本發(fā)明涉及一種海水淡化系統(tǒng)，特別涉及一種基于非聚光太陽能中溫聚熱的正壓運行多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)，屬于太陽能熱利用領域。

背景技術：

能源與資源是維系人類社會生存與發(fā)展的最基本要素。太陽能是一種取之不盡、分布廣泛的可再生清潔能源，其開發(fā)利用對于解決全球能源與環(huán)境危機具有重要的意義。水是自然資源的重要組成部分，人類生產生活離不開水。地球雖然有71%的表面為水所覆蓋，但人類真正能夠利用的河流水、淡水湖泊水以及淺層地下水約占全球淡水總儲量的0.3%，僅占全球總儲水量的十萬分之七。地球上淡水資源的分布也極不均勻。約65％的水資源集中在不到10個國家，而約占世界人口總數(shù)40％的 80個國家和地區(qū)卻嚴重缺水。對于沿海缺水區(qū)域及無水島礁，海水淡化是解決水資源短缺的有效途徑。在一些干旱與半干旱內陸地區(qū)，如我國新疆部分地區(qū)，由于土地鹽堿化，下游河水中含鹽過高，已無法飲用及用于農業(yè)灌溉。此外，采用洗鹽方式降低耕地鹽度，洗出來的鹽堿水也需要淡化處理。因此，沿海地區(qū)海水及內陸地區(qū)鹽堿水淡化，對于解決當?shù)氐Y源短缺，促進工農業(yè)及經濟可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

人類很早就利用太陽能為海水淡化供給能量，發(fā)展了多種形式的太陽能悶曬式海水蒸餾裝置，并采用外部反射鏡、太陽集熱器加熱等方式加以改進。這些裝置基本不需外部輸入其它能量，但產水量和熱利用效率不高。主要原因有兩點：一是太陽輻射能量密度低（1000 W/ m²），且同時加熱裝置中全部進液，水汽化溫度不高；二是水的蒸發(fā)潛熱較大（一個大氣壓下，100℃時水的汽化潛熱為2257.2kJ/kg），水蒸汽凝結后的潛熱在此類裝置中未被重復利用。對于水汽化溫度不高的問題，隨著制造技術的發(fā)展，近年來采用光學聚光來提高太陽輻射的能量密度，獲得較高溫位熱能，已實現(xiàn)從低倍聚光（低于10倍）到高倍聚光（超過1000倍）的各種應用。采用光學聚光器為海水淡化系統(tǒng)供能，有效提高了供能熱源溫度及產水量。但太陽聚光器一般包括高質量的曲面光學鏡面，運行中使用復雜的跟蹤系統(tǒng)追蹤太陽，也存在建造和運行維護成本較高的問題。

為將水蒸汽潛熱復用，提高系統(tǒng)產水率和能量利用效率，現(xiàn)代規(guī)?；臒岱êＫ夹g采用多級閃蒸法（MSF）和多效蒸餾法（MED）。MSF將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室，閃蒸室中的壓力控制在低于熱海水溫度對應的飽和蒸汽壓，故熱海水進入閃蒸室后即成為過熱溶液而急速部分氣化，熱海水自身溫度降低，所產生的蒸汽冷凝后即為淡水。MED是讓加熱后的海水在多個串聯(lián)的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器中蒸發(fā)，用一定量的蒸汽輸入首效，前一效蒸發(fā)出來的蒸汽作為后一效的熱源，后一效的蒸發(fā)溫度和壓力均低于前一效，經過多次蒸發(fā)和冷凝，得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。熱法MSF和MED技術運行溫度不高，可重復利用水蒸汽冷凝的潛熱，獲得多倍產水量，但需要大量蒸汽，目前一般與電廠共建，通過回收利用電廠廢熱，降低生產蒸汽的能耗與成本；由于負壓運行，系統(tǒng)結構及運行控制復雜，耗電及造水成本高。

可見，太陽能海水淡化技術取得了一定的進展，但前述關鍵困難仍然沒有解決。針對這些存在的問題，本發(fā)明利用非聚光太陽能聚熱集能裝置實現(xiàn)中溫供能，并在此基礎上設計了一種正壓運行的多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)，不僅解決了太陽輻射能量密度低造成供能溫度低，或者利用光學聚光系統(tǒng)造成系統(tǒng)復雜的問題，而且避免了多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)在負壓工作，從而簡化了系統(tǒng)結構，降低了能耗與造水成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于太陽能中溫聚熱的正壓運行多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)，在利用非聚光太陽能聚熱集能裝置實現(xiàn)中溫供能，并可控產生水蒸汽的基礎上，通過正壓蒸發(fā)實現(xiàn)在中溫穩(wěn)定運行的多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)。

一種基于太陽能中溫聚熱的正壓運行多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)，主要由多個太陽能中溫聚熱可控蒸汽產生裝置和普通太陽集熱器陣列供能的多級預熱恒溫池組成。其中，太陽能中溫聚熱可控蒸汽產生裝置主要包括金屬蒸汽發(fā)生管、金屬聚熱集熱板、透光隔熱材料、隔熱材料、玻璃夾層、支架等六個部分；通過金屬聚熱集熱板將收集的太陽能匯聚至金屬蒸汽產生管，加熱管內含海水，使之發(fā)生汽化相變。

所述金屬蒸汽發(fā)生管內置有4根水汽管，分別為進水口管、出水口管、水蒸氣出口管、上一級/下一級蒸汽管。工作時金屬蒸汽發(fā)生管內部分充入，但并不充滿海水。含鹽水液面根據(jù)工作溫度、收集到的能量情況確定。這樣，所匯聚的熱能可以集中用于較少液體的汽化，且更大比例液體能與加熱表面接觸換熱，進水口管和水蒸氣出口管置于液面的以上，出水口管和上一級/下一級蒸汽管置于液面的以下。上一級/下一級蒸汽管封閉貫穿整條金屬蒸汽發(fā)生管，用于上一級產生的水蒸汽通過，獲取交換熱能。

所述水蒸汽出口管的尾部設有汽水分離絲網，防止沸騰海水進入。

所述聚熱集熱板為高導熱金屬平板，或者包含熱管，用于高效傳熱，面積根據(jù)聚熱溫度要求和散熱損失確定，其受光表面制備工作于中溫的選擇性吸收層，蒸汽發(fā)生管通過裝配扣板扣緊緊貼聚熱集熱板。

所述太陽能中溫聚熱集能裝置置于四周均為雙層玻璃的保溫隔熱結構中，且在其上表面和下表面分別設有一層透光隔熱材料和普通隔熱材料。

所述基于太陽能中溫聚熱的正壓多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)是在非真空環(huán)境下運行的一種海水淡化的系統(tǒng)，避免了多效蒸發(fā)含海水淡化系統(tǒng)在負壓工作，簡化了系統(tǒng)的結構。含鹽水泵入系統(tǒng)后先進入由普通太陽集熱器陣列供能的多級預熱恒溫池分段梯級加熱，并在最后一級預熱恒溫池被加熱至沸點溫度附近。分段梯級加熱是因為不同溫位的加熱方法、散熱損失和保溫隔熱措施不同；最后一級加熱至沸點溫度是為了盡量由普通集熱器陣列提供水升溫所需顯熱，太陽能中溫聚熱集能裝置匯聚的能量盡可能用于水汽化相變。各預熱恒溫池溫度及所保持的水量根據(jù)系統(tǒng)產汽（水）速率，按照減少散熱損失的原則確定。預熱后溫度接近沸點的含鹽水依次進入各“效”聚熱集熱蒸汽產生裝置，在其中吸熱汽化、換能釋能，最后凝結的淡水在含鹽水預熱恒溫池中冷卻至略高于入口含鹽水溫度，將顯熱交換給新泵入的含鹽水。

附圖說明

圖1：基于太陽能中溫聚熱的正壓運行多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)示意圖；

圖2：太陽能中溫聚熱集熱裝置；

圖2中，1—金屬蒸汽發(fā)生管，2—金屬聚熱集熱板，3—透光隔熱材料，4—夾層玻璃，5—隔熱材料，6—支架；

圖3：金屬蒸汽產生管示意圖；

圖3中，1—接上一級蒸汽入口，2—出水口，3—水蒸氣出口，4—汽水分離絲網，5—海水液面，6—進水口，7—接下一級蒸汽入口，8—蒸汽發(fā)生管。

具體實施方式

本發(fā)明提出了一種基于太陽能中溫聚熱的正壓多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)，下面將結合說明書附圖對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1、圖2、圖3所示，一種基于太陽能中溫聚熱的正壓多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)，由多個太陽能中溫聚熱可控蒸汽產生裝置和普通太陽集熱器陣列供能的多級預熱恒溫池組成。其中，太陽能中溫聚熱可控蒸汽產生裝置主要包括金屬蒸汽發(fā)生管（2-1、3-8）、金屬聚熱集熱板（2-2）、透光隔熱材料（2-3）、隔熱材料（2-5）、夾層玻璃（2-4）、支架（2-6）等六個部分。

圖1中，海水通過水泵送入系統(tǒng)，首先進入由普通太陽集熱器陣列供能的多級預熱恒溫池分段梯級加熱，并在最后一級被加熱至沸點溫度；海水依次流經多個工作于不同溫度、壓力的“效”蒸汽產生管內，每一“效”蒸汽產生管產生的二次蒸汽引入下一“效”蒸汽產生管作為加熱蒸汽，并在下一“效”蒸汽產生管中冷凝釋熱；每一“效”能量的獲得、轉換、輸運及產汽量是相互耦合關聯(lián)的。

分段梯級加熱是因為不同溫位的加熱方法、散熱損失和保溫隔熱措施不同；最后一級加熱至沸點溫度是為了水升溫所需顯熱盡量由普通集熱器陣列提供，聚熱集熱蒸發(fā)器匯聚的能量盡可能用于水汽化相變；預熱后溫度接近沸點的水接著在各“效”聚熱集熱蒸發(fā)器中換能、汽化相變，最后水蒸氣凝結并將能量交換給新泵入海水。