一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统及其运行方法

文档序号:1931382 发布日期:2021-12-07 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统及其运行方法 (Self-supporting type fresh water and sea salt co-production system utilizing solar energy and operation method thereof ) 是由 胡涛 杨永清 王岗 余万 于 2021-08-09 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统及其运行方法,涉及太阳能利用及海水淡化产盐领域,包括套管换热器、中高温聚焦式太阳能加热器、闪蒸罐、小型蒸汽轮机、发电机、加压泵、盐析池及一个制冷剂循环管路。该系统为自给式系统,利用太阳能及海水发电可满足整个系统中各类泵及压缩机的运行所需的用电量,也在淡化海水的同时可析出盐。这种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统能够实现发电、淡水、析盐多产能,很大程度上提高海水淡化过程中的能源利用率,较大地降低生产成本,经济运行效率高。(The invention provides a self-supporting type fresh water and sea salt co-production system utilizing solar energy and an operation method thereof, relating to the field of solar energy utilization and sea water desalination and salt production. The system is a self-sufficient system, can meet the power consumption required by the operation of various pumps and compressors in the whole system by utilizing solar energy and seawater for power generation, and can separate out salt while desalting seawater. The self-supporting type fresh water and sea salt co-production system utilizing solar energy can realize multiple capacities of power generation, fresh water and salt precipitation, greatly improve the energy utilization rate in the sea water desalination process, greatly reduce the production cost and have high economic operation efficiency.)

一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统及其运行方法

技术领域

本发明属于利用太阳能及海水淡化析取盐的领域,尤其涉及一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统及其运行方法。

背景技术

随着全球气候的变暖、人口的的增长,人类对淡水的需求量也在持续上升。目前对海水转化为淡水的成本基本上都很昂贵,并且转化过程中目标单一,传统的海水淡化转换方式需要消耗大量的电能及化石能源,并且在转化过程中会浪费掉很对能量,不能充分利用各种能量。在近年来提出的能源战略下,目标单一且成本昂贵的海水淡化技术已经不足以匹配目前经济下的环境友好型可持续发展战略。如何利用可再生能源利用到海水淡化技术中显得尤为重要。太阳能作为绿色的可再生能源,可以充分利用它清洁、取之不尽、用之不竭且利用成本低的特点,高效地利用太阳能到淡化海水技术中。

发明内容

为解决以上技术问题,本发明提供一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统及其运行方法,该系统为自给式系统,利用太阳能及海水发电可满足整个系统中各类泵及压缩机的运行所需的用电量,也在淡化海水的同时可析出盐。这种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统能够实现发电、淡水、析盐多产能,很大程度上提高海水淡化过程中的能源利用率,较大地降低生产成本,经济运行效率高。

为了实现上述的技术特征,本发明的目的是这样实现的:一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统,它包括第一加压水泵,所述第一加压水泵与第一套管换热器相连,第一加压水泵的入口与原料海水由管路相连;

所述第一套管换热器右侧口通过第一管路接入第二套管换热器左侧口;

所述第二套管换热器右侧口通过第二管路接入第三套管换热器左侧口;

所述第三套管换热器右侧口通过第三管路接入中高温聚焦式太阳能加热器,

所述中高温聚焦式太阳能加热器设有温度传感器和压力传感器,能够对中高温聚焦式太阳能加热器内部温度、压力做到实时监控,对整个运行系统的合理运行做出相应的评判;中高温聚焦式太阳能加热器能够对太阳能的聚焦利用,并充分利用太阳能达到很高的温度;中高温聚焦式太阳能加热器右侧由第四管路接入闪蒸罐;

所述闪蒸罐罐顶口由第五管路接入小型蒸汽轮机;

所述小型蒸汽轮机右侧口和发电机相连,小型蒸汽轮机底部通过第六管路接入第二套管换热器内套管,将小型蒸汽轮机运行过程中产生的乏汽及时送入第二套管换热器的内套管中进行相应的热交换。

所述第一套管换热器所在的制冷剂循环系统由第五套管换热器、压缩机和节流阀通过制冷剂管路连接而成;在整个系统运行时,第五套管换热器起到蒸发器的作用,第一套管换热器起到冷凝器的作用,制冷剂在第五套管换热器中的内套管中吸热蒸发,气液混合物由制冷剂管路送入压缩机,经加压做工后变成高温高压的制冷剂蒸汽进入第一套管换热器中的内套管中和内套管外的原料海水进行冷凝换热,达到将低温的海水和制冷剂工质换热升温的效果后原料海水被送入第二套管换热器;此时第一套管换热器中内套管经放热后降温的制冷剂工质液体进入节流阀经节流减压后变成低温低压的液态制冷剂进入第五套管换热器中内套管进行下一次的循环。

所述第二套管换热器中的内套管左侧由第九管路接入第四套管换热器,第二套管换热器中的内套管右侧通过第六管路与小型蒸汽轮机相连接;在系统运行时,小型蒸汽轮机中做工产生的乏汽由第六管路输送到第二套管换热器中的内套管中与第一套管换热器中升高一定温度后输送的原料海水进行换热,得到降温的乏汽在第二套管换热器的内套管中变成气液混合物由第九管路从第二套管换热器内套管左侧由第九管路送入第四套管换热器进行再次的换热。

第四套管换热器上侧口由第九管路和第二套管换热器中的内套管左侧连接,下侧口由第十一管路接入第五套管换热器;

所述第五套管换热器由第十管路接加第三加压水泵后再接入第四套管换热器的内部套管上侧口;在整个系统运行时,降温后的乏汽在第二套管换热器的内套管中变成气液混合物进入第四套管换热器进行再次降温,降温后的液态海水由第十一管路进入第五套管换热器和第五套管换热器的内套管中的制冷剂换热降温后由第十管路经加第三加压水泵输送到第四套管换热器的内套管中和第四套管换热器中的海水再次换热降温后由第四套管换热器中的内套管下侧相连接的淡化海水出口输送出淡化海水。

所述第三套管换热器右侧口由第三管路接入中高温聚焦式太阳能加热器,第三套管换热器的内套管右侧由第七管路和闪蒸罐的罐底部相连接,第七管路上设有第二加压水泵,第三套管换热器的内套管左侧接有第八管路,第八管路上设有第一截止阀,在第八管路出口底部布置有盐析池;在整个系统运行时,从第二套管换热器出来的具有一定温度的海水由第二管路送入第三套管换热器与第三套管换热器内套管中的高温液态海水换热,升温后的海水从第三套管换热器经第三管路进入中高温聚焦式太阳能加热器,海水温度在该部件中温度急剧升高,升温后的海水在第二截止阀打开的情况下进入闪蒸罐,闪蒸罐将海水闪蒸形成气态水和浓海水,气态水从闪蒸罐顶部出口由第五管路输送到小型蒸汽轮机,浓海水由闪蒸罐底部由第七管路经加第二加压水泵输送到第三套管换热器的内套管中,和内套管外的海水进行换热后在第一截止阀的打开情况下由第八管路将浓海水输送到盐析池中,经过加工操作析出盐。

所述发电机与小型蒸汽轮机相连接,经发电后将电量由发电机从第一主干线路输送到第二主干线路供给第二加压水泵来满足自身运行所需的耗电量,输送到第三主干线路供给压缩机、第四主干线路供给加压泵第三加压水泵以满足各自运行所需的耗电量;第一主干线路最后将电量输送到第一加压水泵,第一加压水泵在整个系统运行中承担的电耗最多,补给第一加压水泵的电量也最多,保证整个系统的稳定运行,完全能够实现利用太阳能自给自足淡化海水并产盐的一体化流程。

一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统的运行方法:

系统开始运行时,其方法是第二截止阀和第三截止阀均处于关闭态,原料海水接入原料海水入口在第一加压水泵运行的情况下进入第一套管换热器中和内套管路中的制冷剂换热,制冷剂在第一套管换热器内套管中冷凝放热,升温后的原料海水经过第一管路进入第二套管换热器中和内套管管路中的乏汽进行再次换热,二次升温后的原料海水经过第二管路进入第三套管换热器中和内套管中高温液态水换热升温后进入中高温聚焦式太阳能加热器中继续升温,原料海水在进入中高温聚焦式太阳能加热器加热过程中,其右侧管路上的第二截止阀处于关闭状态,当原料海水升温到一定高度后,第二截止阀打开,将中高温原料海水送进闪蒸罐中,闪蒸成气态水和液态海水,气态水从闪蒸罐顶部由管路送入小型蒸汽轮机中做功,其中产生的乏汽从小型蒸发器底部由管路送入第二套管换热器内套管路中和第二套管换热器中的原料海水换热,降温后的乏汽由第九管路送入第四套管换热器中再次换热,然后由第十一管路送入第五套管换热器中和内套管中的制冷剂换热,降温后的液态水在第三加压水泵的运行下由第十管路送入第五套管换热器中的内套管中和第四套管换热器中的乏汽换热后在第三截止阀打开的状态下由淡化海水出口排出淡化海水,而在第五套管换热器内套管中的制冷剂蒸发吸热后进入压缩机压缩做工后进入第一套管换热器内套管中和管外原料海水冷凝换热,然后再流经节流阀再次进入第五套管换热器内套管中进行下一次的循环;而在闪蒸罐下部,闪蒸出来的液态海水在第二加压水泵的运行下经第七管路送入第三套管换热器内套管中换热降温后在第一截止阀打开状态下由第八管路流进盐析池析出盐,在小型汽轮机做功后由发电机输送电能经过输电线路输送到系统部件第二加压水泵、第三加压水泵、压缩机、第一加压水泵中满足自身的耗电,实现自给自足的目的。

本发明有如下有益效果:

本发明在海水淡化中利用了可再生能源—太阳能,可实现海水淡化、析盐、发电多能的效果,尤其是提出的这一系统可自给自足,发电量可完全解决系统运行中各部件的用电量,在目标产物多样的情况下充分最大程度地降低了系统运行成本,提高了系统运行效率,在运行过程中充分利用了各部件所产生的余能,降低了能源的浪费,经济效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统示意图。

图中:1第一加压水泵,2第一套管换热器,3第二套管换热器,4第三套管换热器,5中高温聚焦式太阳能加热器,6闪蒸罐,7小型蒸汽轮机,8发电机,9第二加压水泵,10第一截止阀,11盐析池,12第四套管换热器,13第五套管换热器,14第三加压水泵,15压缩机,16节流阀,17原料海水入口,18第一管路,19第二管路,20第三管路,21第四管路,22第五管路,23第六管路,24第七管路,25第八管路,26第九管路,27第十管路,28淡化海水出口,29制冷剂管路,30第十一管路,31第二截止阀,32第三截止阀,33第一主干线路,34第二主干线路,35第三主干线路,36第四主干线路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1:

参见图1,一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统,它包括第一加压水泵1,所述第一加压水泵1与第一套管换热器2相连,第一加压水泵1的入口与原料海水由管路17相连;所述第一套管换热器2右侧口通过第一管路18接入第二套管换热器3左侧口;所述第二套管换热器3右侧口通过第二管路19接入第三套管换热器4左侧口;所述第三套管换热器4右侧口通过第三管路20接入中高温聚焦式太阳能加热器5,所述中高温聚焦式太阳能加热器5设有温度传感器和压力传感器,能够对中高温聚焦式太阳能加热器5内部温度、压力做到实时监控,对整个运行系统的合理运行做出相应的评判;中高温聚焦式太阳能加热器5能够对太阳能的聚焦利用,并充分利用太阳能达到很高的温度;中高温聚焦式太阳能加热器5右侧由第四管路21接入闪蒸罐6;所述闪蒸罐6罐顶口由第五管路22接入小型蒸汽轮机7;所述小型蒸汽轮机7右侧口和发电机8相连,小型蒸汽轮机7底部通过第六管路23接入第二套管换热器3内套管,将小型蒸汽轮机7运行过程中产生的乏汽及时送入第二套管换热器3的内套管中进行相应的热交换。通过采用本发明的系统,能够用于实现海水淡化、析盐、发电多能的效果,尤其是提出的这一系统可自给自足,发电量可完全解决系统运行中各部件的用电量,在目标产物多样的情况下充分最大程度地降低了系统运行成本,提高了系统运行效率,在运行过程中充分利用了各部件所产生的余能,降低了能源的浪费,经济效率高。

进一步的,所述第一套管换热器2所在的制冷剂循环系统由第五套管换热器13、压缩机15和节流阀16通过制冷剂管路29连接而成;在整个系统运行时,第五套管换热器13起到蒸发器的作用,第一套管换热器2起到冷凝器的作用,制冷剂在第五套管换热器13中的内套管中吸热蒸发,气液混合物由制冷剂管路29送入压缩机15,经加压做工后变成高温高压的制冷剂蒸汽进入第一套管换热器2中的内套管中和内套管外的原料海水进行冷凝换热,达到将低温的海水和制冷剂工质换热升温的效果后原料海水被送入第二套管换热器3;此时第一套管换热器2中内套管经放热后降温的制冷剂工质液体进入节流阀16经节流减压后变成低温低压的液态制冷剂进入第五套管换热器13中内套管进行下一次的循环。通过采用上述的第一套管换热器2主要能够实现海水的初步换热。

进一步的,所述第二套管换热器3中的内套管左侧由第九管路26接入第四套管换热器12,第二套管换热器3中的内套管右侧通过第六管路23与小型蒸汽轮机7相连接;在系统运行时,小型蒸汽轮机7中做工产生的乏汽由第六管路23输送到第二套管换热器3中的内套管中与第一套管换热器2中升高一定温度后输送的原料海水进行换热,得到降温的乏汽在第二套管换热器3的内套管中变成气液混合物由第九管路26从第二套管换热器3内套管左侧由第九管路26送入第四套管换热器12进行再次的换热。

进一步的,第四套管换热器12上侧口由第九管路26和第二套管换热器3中的内套管左侧连接,下侧口由第十一管路30接入第五套管换热器13;所述第五套管换热器13由第十管路27接加第三加压水泵14后再接入第四套管换热器12的内部套管上侧口;在整个系统运行时,降温后的乏汽在第二套管换热器3的内套管中变成气液混合物进入第四套管换热器12进行再次降温,降温后的液态海水由第十一管路30进入第五套管换热器13和第五套管换热器13的内套管中的制冷剂换热降温后由第十管路27经加第三加压水泵14输送到第四套管换热器12的内套管中和第四套管换热器12中的海水再次换热降温后由第四套管换热器12中的内套管下侧相连接的淡化海水出口28输送出淡化海水。

进一步的,所述第三套管换热器4右侧口由第三管路20接入中高温聚焦式太阳能加热器5,第三套管换热器4的内套管右侧由第七管路24和闪蒸罐6的罐底部相连接,第七管路24上设有第二加压水泵9,第三套管换热器4的内套管左侧接有第八管路25,第八管路25上设有第一截止阀10,在第八管路25出口底部布置有盐析池11;在整个系统运行时,从第二套管换热器3出来的具有一定温度的海水由第二管路19送入第三套管换热器4与第三套管换热器4内套管中的高温液态海水换热,升温后的海水从第三套管换热器4经第三管路20进入中高温聚焦式太阳能加热器5,海水温度在该部件中温度急剧升高,升温后的海水在第二截止阀31打开的情况下进入闪蒸罐6,闪蒸罐6将海水闪蒸形成气态水和浓海水,气态水从闪蒸罐6顶部出口由第五管路22输送到小型蒸汽轮机7,浓海水由闪蒸罐6底部由第七管路24经加第二加压水泵9输送到第三套管换热器4的内套管中,和内套管外的海水进行换热后在第一截止阀10的打开情况下由第八管路25将浓海水输送到盐析池11中,经过加工操作析出盐。

进一步的,所述发电机8与小型蒸汽轮机7相连接,经发电后将电量由发电机8从第一主干线路33输送到第二主干线路34供给第二加压水泵9来满足自身运行所需的耗电量,输送到第三主干线路35供给压缩机15、第四主干线路36供给加压泵第三加压水泵14以满足各自运行所需的耗电量;第一主干线路33最后将电量输送到第一加压水泵1,第一加压水泵1在整个系统运行中承担的电耗最多,补给第一加压水泵1的电量也最多,保证整个系统的稳定运行,完全能够实现利用太阳能自给自足淡化海水并产盐的一体化流程。

实施例2:

一种利用太阳能自给式淡水海盐联产系统的运行方法:

系统开始运行时,其方法是第二截止阀31和第三截止阀32均处于关闭态,原料海水接入原料海水入口17在第一加压水泵1运行的情况下进入第一套管换热器2中和内套管路中的制冷剂换热,制冷剂在第一套管换热器2内套管中冷凝放热,升温后的原料海水经过第一管路18进入第二套管换热器3中和内套管管路中的乏汽进行再次换热,二次升温后的原料海水经过第二管路19进入第三套管换热器4中和内套管中高温液态水换热升温后进入中高温聚焦式太阳能加热器5中继续升温,原料海水在进入中高温聚焦式太阳能加热器5加热过程中,其右侧管路上的第二截止阀31处于关闭状态,当原料海水升温到一定高度后,第二截止阀31打开,将中高温原料海水送进闪蒸罐6中,闪蒸成气态水和液态海水,气态水从闪蒸罐6顶部由管路送入小型蒸汽轮机7中做功,其中产生的乏汽从小型蒸发器7底部由管路送入第二套管换热器3内套管路中和第二套管换热器3中的原料海水换热,降温后的乏汽由第九管路26送入第四套管换热器12中再次换热,然后由第十一管路30送入第五套管换热器13中和内套管中的制冷剂换热,降温后的液态水在第三加压水泵14的运行下由第十管路27送入第五套管换热器13中的内套管中和第四套管换热器12中的乏汽换热后在第三截止阀32打开的状态下由淡化海水出口28排出淡化海水,而在第五套管换热器13内套管中的制冷剂蒸发吸热后进入压缩机15压缩做工后进入第一套管换热器2内套管中和管外原料海水冷凝换热,然后再流经节流阀16再次进入第五套管换热器13内套管中进行下一次的循环;而在闪蒸罐6下部,闪蒸出来的液态海水在第二加压水泵9的运行下经第七管路24送入第三套管换热器4内套管中换热降温后在第一截止阀10打开状态下由第八管路25流进盐析池11析出盐,在小型汽轮机7做功后由发电机8输送电能经过输电线路输送到系统部件第二加压水泵9、第三加压水泵14、压缩机15、第一加压水泵1中满足自身的耗电,实现自给自足的目的。

本发明的工作原理:

当系统开始运行时,原料原料海水入口17进入整个运行系统,首先通过第一加压水泵1加压后由管路依次输送到第一套管换热器2,第二套管换热器3、第三套管换热器4后再由第三管路20进入中高温聚焦式太阳能加热器,此时,第四管路21上的第二截止阀31处于关闭状态。中高温聚焦式太阳能加热器可高效吸收太阳能使腔内换热工质达到很高的温度。当原料海水从第三套管换热器4由第三管路20进入中高温聚焦式太阳能加热器后,腔内高温度的工质将会是原料海水温度急剧上升,成为气态原料海水,然后打开第二截止阀31,气态海水进入闪蒸罐,闪蒸罐能够将气态海水闪蒸成气态水和液态纯海水,然后气态水和液态纯海水分别从闪蒸罐顶部和底部输出,其中气态水从闪蒸罐顶部由第五管路22输送到小型蒸汽轮机做工后可由发电机发出电量由第一主干线路33输送到第二加压水泵9、第三加压水泵14、压缩机15、第一加压水泵1以满足它们在整个系统运行时所需要的耗电量。另外在小型蒸汽轮机做工产生的较高温度的乏汽会通过第六管路23输送到第二套管换热器3的内套管右侧,在内套管中和第二套管换热器3中的原料海水进行换热,升高一定温度的原料海水由第二管路19输送到第三套管换热器4中,内套管中下降一定温度的乏汽由第九管路26从内套管左侧口进入第四套管换热器12。而从第四套管换热器12经过第十一管路30输送到第五套管换热器13的乏汽在套管换热器内套管制冷剂的吸热致使降低温度后由第十管路27经第三加压水泵14加压后进入第四套管换热器12内套管中再次进行换热,降到一定温度的乏汽变成液态淡化海水从内套管下侧口在第三截止阀32的打开情况下由淡化海水出口28输送出来。

而在闪蒸罐底部浓海水由第七管路24经第二加压水泵9加压后输送到第三套管换热器4内套管右侧,内套管中浓海水与第三套管换热器4中的原料海水换热,升温后的原料海水由第三管路20输送到中高温聚焦式太阳能加热器,而降温后的浓海水在第一截止阀10的打开下由第八管路25输送到盐析池,经加工后得到海盐。

另外在以第一套管换热器2在内的制冷剂循环管路中,第五套管换热器13在该循环管路中扮演蒸发器的角色,制冷剂在第五套管换热器13的内套管中吸热蒸发后由制冷剂管路29送入压缩机压缩做工为高温高压的气态制冷剂进入第一套管换热器2内套管中和第一套管换热器2中的低温原料海水冷凝放热,升温后的原料海水由第一管路18输送到第二套管换热器3中,放热后的制冷剂由制冷剂管路29进入节流阀节流降压后再进入第五套管换热器13内套管中进行再一次的循环。

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