多组集热轮启蒸发水盐分离系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多组集热轮启蒸发水盐分离系统及方法，该系统包括集热装置、聚光集热器、升热室、蒸发室、冷凝器、缓冲室和真空泵；对盐水原液用递降水位多台串联

【技术实现步骤摘要】
多组集热轮启蒸发水盐分离系统及方法


[0001]本专利技术涉及水资源和水处理领域，尤其涉及一种多组集热轮启蒸发水盐分离系统及方法。

技术介绍

[0002]随着人口的快速增长和工业的发展，全球淡水短缺及土壤盐渍化已然是人类社会面临的最紧迫的两大挑战。对盐水处理进行淡化与制盐是解决这两大难题的最有效的手段之一。
[0003]现有的盐水处理方法多是仅针对一个方向，即仅针对淡化取水，或仅针对结晶制盐。仅取水的盐水处理，水盐分离取得所需淡水后，就将浓盐水直接排入海中或地下或地面上，这样会导致土壤盐渍化更加严重，对海洋环境造成污染，影响海洋生物的生存，污染地下水。仅制盐的盐水处理耗量大，产生的蒸汽直接排至环境中，对蒸汽的能量直接废弃，对淡水资源也是一种浪费。
[0004]在盐水淡化领域，主要分为蒸馏脱盐和膜法脱盐两大技术。蒸馏脱盐技术具体来说有MVR技术和多效蒸发技术，MVR技术通过蒸汽的再次压缩获得动力，分离水盐，有足够的机械动力对盐水进行蒸馏处理，但耗能较高，运行成本较高；多效蒸发技术通过多个蒸发室串联逐级蒸发达到水盐分离的目的，设备较简单，操作弹性大，但需要压力逐级递减，对真空要求高，且需要较多的电能和其他机械能源作为动力支撑，无法用于缺少稳定持续大量电力资源的地区；膜法脱盐无需加热，相较于传统的蒸馏技术，操作较简单，效率较高，水盐脱离处理较稳定，但膜成本高，耗电量大。
[0005]在结晶制盐领域，主要分为盐田法和电渗析法两大方法。盐田法即利用大量空地，让盐水直接在平地上敞开式接受太阳照射来蒸发掉水分，产生晶盐，这种方法虽不需电能和其他机械能源，但过于缓慢，占地面积较大，效率低下，产盐不稳定。电渗析法占地面积少，不依赖于天气，产品质量高，但需要大量电力，成本高，较易结垢。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种多组集热轮启蒸发水盐分离系统及方法，以解决盐水处理效率低、成本高、耗能大、单次浓缩度较低等问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术实施例提供一种多组集热轮启蒸发水盐分离系统，其特征在于，包括：蓄水箱和多组集热装置、聚光集热器、升热室、蒸发室、冷凝器、缓冲室、浓盐水槽、淡水箱、真空泵；所述蓄水箱用于储存低温盐水原液，蓄水箱出口连接一个三通管构成两个通路，一通路与冷凝器的内管入口相连，另一通路与每组集热装置的第1台集热器入口相连；所述系统包含M组集热装置，每组集热装置由N台集热器串联组成，共有MN个集热器，M组集热装置之间为并联；所述聚光集热器由抛物镜和真空管构成，作为辅助加热装置设置于集热装置与升热室之间，聚光集热器入口连接各集热装置第N台集热器出口，聚光集热器出口连接升热室
的壳程入口，连通口设置带有流量计的止回控制阀；所述升热室为管壳式构造，升热室的管程入口与每组集热装置第台集热器的出口相连，每个连通口均设置带有流量计的止回控制阀，所述升热室的壳程出口与每组集热装置第台集热器入口连接，其中为向下取整符号，T
v
为给定蒸发室压力P
v
对应的盐水相变温度，T0为给定的初始原液温度，T1为第1台集热器的出口温度；其中α为温度裕量，取2～4℃；所述蒸发室入口与升热室的管程出口相连，所述蒸发室有两个出口，顶端蒸汽出口与冷凝器相连，底部浓缩液出口与缓冲室相连；所述冷凝器为套管式构造，内外管间的管环入口与蒸发室的蒸汽出口相连，管环出口与淡水箱相连，内管入口与蓄水箱连接，出口连接各集热装置第台集热器入口，T
c
为冷凝器出口温度，确定所述出口温度的数学表达式为：
[0009][0010]其中c
p
为盐水比热容，r为压力P
v
对应的蒸汽潜热；所述缓冲室出口设置浮球自启阀，与浓盐水槽相连；所述淡水箱顶部设置真空泵抽吸口，底部设置排气阀；所述真空泵连接淡水箱的顶部，使蒸发室、冷凝器管环处于微负压环境中。
[0011]进一步地，所述M组集热装置并联排列，每组集热装置由N台真空管型集热器梯级串联，每台集热器主要由若干真空集热管和1个水箱构成；第1台集热器水箱装满水体，横截面积为A1，第i(＝1～N
‑
1)台集热器水箱的水体横截面积为第i+1台集热器水箱的水体横截面积比第i台减少水位呈逐级降低状态；第1台集热器水箱出水口底高h1与第2台水位齐平，第i(＝2～N)台集热器水箱的出水口底高h
i
由下式确定：
[0012][0013]其中0＜h
i
＜2R，R为水箱横截面半径，y表示竖直方向，且向上为正；每组集热装置第1台集热器水箱出口处设置出水控制阀，第N台集热器水箱水面以下设置有温度传感器，当第N台集热器内的温度传感器测得水温T
N
≥T
b
±
2℃时，其中T
b
为给定初始盐度C0和常压对应的盐水沸点温度，出水控制阀开启，第1台集热器水箱上部温度高于T0+ΔT1的盐水自流进入第2台水箱底部，第2台集热器水箱水位随之上升，超过出口底高的盐水从出口自流进入第3台集热器水箱底部；因而第i(＝3～N
‑
1)台集热器水箱的水体自流进入第i+1台集热器水箱，最终第N台集热器水箱接受第N
‑
1台集热器水箱自流进入的高温盐水，再进入聚光集热器内，使水温进一步提高以达到热源温度要求；且第i(＝1～N
‑
1)台集热器水箱流出盐水温度与第i+1台集热器水箱盐水最低温度相同。
[0014]进一步地，所述第m(＝1～M)组集热装置第1台集热器水箱入口处设置进水控制阀，第N
‑
1台和第N台集热器水箱出水口底高处均设置水位传感器，当第N
‑
1台或第N台集热
器水箱水位传感器感应到水位低于水箱出口底高，进水控制阀开启，蓄水箱开始向第1台集热器水箱加水，直至水位传感器感应到水位补足为止，进水控制阀关闭；每组集热装置内的进口水位控制优先于出口温度控制，且两类控制允许同步同时触发；所述聚光集热器的出口高度高于所述升热室的壳程入口高度；所述冷凝器管环入口高度高于蒸发室蒸汽出口高度，冷凝器管环出口高度高于淡水箱入口高度，蒸发室的浓缩液出口高度高于缓冲室入口高度，缓冲室的出口高度高于浓盐水槽的入口高度。
[0015]本专利技术实施例还提供一种多组集热轮启蒸发水盐分离方法，包括如下步骤：
[0016](1)多组集光热温升：低温盐水原液通过递降水位串联
‑
多组并联式太阳光集热和串联式聚太阳光集热，以两种集光热温升方式结合进行加热升温盐水；
[0017](2)微负压轮启蒸发：经过步骤(1)加热升温后的盐水通过升热室和蒸发室实现微负压蒸发，获得蒸汽和可提取晶盐的浓缩液；
[0018](3)自对流相变冷凝：所述步骤(2)获得的蒸汽进而通入冷凝器中，通过与低温盐水原液逆向自对流换热，相变获得淡水，与此同时低温盐水原液获得一定温升，进入所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多组集热轮启蒸发水盐分离系统，其特征在于，该系统包括：蓄水箱和多组集热装置、聚光集热器、升热室、蒸发室、冷凝器、缓冲室、浓盐水槽、淡水箱、真空泵；所述蓄水箱用于储存低温盐水原液，蓄水箱出口连接一个三通管构成两个通路，一通路与冷凝器的内管入口相连，另一通路与每组集热装置的第1台集热器入口相连；所述系统包含M组集热装置，每组集热装置由N台集热器串联组成，共有MN个集热器，M组集热装置之间为并联；所述聚光集热器由抛物镜和真空管构成，作为辅助加热装置设置于集热装置与升热室之间，聚光集热器入口连接各集热装置第N台集热器出口，聚光集热器出口连接升热室的壳程入口，连通口设置带有流量计的止回控制阀；所述升热室为管壳式构造，升热室的管程入口与每组集热装置第台集热器的出口相连，每个连通口均设置带有流量计的止回控制阀，所述升热室的壳程出口与每组集热装置第台集热器入口连接，其中为向下取整符号，T
v
为给定蒸发室压力P
v
对应的盐水相变温度，T0为给定的初始原液温度，T1为第1台集热器的出口温度；其中α为温度裕量，取2～4℃；所述蒸发室入口与升热室的管程出口相连，所述蒸发室有两个出口，顶端蒸汽出口与冷凝器相连，底部浓缩液出口与缓冲室相连；所述冷凝器为套管式构造，内外管间的管环入口与蒸发室的蒸汽出口相连，管环出口与淡水箱相连，内管入口与蓄水箱连接，出口连接各集热装置第台集热器入口，T
c
为冷凝器出口温度，确定所述出口温度的数学表达式为：其中c
p
为盐水比热容，r为压力P
v
对应的蒸汽潜热；所述缓冲室出口设置浮球自启阀，与浓盐水槽相连；所述淡水箱顶部设置真空泵抽吸口，底部设置排气阀；所述真空泵连接淡水箱的顶部，使蒸发室、冷凝器管环处于微负压环境中。2.根据权利要求1所述的一种多组集热轮启蒸发水盐分离系统，其特征在于，所述M组集热装置并联排列，每组集热装置由N台真空管型集热器梯级串联，每台集热器主要由若干真空集热管和1个水箱构成；第1台集热器水箱装满水体，横截面积为A1，第i(＝1～N
‑
1)台集热器水箱的水体横截面积为第i+1台集热器水箱的水体横截面积比第i台减少水位呈逐级降低状态；第1台集热器水箱出水口底高h1与第2台水位齐平，第i(＝2～N)台集热器水箱的出水口底高h
i
由下式确定：其中0＜h
i
＜2R，R为水箱横截面半径，y表示竖直方向，且向上为正；每组集热装置第1台集热器水箱出口处设置出水控制阀，第N台集热器水箱水面以下设置有温度传感器，当第N台集热器内的温度传感器测得水温T
N
≥T
b
±
2℃时，其中T
b
为给定初始盐度C0和常压对应的盐水沸点温度，出水控制阀开启，第1台集热器水箱上部温度高于T0+ΔT1的盐水自流进入第
2台水箱底部，第2台集热器水箱水位随之上升，超过出口底高的盐水从出口自流进入第3台集热器水箱底部；因而第i(＝3～N
‑
1)台集热器水箱的水体自流进入第i+1台集热器水箱，最终第N台集热器水箱接受第N
‑
1台集热器水箱自流进入的高温盐水，再进入聚光集热器内，使水温进一步提高以达到热源温度要求；且第i(＝1～N
‑
1)台集热器水箱流出盐水温度与第i+1台集热器水箱盐水最低温度相同。3.根据权利要求1所述的一种多组集热轮启蒸发水盐分离系统，其特征在于，所述第m(＝1～M)组集热装置第1台集热器水箱入口处设置进水控制阀，第N
‑
1台和第N台集热器水箱出水口底高处均设置水位传感器，当第N
‑
1台或第N台集热器水箱水位传感器感应到水位低于水箱出口底高，进水控制阀开启，蓄水箱开始向第1台集热器水箱加水，直至水位传感器感应到水位补足为止，进水控制阀关闭；每组集热装置内的进口水位控制优先于出口温度控制，且两类控制允许同步同时触发；所述聚光集热器的出口高度高于所述升热室的壳程入口高度；所述冷凝器管环入口高度高于蒸发室蒸汽出口高度，冷凝器管环出口高度高于淡水箱入口高度，蒸发室的浓缩液出口高度高于缓冲室入口高度，缓冲室的出口高度高于浓盐水槽的入口高度。4.一种多组集热轮启蒸发水盐分离方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志林，翟超群，孙逸之，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：