一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的系统及其工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的系统及其工艺，包括海水取水单元、位于海平面以下的原水预处理单元、地热取热单元，以及与原水预处理单元有适合水头落差的原水补水单元、反渗透单元、淡水提升单元和水力发电单元；水力发电单元的引水管道与海水取水单元连通，水力发电单元的尾水管道分别与原水补水单元、淡水提升单元相连通；地热取热单元通过加热管道分别向原水补水单元和淡水提升单元输出热能；海水经原水预处理单元处理后首先依靠水势能进行发电，然后再经原水补水单元对发电后的尾水进行补压，海水经反渗透淡化后将原水分离成淡水和浓盐水，实现地热热能‑水势能‑电能的转换，解决目前淡水紧缺和缺少低碳发电的社会问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海水淡化和地热能及水势能应用领域，特别涉及一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的系统及其工艺。
技术介绍
目前国际国内海水淡化主要分为蒸馏法(热法)和反渗透(膜法)两大类，具体海水淡化技术超过20余种，包括多级闪蒸、低温多效、反渗透、电渗析、压汽蒸馏、露点蒸发、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能、水柱势能海水淡化技术等等。经过半个世纪的发展，形成了以多级闪蒸、多效蒸馏和反渗透为主流的工业技术。从地区上来讲，中东海湾国家仍将以多级闪蒸为首选，因为它具有大型化和超大型化(单台设备产水量目前已高达日产淡水4万～5万吨)、适应污染重的海湾水以及预处理费用低的优势；然而在中东以外地区以反渗透法为首选。不同的海水淡化方法适应于不同的地理和气候和水质和周边其他工业设施的条件特点，但通常的海水淡化方法，无论是热法还是膜法，依靠单纯的一种能源的技术比较多，都需要耗费大量燃料或电能，成本都比较高。但就发电方式而言，当前流行的水力发电技术多是通过建设水坝拦水发电，而热力发电也是通过将热能转换为可对外做功的机械能，再将机械能转换为动能，转换效率不高。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的在海水淡化和淡水提升过程中的热能或电能消耗量大的技术问题，提供了一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的系统及其工艺，其利用沿海城市的地热条件，在反渗透海水淡化过程中大量引入地热能清洁能源，可以利用非燃料非电力的结合高层建筑和深井的自然水柱势能，实现海水淡化、提升及发电，取代普通的通过耗费电力或消耗燃料进行海水淡化的方法。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一方面，本专利技术提供了一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的系统，包括海水取水单元、位于海平面以下的原水预处理单元、地热取热单元，以及与所述原水预处理单元有适合水头落差的原水补水单元、反渗透单元、淡水提升单元和水力发电单元，所述海水取水单元通过原水输送管道进入所述的原水预处理单元；所述水力发电单元的引水管道与所述海水取水单元连通，所述水力发电单元的尾水管道分别与所述原水补水单元、淡水提升单元相连通；所述地热取热单元通过加热管道分别向所述原水补水单元和淡水提升单元输出热能；所述原水补水单元包括原水温度调节罐、温度差驱动原水补水装置，所述原水温度调节罐的进水口与所述尾水管道连通，且通过加热管道与所述地热取热单元连接，用于对发电后的进入所述原水温度调节罐内的原水进行温度调节；所述温度差驱动原水补水装置分别与所述反渗透单元和原水温度调节罐的出水口连接，用于将所述原水温度调节罐内的原水补充至所述反渗透单元中；所述反渗透单元用于对原水进行反渗透淡化，经反渗透后分离出淡水和浓盐水，所述的浓盐水通过所述反渗透单元的余压由浓盐水输送管道输送至地面；所述淡水提升单元包括与所述反渗透单元连通的淡水箱和与所述淡水箱相连通的温度差驱动淡水提升装置，所述地热取热单元通过加热管道向所述温度差驱动淡水提升装置输出热能，所述温度差驱动淡水提升装置通过淡水输送管道将所述淡水箱中的淡水输送至位于海平面上方的地面上。所述系统还包括地下厂房、深井结构和高层建筑，所述原水补水单元、反渗透单元、淡水提升单元和水力发电单元位于所述地下厂房内，所述深井结构的一端与所述地下厂房连通，其另一端伸至所述高层建筑上，所述浓盐水输送管道和淡水输送管道由所述地下厂房伸至所述深井结构中，并将淡水和浓盐水输送至所述高层建筑中。所述系统中还设置一利用水柱保持压力的保压装置，所述保压装置包括位于深井结构中的水柱管井和位于所述地下厂房中的保压缓冲机构，所述保压缓冲机构分别与所述的水柱管井和反渗透单元的原水进口端连通。所述保压缓冲机构包括一缸体和位于缸体内部的活塞，所述缸体的两端分别与所述水柱管井和反渗透单元的原水进口端连通。所述温度差驱动原水补水装置和温度差驱动淡水提升装置分别包括一循环加热室、循环冷却室、温差相变提升室和传输泵；所述循环加热室分别与所述淡水箱和温差相变提升室相连通，所述循环加热室的腔室内设有与所述地热取热单元相连通的加热管道，所述循环加热室与所述淡水箱连通；所述循环冷却室与所述尾水管道连通，其腔室内设有与所述温差相变提升室相连通的冷却管路，所述冷却管路与所述淡水箱连通；所述温差相变提升室包括循环腔室和相变驱动缸，所述相变驱动缸内设有一活塞，所述活塞将所述相变驱动缸分为淡水提升室和工质相变室，所述工质相变室位于所述循环腔室内，所述淡水提升室上分别设置一与所述淡水箱连接的进水口和一与所述淡水输送管道相连通的出水口；所述传输泵用于将所述循环加热室中热水和所述循环冷却室中的冷水交替传输至所述循环腔室中，使所述相变驱动缸驱动淡水提升。所述地热取热单元包括地热补水井、地热取热井、地热源、地热加热井、地热补水管道和地热取热管道，所述地热加热井位于所述地热源的岩层中，所述地热补水管道与所述地热补水井连通，所述地热补水井和所述地热取热井分别与所述地热加热井连通，所述地热取热管道与所述地热加热井连通；所述循环加热室和水温调节罐分别通过加热管道与所述的地热取热管道相连通。所述的地热取热单元中还设有储热箱和与所述储热箱相连通的地热应用用户，所述储热箱通过所述地热取热管道与所述地热加热井连通，所述地热取热管道与所述储热箱连通。所述的地热源为干热岩地热源，所述地热加热井水平位于干热岩地热源中。所述原水预处理单元包括呈上下位置依次串联设置的蓄水调节池和初步预处理装置、微滤装置、超滤装置、保安过滤器、重力自流海水输水管道，所述蓄水调节池位于所述海水取水单元的下方，其通过原水输送管道与所述海水取水单元连接，所述蓄水调节池上还设有加药装置。另一方面，本专利技术还提供了一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的工艺，所述工艺步骤如下：将海水由海水取水单元引入原水预处理单元，去除海水中细菌、悬浮物、胶体、自由氯；将处理后的原水引入设置于与海平面有一定水位落差的地下厂房内的水力发电单元，将原水势能转换为电能；经发电后的原水进入原水温度调节罐中，在原水温度调节罐中引入地热热能对原水进行调温处理；调温后的原水通过温度差驱动原水补水装置注入反渗透单元，进行反渗透淡水和浓盐水的分离，淡水通过温度差驱动淡水提升装置由淡水输送管道输出地面，供淡水用户使用，浓盐水依靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的系统，其特征在于，包括海水取水单元(1)、位于海平面以下的原水预处理单元(2)、地热取热单元(3)，以及与所述原水预处理单元(2)有适合水头落差的原水补水单元(4)、反渗透单元(5)、淡水提升单元(6)和水力发电单元(102)，所述海水取水单元(1)中的海水通过原水输送管道(7)进入所述的原水预处理单元(2)；所述水力发电单元(102)的引水管道(103)与所述原水预处理单元(2)出水端连通，所述水力发电单元(102)的尾水管道(104)分别与所述原水补水单元(4)、淡水提升单元(6)相连通；所述地热取热单元(3)通过加热管道(8)分别向所述原水补水单元(4)和淡水提升单元(6)输出热能；所述原水补水单元(4)包括原水温度调节罐(41)、温度差驱动原水补水装置(42)，所述原水温度调节罐(41)的进水口与所述尾水管道(104)连通，且通过加热管道(8)与所述地热取热单元(3)连接，用于对发电后的进入所述原水温度调节罐(41)内的原水进行温度调节；所述温度差驱动原水补水装置(42)分别与所述反渗透单元(5)和原水温度调节罐(41)的出水口连接，用于将所述原水温度调节罐(41)内的原水补充至所述反渗透单元(5)中；所述反渗透单元(5)用于对原水进行反渗透淡化，经反渗透后分离出淡水和浓盐水，所述的浓盐水通过所述反渗透单元(5)的余压由浓盐水输送管道(9)输送至地面；所述淡水提升单元(6)包括与所述反渗透单元(5)连通的淡水箱(61)和与所述淡水箱(61)相连通的温度差驱动淡水提升装置(62)，所述地热取热单元(3)通过加热管道(8)向所述温度差驱动淡水提升装置(62)输出热能，所述温度差驱动淡水提升装置(62)通过淡水输送管道(10)将所述淡水箱(61)中的淡水输送至位于海平面上方的地面上。...

【技术特征摘要】
1.一种利用地热资源同时进行海水淡化和发电的系统，其特征在于，
包括海水取水单元(1)、位于海平面以下的原水预处理单元(2)、地热取
热单元(3)，以及与所述原水预处理单元(2)有适合水头落差的原水补水
单元(4)、反渗透单元(5)、淡水提升单元(6)和水力发电单元(102)，
所述海水取水单元(1)中的海水通过原水输送管道(7)进入所述的原水
预处理单元(2)；所述水力发电单元(102)的引水管道(103)与所述原
水预处理单元(2)出水端连通，所述水力发电单元(102)的尾水管道(104)
分别与所述原水补水单元(4)、淡水提升单元(6)相连通；
所述地热取热单元(3)通过加热管道(8)分别向所述原水补水单元
(4)和淡水提升单元(6)输出热能；
所述原水补水单元(4)包括原水温度调节罐(41)、温度差驱动原水
补水装置(42)，所述原水温度调节罐(41)的进水口与所述尾水管道(104)
连通，且通过加热管道(8)与所述地热取热单元(3)连接，用于对发电
后的进入所述原水温度调节罐(41)内的原水进行温度调节；所述温度差
驱动原水补水装置(42)分别与所述反渗透单元(5)和原水温度调节罐(41)
的出水口连接，用于将所述原水温度调节罐(41)内的原水补充至所述反
渗透单元(5)中；
所述反渗透单元(5)用于对原水进行反渗透淡化，经反渗透后分离
出淡水和浓盐水，所述的浓盐水通过所述反渗透单元(5)的余压由浓盐水
输送管道(9)输送至地面；
所述淡水提升单元(6)包括与所述反渗透单元(5)连通的淡水箱(61)
和与所述淡水箱(61)相连通的温度差驱动淡水提升装置(62)，所述地热
取热单元(3)通过加热管道(8)向所述温度差驱动淡水提升装置(62)
输出热能，所述温度差驱动淡水提升装置(62)通过淡水输送管道(10)
将所述淡水箱(61)中的淡水输送至位于海平面上方的地面上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括地下
厂房(105)、深井结构(106)和高层建筑(107)，所述原水补水单元(4)、
反渗透单元(5)、淡水提升单元(6)和水力发电单元(102)位于所述地

\t下厂房(105)内，所述深井结构(106)的一端与所述地下厂房(105)连
通，其另一端伸至所述高层建筑(107)上，所述浓盐水输送管道(9)和
淡水输送管道(10)由所述地下厂房(105)伸至所述深井结构(106)中，
并将淡水和浓盐水输送至所述高层建筑(107)中。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统中还设置一
利用水柱保持压力的保压装置(20)，所述保压装置(20)包括位于深井结
构中的水柱管井(201)和位于所述地下厂房(105)中的保压缓冲机构(202)，
所述保压缓冲机构(202)分别与所述的水柱管井(201)和反渗透单元(5)
的原水进口端连通。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述保压缓冲机构(202)
包括一缸体(2021)和位于缸体(2021)内部的活塞(2022)，所述缸体(2021)
的两端分别与所述水柱管井(201)和反渗透单元(5)的原水进口端连通。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述温度差驱动原水
补水装置(42)和温度差驱动淡水提升装置(62)分别包括一循环加热室
(301)、循环冷却室(302)、温差相变提升室(303)和传输泵；
所述循环加热室(301)分别与所述淡水箱(61)和温差相变提升室
(303)相连通，所述循环加热室(301)的腔室内设有与所述地热取热单
元(3)相连通的加热管道(8)，所述循环加热室(301)与...

【专利技术属性】
技术研发人员：范海燕，王娜，
申请(专利权)人：范海燕，
类型：发明
国别省市：天津;12