[发明专利]一种新型海水淡化系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种海水淡化、光伏产业和氯碱工业的协同发展的海水淡化系统，特别是涉及一种新型的海水淡化技术。

背景技术

淡水资源的短缺不仅是制约我国经济发展的一大瓶颈，更是世界共同面临的重大问题。而将近79％的人类居住在距离大海不到120公里的地方，辽阔的海洋占地球表面近3/4的面积，海水拥有地球总水量的96.53％(海水总量为13380亿立方米)。可见，海水是地球水的主体。因此海水淡化必将是解决人类缺水问题的重要手段，甚至是最佳的选择。目前全世界已有130多个国家正在进行海水淡化。膜法(反渗透为主)和蒸馏法(多级闪蒸和低温多效为主)是当今世界广泛应用的两种海水淡化技术，但这两种方法都存在预处理复杂、能源消耗较大、设备国产化低、处理费用较高的问题，相当于消耗能源换取淡水资源，这与国际能源日益匮乏的现状产生严重矛盾。因此，积极探索太阳能海水淡化产业新途径，实现利用太阳能热水电联产模式，无疑是沿海和临海地区最经济、最实用、最灵活、最环保和最根本的水危机解决方案。

太阳能海水淡化的基本方法有两种：一是利用太阳所产生的热能驱动海水发生相变并进行分离，对分离的水蒸汽进行冷凝，产生淡水；二是利用太阳能产生的直流电场使海水中的离子定向迁移，通过离子交换膜实现溶质和溶剂的分离，达到海水淡化的目的。由于太阳能的能流密度较低，通常每平方米不到1千瓦；并且其能量随时间和天气呈现不稳定性和不连续性，导致传统的太阳能海水淡化蒸发器产水率低，限制了其大规模的普及。其次，传统的太阳能海水淡化蒸发器存在三个缺点：其一是装置中海水的总热容量太大，减缓了装置中海水温度的增加速率，减少了装置的出水时间和出水量。其二是水蒸汽的凝结潜热未被利用，这部分热量还使得盖板温度升高，减小了与海水的温差，减弱了凝结速度。其三是系统中采用自然对流换热形式，没有太高的传热传质效率，限制了系统的总体效能。

为了提高太阳能海水淡化蒸发器的产水率，国内外研究人员设计出很多类型的太阳能海水淡化蒸发器。现代的太阳能海水淡化大多采用主动式，如多效回热式太阳能海水淡化装置，产水率高，但也消耗不少电能；国外学者在传统太阳能海水蒸馏盘中安装肋片，使得吸收太阳能的有效面积增大，加快海水升温的速度，提高了系统的产水率；此外，蒸汽热量的回收也引起的学者的关注，利用多级迭盘结构对凝结潜热进行重复利用，强化冷凝效果，提高了太阳能蒸发器的效率；还有直热式太阳能海水淡化装置，海水直接进入集热系统，省去产生蒸汽的热交换设备；将太阳能蒸馏器底盘设计成半球形，在半球形底盘内铺设涂成黑色的棉质材料，利用毛细效应尽可能减少盘内海水容量，增加海水蒸发的有效面积，并将玻璃盖板设计成金字塔形，由四面倾角为45°的玻璃盖板组成，增大了海水吸收的光能，避免了太阳移动造成的阴影对海水蒸馏器的不利影响，经过实验研究，发现系统在晴天的平均产水率为4.1L/m²，系统最大瞬时效率为45％；还有在增湿-除湿海水淡化基础上，釆用热耦合的方式，将蒸发过程与冷凝过程结合起来并对海水淡化过程的传热传质特性进行研究，建立蒸发侧与冷凝侧的热量与质量衡算方程、传质速率方程以及蒸发冷凝侧传热速率方程。系统的产水量和系统的效率分别为1.97kg/h和43.5％。

太阳能是一种电磁辐射，它可以转化为热能和电能，利用太阳能进行海水淡化既可节约能源又能满足环保的要求，迎合了发展的需求。太阳能光伏发电作为可再生能源利用的重要组成部分，已经得到了众多国家政府的大力支持。可以预见，21世纪利用太阳能对海水的综合利用作为淡水资源的主要补充途径，将会在我国众多领域发挥重要作用，具有广阔的发展前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术存在的问题和局限，提供一种太阳能海水淡化系统，该系统主要采用太阳能分波聚热导光技术和太阳能电辅加热式低压膜蒸馏技术，生产所得淡水产量高、运行成本低且可直接作为直饮水供人类使用。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的新型海水淡化系统，包括依次布置的海水预处理单元、热交换单元、太阳能热管式集热单元、太阳能分波聚热导光单元、太阳能电辅加热式低压膜蒸馏单元。

所述的新型海水淡化系统，还包括浓盐水光伏电解单元，其布置在太阳能电辅加热式低压膜蒸馏单元之后。