上的河流就有5萬多條,但受氣候以及地理特征的影響,河流流域分布非常不均衡,絕大部分河流分布在我國濕潤多雨的東部地區(qū),而氣候干燥少雨的西北內(nèi)陸則分布很少。目前,在可供淡水資源有限的情況下,解決水資源短缺的問題采取這些措施:提高水的利用效率,開辟第二水源;調(diào)節(jié)水源流量,增加可靠供水;加強(qiáng)水資源管理等。海水淡化作為淡水資源的一種開源技術(shù),是沿海地區(qū)或遠(yuǎn)離陸地的海島地區(qū)的一個(gè)輔助水源,也是解決目前沿海城市水資源短缺問題的一條重要途徑。
按照《聯(lián)合國海洋公約》的規(guī)定,我國管轄的海域面積約300萬平方千米,我國大陸海岸線長達(dá)18000多千米,是世界上海岸線最長的國家之一。因此,海水淡化的研究工作對(duì)增加我國淡水來源途徑具有積極的意義。尤其是對(duì)海中孤島而言,由于島嶼與陸地相距較遠(yuǎn),海島往往也是電力不足的區(qū)域,至今仍有50多個(gè)海島靠柴油發(fā)電,每天兩小時(shí),這也直接影響到海水淡化工程的實(shí)施,深挖島內(nèi)地下水或者島外輸入淡水等方式,對(duì)離岸較遠(yuǎn)的海島,因成本高、能耗大,難以實(shí)現(xiàn)。因此,島嶼上居民淡水需求大多依賴海水淡化來滿足。我國面積在500㎡以上的海島共7371個(gè),其中無人居住海島6938個(gè),占海島總數(shù)的94%。受自然、交通等條件的限制,我國海島開發(fā)利用程度較低。由于海島面積小,蒸發(fā)量大,綠化程 度低,大多數(shù)因缺乏淡水水源而無法居住和開發(fā),有常駐居民的近500個(gè)海島,這其中,除208個(gè)海島靠大陸管線引水、船送飲水和海水淡化外,剩余的270個(gè)有居民海島只能靠天吃水。因此,我國海島淡水需求非常的迫切,海水淡化技術(shù)的利用前景很大。
在現(xiàn)有的太陽能風(fēng)能海水淡化系統(tǒng)中,利用太陽能進(jìn)行海水淡化,主要是利用太陽能的熱效應(yīng)和光效應(yīng)。熱效應(yīng)是直接利用太陽能作為熱源加熱海水蒸餾;光效應(yīng)是利用太陽能發(fā)電驅(qū)動(dòng)海水脫鹽。不管是利用太陽能的光效應(yīng)還是利用熱效應(yīng),兩者都存在的問題是太陽能的利用效率不高。風(fēng)能海水淡化主要有兩種形式:分離式風(fēng)電海水淡化;耦合式風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)海水淡化。分離式是先將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能,然后再驅(qū)動(dòng)脫鹽單元進(jìn)行海水淡化。耦合式是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化的機(jī)械能直接用于驅(qū)動(dòng)脫鹽單元進(jìn)行海水淡化。由于風(fēng)能供應(yīng)不穩(wěn)定,具有間歇性,波動(dòng)性的特點(diǎn),兩種風(fēng)能海水淡化形式都必須采用相關(guān)的調(diào)節(jié)裝置解決風(fēng)能的波動(dòng)性問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于多能互補(bǔ)的耦合低溫多效海水淡化系統(tǒng),能有效提高太陽能綜合利用效率,穩(wěn)定海水利用風(fēng)光互補(bǔ)特性,穩(wěn)定海水淡化效果。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種基于多能互補(bǔ)的耦合低溫多效海水淡化系統(tǒng),該系統(tǒng)包括光伏光熱集熱器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電輔助加熱裝置、蓄熱裝置、飽和蒸汽發(fā)生裝置及多效蒸發(fā)海水淡化裝置,所述的光伏光熱集熱器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過風(fēng)光互補(bǔ)控制器連接構(gòu)成聯(lián)合供熱裝置與供電裝置,其中,供熱裝置順序連接蓄熱裝置、電輔助加熱裝置及飽和蒸汽發(fā)生裝置,供電裝置連接電輔助加熱裝置、與多效蒸發(fā)海水淡化裝置連接的用電設(shè)備及收集余電的蓄電池。
所述的光伏光熱集熱器及風(fēng)力發(fā)電機(jī)同時(shí)與風(fēng)光互補(bǔ)控制器連接,所述的風(fēng)光互補(bǔ)控制器與蓄電池連接,所述的光伏光熱集熱器同時(shí)還與蓄熱裝置連接,所述的電輔助加熱裝置同時(shí)與蓄熱裝置及蓄電池連接。
所述的飽和蒸汽發(fā)生裝置與電輔助加熱裝置連接,飽和蒸汽發(fā)生裝置的飽和蒸汽出口管路與多效蒸發(fā)海水淡化裝置的加熱蒸汽入口管路連接。
所述的多效蒸發(fā)海水淡化裝置為低溫多效蒸發(fā)單元,包括順序連接的首效蒸發(fā) 器、二效蒸發(fā)器、三效蒸發(fā)器及末效冷凝器,各蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置噴淋管和換熱管,換熱管的兩端分別連接上一效的蒸汽出口管和淡水出口管;噴淋管連接來自上一效的濃海水出口管。首效蒸發(fā)器汽側(cè)出口管路連接二效蒸發(fā)器的汽側(cè)入口管路,二效蒸發(fā)器汽側(cè)出口管路連接三效蒸發(fā)器的汽側(cè)入口管路,三效蒸發(fā)器汽側(cè)出口連接末效冷凝器,末效冷凝器連接原料海水預(yù)處理裝置,首效蒸發(fā)器未蒸發(fā)的流體出口管路連接二效蒸發(fā)器的噴淋管入口管路,二效蒸發(fā)器未蒸發(fā)的流體出口管路連接三效蒸發(fā)器的噴淋管入口管路,首效蒸發(fā)器噴淋管入口管路連接末效冷凝器進(jìn)料海水出口管路,三效蒸發(fā)器底部留有濃海水排除口,以排出濃海水,三效蒸發(fā)器未蒸發(fā)的流體出口管路連接濃海水收集裝置,二效蒸發(fā)器與三效蒸發(fā)器蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過冷凝產(chǎn)生的淡水通過淡水收集管進(jìn)入淡水收集裝置。
所述的多效蒸發(fā)海水淡化裝置還包括用電設(shè)備,這些用電設(shè)備受蓄電池供電,所述的用電設(shè)備包括設(shè)在海水預(yù)處理裝置進(jìn)水口前方的海水泵,與各蒸發(fā)器連接的小型真空泵。
所述的光伏光熱集熱器同時(shí)與飽和蒸汽發(fā)生裝置連接,在光伏光熱集熱器與飽和蒸汽發(fā)生裝置之間傳輸載熱工質(zhì),在光伏光熱集熱器與飽和蒸汽發(fā)生裝置之間設(shè)有用于傳輸載熱工質(zhì)的小型太陽能循環(huán)泵,該小型太陽能循環(huán)泵與蓄電池連接。
本發(fā)明通過多能互補(bǔ)供熱供電裝置使換熱工質(zhì)達(dá)到預(yù)熱溫度,再利用電輔助加熱裝置對(duì)預(yù)熱溫度的換熱工質(zhì)繼續(xù)加熱,加熱至再熱溫度,通過管道將再熱工質(zhì)輸入飽和蒸汽發(fā)生器,在設(shè)定的溫度和壓力下,部分換熱工質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生飽和蒸汽進(jìn)入低溫多效海水淡化裝置,未蒸發(fā)的換熱工質(zhì)繼續(xù)進(jìn)入電輔助加熱裝置進(jìn)行循環(huán)。
在傳統(tǒng)的太陽能海水淡化系統(tǒng)中,只是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能或電能驅(qū)動(dòng)海水淡化。而在本發(fā)明中,引入了一套光伏光熱集熱器和風(fēng)力發(fā)電機(jī)聯(lián)合裝置。光伏光熱集熱器能夠最大限度的吸收太陽能,使之變成熱能和電能,同時(shí),利用太陽能和風(fēng)能的互補(bǔ)特性,利用太陽能風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電向裝置供能。太陽能風(fēng)能產(chǎn)生的能量使載熱工質(zhì)受熱升溫,當(dāng)溫度升至設(shè)定的溫度,進(jìn)入飽和蒸汽發(fā)生裝置,載熱工質(zhì)進(jìn)入低壓的飽和蒸汽發(fā)生裝置,在較低溫度下蒸發(fā)產(chǎn)生飽和蒸汽,產(chǎn)生的飽和蒸汽向低溫多效蒸發(fā)海水淡化裝置提供熱源。低溫多效海水淡化裝置在增加了熱回收裝置末效冷凝器,對(duì)進(jìn)料海水進(jìn)行預(yù)熱,提高了系統(tǒng)能量利用效率。
本發(fā)明采用多能互補(bǔ)供熱供電系統(tǒng),利用光伏光熱集熱器收集太陽能使加熱工質(zhì)升溫至預(yù)熱溫度。利用光伏光熱集熱器和風(fēng)力機(jī)所發(fā)電能供給電輔助加熱裝置、 裝置循環(huán)水泵和小型真空泵,在蒸發(fā)器上設(shè)置小型真空泵,降低了裝置的壓力,使海水在較低溫度下迅速蒸發(fā),具有較高的淡化效率,能較快產(chǎn)生較高品質(zhì)的淡水的特點(diǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
1、本發(fā)明的海水淡化裝置、電輔助加熱裝置、太陽能循環(huán)泵、小型真空泵、海水泵的電能由太陽能和風(fēng)能發(fā)電聯(lián)合提供,不需要使用外部電能。
2、利用光伏光熱集熱器,大幅度提高了單獨(dú)使用光伏發(fā)電或光熱利用的太陽能利用效率,同時(shí),利用太陽能和風(fēng)能的互補(bǔ)特性,保證裝置運(yùn)行的可靠性。
3、該海水淡化裝置能耗低、便于安裝、能自動(dòng)化運(yùn)行、基本不需人員現(xiàn)場(chǎng)操作,利用太陽能和風(fēng)能等可再生能源,適應(yīng)性強(qiáng),投資相對(duì)較低,運(yùn)行維護(hù)成本低,不消耗石油、煤炭、天然氣等化石能源的小型海水淡化裝置,可根據(jù)淡水需求量改變裝置中風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏光熱集熱器的裝機(jī)容量,靈活性高,尤其適用于小型海島、漁船及軍用艦艇的使用,可很好的解決我國沿海居民及海島居民的用水需求。
附圖說明
圖1是本發(fā)明基于多能互補(bǔ)的低溫多效海水淡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例供電供熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中多效蒸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中:1.光伏光熱集熱器,2.風(fēng)力發(fā)電機(jī),3.蓄熱裝置,4.風(fēng)光互補(bǔ)控制器,5.小型真空泵,6.電輔助加熱裝置,7.小型太陽能循環(huán)泵,8.多效蒸發(fā)海水淡化裝置,81.首效蒸發(fā)器,82.二效蒸發(fā)器,83.三效蒸發(fā)器,84.末效冷凝器,9.海水預(yù)處理裝置,10.飽和蒸汽發(fā)生裝置,11.濃海水收集裝置,12.淡水收集裝置,13.蓄電池,14.海水泵,15.載熱工質(zhì)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例
一種基于多能互補(bǔ)的耦合低溫多效海水淡化系統(tǒng),如圖1~圖3所示,該系統(tǒng)包括光伏光熱集熱器1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)2、電輔助加熱裝置6、蓄熱裝置3、飽和蒸汽發(fā)生裝置10及多效蒸發(fā)海水淡化裝置8,光伏光熱集熱器1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)2通過風(fēng) 光互補(bǔ)控制器4連接構(gòu)成聯(lián)合供熱裝置與供電裝置,其中,供熱裝置順序連接蓄熱裝置3、電輔助加熱裝置6及飽和蒸汽發(fā)生裝置10,供電裝置連接電輔助加熱裝置6、與多效蒸發(fā)海水淡化裝置8連接的用電設(shè)備及收集余電的蓄電池13。具體而言,其組成包括:光伏光熱集熱器1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)2、蓄熱裝置3、風(fēng)光互補(bǔ)控制器4、蓄電池13、電輔助加熱裝置6、小型太陽能循環(huán)泵7、小型真空泵5、多效蒸發(fā)海水淡化裝置8、海水預(yù)處理裝置9、飽和蒸汽發(fā)生裝置10、濃海水收集裝置11、淡水收集裝置12、海水泵14及載熱工質(zhì)15。
參見圖1和圖2,本實(shí)施例中,光伏光熱集熱器1及風(fēng)力發(fā)電機(jī)2同時(shí)與風(fēng)光互補(bǔ)控制器4連接,風(fēng)光互補(bǔ)控制器4與蓄電池13連接,光伏光熱集熱器1出口與蓄熱裝置3入口連接,蓄熱裝置3出口與電輔助加熱裝置6入口連接,此外,電輔助加熱裝置6出口與飽和蒸汽發(fā)生裝置10冷凝管入口連接,飽和蒸汽發(fā)生裝置10冷凝管出口與光伏光熱集熱器1入口連接。在光伏光熱集熱器1與飽和蒸汽發(fā)生裝置10之間設(shè)有用于傳輸載熱工質(zhì)15的小型太陽能循環(huán)泵7,該小型太陽能循環(huán)泵7與蓄電池13連接。當(dāng)載熱工質(zhì)在光伏光熱集熱器內(nèi)經(jīng)過循環(huán)加熱后進(jìn)入蓄熱裝置,當(dāng)載熱工質(zhì)預(yù)熱后進(jìn)入到電輔助加熱裝置進(jìn)行再熱,載熱工質(zhì)經(jīng)過再熱后進(jìn)入飽和蒸汽發(fā)生裝置,在其中蒸發(fā)產(chǎn)生飽和蒸汽,未蒸發(fā)的載熱工質(zhì)繼續(xù)進(jìn)入電輔助加熱裝置進(jìn)行再熱循環(huán)。飽和蒸汽發(fā)生裝置10與電輔助加熱裝置6連接,飽和蒸汽發(fā)生裝置10的飽和蒸汽出口管路與多效蒸發(fā)海水淡化裝置8的加熱蒸汽入口管路連接。
參見圖1和圖3,本實(shí)施例中,多效蒸發(fā)海水淡化裝置8為低溫多效蒸發(fā)單元,包括順序連接的首效蒸發(fā)器81、二效蒸發(fā)器82、三效蒸發(fā)器83及末效冷凝器84,各蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置噴淋管和換熱管,換熱管的兩端分別連接上一效的蒸汽出口管和淡水出口管;噴淋管連接來自上一效的濃海水出口管。首效蒸發(fā)器81汽側(cè)出口管路連接二效蒸發(fā)器82的汽側(cè)入口管路,二效蒸發(fā)器82汽側(cè)出口管路連接三效蒸發(fā)器83的汽側(cè)入口管路,三效蒸發(fā)器83汽側(cè)出口連接末效冷凝器84,末效冷凝器84連接原料海水預(yù)處理裝置9,首效蒸發(fā)器81未蒸發(fā)的流體出口管路連接二效蒸發(fā)器82的噴淋管入口管路,二效蒸發(fā)器82未蒸發(fā)的流體出口管路連接三效蒸發(fā)器83的噴淋管入口管路,首效蒸發(fā)器81噴淋管入口管路連接末效冷凝器84進(jìn)料海水出口管路,三效蒸發(fā)器83底部留有濃海水排除口,以排出濃海水,三效蒸發(fā)器83未蒸發(fā)的流體出口管路連接濃海水收集裝置11,二效蒸發(fā)器82與三效蒸發(fā)器 83蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過冷凝產(chǎn)生的淡水通過淡水收集管進(jìn)入淡水收集裝置12。多效蒸發(fā)海水淡化裝置8還包括用電設(shè)備,這些用電設(shè)備受蓄電池13供電,用電設(shè)備包括設(shè)在海水預(yù)處理裝置9進(jìn)水口前方的海水泵14,與各蒸發(fā)器連接的小型真空泵5。
進(jìn)料海水進(jìn)入首效蒸發(fā)器后在飽和蒸汽的加熱下蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽,產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入下一效冷凝器,作為下一效蒸發(fā)器的熱源。而未蒸發(fā)的另一部分海水繼續(xù)流入下一效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)直至末效。各效蒸發(fā)器蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過冷凝產(chǎn)生的淡水通過淡水收集管進(jìn)入淡水收集裝置,進(jìn)料海水中淡水經(jīng)過各效蒸發(fā)器蒸發(fā)作用后,海水鹽度升高,高鹽度的濃海水最后從末效蒸發(fā)器排污口排到濃海水收集裝置。
電輔助加熱裝置6的作用是:對(duì)于經(jīng)過光伏光熱集熱器預(yù)熱的載熱工質(zhì)繼續(xù)加熱,使其溫度能夠達(dá)到飽和蒸汽發(fā)生裝置中要求的蒸發(fā)溫度,可利用對(duì)系統(tǒng)中溫度傳感器的控制,對(duì)載熱工質(zhì)再熱溫度進(jìn)行控制。
在使用過程中,將光伏光熱集熱器1按一定傾角收集太陽能,產(chǎn)生的熱能傳遞給傳熱工質(zhì)使其溫度上升,光伏光熱集熱器1和風(fēng)力發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的電能先供給電輔助加熱器裝置6、小型太陽能循環(huán)泵7、小型真空泵5和海水泵14使用,保證各種泵的正常運(yùn)行,多余的電能則儲(chǔ)蓄于蓄電池13中,當(dāng)蓄電池13電量充滿。多能互補(bǔ)供熱供電裝置、海水淡化裝置、電輔助加熱裝置、蓄熱裝置均與控制系統(tǒng)線路連接,通過控制系統(tǒng)設(shè)置各個(gè)裝置的程序,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改,并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此,本發(fā)明不限于上述實(shí)施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示,不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。