[发明专利]耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统及其控制方法

权利要求书

1.耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统，其特征在于，所述系统包括形成闭合回路的直接接触式蒸发器、逆流换热器和太阳能集热器；其中，直接接触式蒸发器内置或外接燃烧器，并在蒸发器底部连接有沉降槽，沉降槽与直接接触式蒸发器之间设有回流管，并通过泵将槽内上清液回输至蒸发器内；逆流换热器冷端连接有浓水输送管路，热端与直接接触式蒸发器连接，换热器外接有烟气处理系统和RO膜系统，RO膜系统连接有储水罐；闭合回路外设有制氢系统，制氢系统包括电解水槽，水槽内的阳极、阴极分别连接有氧气罐和氢气罐，其中氧气罐经空气管路与燃烧器连通，氢气罐经燃气管路与燃烧器连通；电解水槽通过储水罐或外接水管补水。

2.根据权利要求1所述的耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统，其特征在于，逆流换热器采用紧凑式布置方式，传热面积密度达800m²/m³。

3.根据权利要求1所述的耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统，其特征在于，RO膜系统采用碟管式反渗透膜，运行压力达60-80bar。

4.根据权利要求1所述的耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统，其特征在于，烟气处理系统包括碱洗塔和酸洗塔，其中碱洗塔采用逆流式多层设计，酸洗塔末端设有活性炭吸附装置。

5.根据权利要求1所述的耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统，其特征在于，太阳能集热器采用平板型翼管式集热器，每吨浓水布设面积为0.8-1.5m²。

6.根据权利要求1所述的耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统，其特征在于，燃烧器内置于直接接触式蒸发器。

7.根据权利要求1所述的耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统，其特征在于，制氢系统为利用光伏发电的电解水制氢系统、光解水制氢系统或太阳能热解水系统。

8.权利要求1-7任一所述耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、直接接触式蒸发器内蒸发换热后的烟气、水蒸气混合气进入逆流换热器，混合气温度为88-90℃，逆流换热器冷端接入常温浓水，在换热器内混合气和浓水换热使得混合气冷却，其中的水蒸气释放气化潜热凝结为冷凝水，冷凝水经RO膜系统去除有机物和氨氮后进入储水罐备用；换热后的烟气进入烟气处理系统，分别经碱洗去除挥发性有机酸、酸洗去除碱性污染物，最后达标排放；其中换热器内的浓水吸收水蒸气潜热后由常温升高至45-50℃；

S2、将S1中获得初步升温的浓水送至太阳能集热器，进一步升温至75-80℃，然后经进水泵输送至直接接触式蒸发器内蒸发浓缩；

S3、在直接接触式蒸发器内浓水与混合气直接接触换热，浓水升温、蒸发，换热后的烟气、水蒸气温度为88-90℃；在蒸发器内上升过程中，部分水蒸气释放气化潜热成为雾状水滴，并于烟气、剩余水蒸气一同输送至逆流换热器内，蒸发器内的浓水得到蒸发浓缩形成浓缩液；

S4、蒸发器内浓水的浓缩倍率达到10倍以上时，间隔开启蒸发器底部的电磁阀，将浓缩液排入沉降槽，浓缩液在沉降槽内静置分层，上部为上清液、底部为盐泥；上清液由泵送入回流管并输送至蒸发器内继续蒸发，盐泥进行填埋或焚烧；

S5、制氢系统中将太阳能转换为电能，光伏组件正极连接电解水槽的阳极、负极连接阴极，在阴极和阳极分别制得氢气和氧气，然后分别储存于氢气罐和氧气罐，氢气罐连接燃气管路、氧气罐连接空气管路，分别汇入燃烧器内燃烧；电解水槽内的水来自S1储水罐内的水或外接水管补水。

9.根据权利要求8所述的耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统的控制方法，其特征在于，S1中RO膜系统设有反洗模式，使得膜组件连续使用，所述系统实现冷凝水中的有机物和氨氮去除率达99.5％，冷凝水回水率大于90％。

10.根据权利要求8所述的耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统的控制方法，其特征在于，S5中的电解水槽采用固体氧化物电解槽，其能源利用率在88-95％之间。