水电热三联产的海水淡化系统的制作方法

1.本发明涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种水电热三联产的海水淡化系统。


背景技术：

2.到2025年全国海水淡化规模预计达到290万吨/日，沿海城市新增海水淡化规模105万吨/日，海岛地区新增海水淡化规模20万吨/日，其中反渗透膜法海水淡化在我国占比65%以上。目前通过几十年技术的不断进步，淡化一吨水能耗成本费为4度电，也就是说吨水成本3元人民币。如果用于人民生活饮用和工业用水基本能够接受，如果用于农业灌溉，生产每公斤（1kg）粮食基本用淡水量为1吨，也就是仅农业生产每千克粮食的用水成本就达3元/kg，比进口每公斤粮食的价格还高。因此亟需一种成本更低的海水淡化工艺，以降低海水淡化的能耗。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种水电热三联产的海水淡化系统，进一步降低了海水淡化成本，促进可再清洁能源的高效开发利用，开发出了零碳海水淡化、发电、产热的新技术。
4.本发明的技术方案为：水电热三联产的海水淡化系统，包括预处理装置，预处理装置的进水管连接有海水库，出水管与第一ro水处理系统的进水口连接，进水管和出水管上分别安装有电磁阀；第一ro水处理系统的进水口还通过海水引水管连接有海水引水斗，海水引水管连通有排气管，海水引水管和排气管上安装有电磁阀；第一ro水处理系统的海淡水出口连接有海淡虹吸管，海淡虹吸管的进水端及出水端分别安装有电磁阀；海淡虹吸管伸入到竖井内且海淡虹吸管的出水口下方设置有水力发电机构，水力发电机构包括落水斗，落水斗的出水口连接有落水管，落水管的出水口下方设置有水轮发电机，水轮发电机通过电缆与输变电装置连接；水轮发电机的下方设置有落水斗，落水斗的出水口连接有介质管，介质管穿过竖井的底部伸入到下方的干热岩竖井内，竖井与干热岩竖井的相接处设置有井堵；干热岩竖井内，介质管上设置有若干个喷嘴或喷孔，干热岩竖井侧面连通有蒸汽斜井，蒸汽斜井的蒸汽出口伸出地面并连接有蒸汽管，蒸汽管通过蒸汽出管连接有用热装置，蒸汽出管上安装有电磁阀。
5.优选地，所述第一ro水处理系统的盐水出口通过盐水管与第二ro水处理系统的进水口连接，第二ro水处理系统的卤淡水出口连接有卤淡虹吸管，卤淡虹吸管的进水端通过淡水引水管连接有淡水引水斗，淡水引水管连通有排气管，淡水引水管和排气管上安装有电磁阀，卤淡虹吸管的进水端及出水端分别安装有电磁阀；卤淡虹吸管伸入到竖井内且出水口位于最上端落水斗的上方。
6.优选地，所述第二ro水处理系统的浓盐水出口通过浓盐水管连接有卤水池。
7.优选地，所述盐水管及浓盐水管上分别安装有单向阀。
8.优选地，所述卤淡虹吸管长度大于海淡虹吸管。
9.优选地，所述水力发电机构沿竖井高度方向依次设置有多个。
10.优选地，所述干热岩竖井侧面连通有多个蒸汽斜井。
11.优选地，所述用热装置的冷凝水通过冷凝水排出管与淡水池连接。
12.优选地，所述蒸汽管连接有排空管，排空管上安装有蒸汽排空阀。
13.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明将海水淡化与势能水力发电、干热岩的利用三合一耦合利用，分别利用了虹吸力、重力势能和蒸发热力上行、压力驱动四种物理力，无外接能源输入，无泵输送，实现了水热电三联产的零碳运行，为沿海的海水淡化和干热岩的利用提供了一条新的技术路线。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明的结构示意图。
16.图2是本发明的多级水力发电机构的结构示意图。
17.图中，1、预处理装置；2、进水管；3、出水管；4、海水库；5、第一ro水处理系统；6、电磁阀；7、海水引水管；8、海水引水斗；9、排气管；10、海淡虹吸管；11、竖井；12、落水斗；13、落水管；14、水轮发电机；15、电缆；16、输变电装置；17、介质管；18、干热岩竖井；19、井堵；20、喷嘴；21、蒸汽斜井；22、蒸汽管；23、用热装置；24、盐水管；25、第二ro水处理系统；26、卤淡虹吸管；27、淡水引水管；28、淡水引水斗；29、浓盐水管；30、卤水池；31、单向阀；32、冷凝水排出管；33、淡水池；34、排空管；35、蒸汽排空阀；36、水平井。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
19.如图1-2所示，本发明提供了一种水电热三联产的海水淡化系统，包括预处理装置1，预处理装置1的进水管2连接有海水库4，出水管3与第一ro水处理系统5的进水口连接，进水管2和出水管3上分别安装有电磁阀6。预处理装置1对海水库4中的海水进行预处理，属于现有技术中较为成熟的装置，其具体结构不再赘述。
20.第一ro水处理系统5的进水口还通过海水引水管7连接有海水引水斗8，海水引水管7连通有排气管9，海水引水管7和排气管9上安装有电磁阀6；第一ro水处理系统5的海淡水出口连接有海淡虹吸管10，海淡虹吸管10的进水端及出水端分别安装有电磁阀6，海淡虹吸管10伸入到竖井11（竖井11的深度为1000-1500m）内。海淡虹吸管10采用dn125，壁厚20mm的sus304不锈钢材质，伸入至竖井11的长度为550m。
21.第一ro水处理系统5的盐水出口通过盐水管24与第二ro水处理系统25的进水口连接，盐水管24上安装有单向阀31；第二ro水处理系统25的卤淡水出口连接有卤淡虹吸管26，卤淡虹吸管26的进水端通过淡水引水管27连接有淡水引水斗28，淡水引水管27连通有排气管9，淡水引水管27和排气管9上安装有电磁阀6，卤淡虹吸管26的进水端及出水端分别安装有电磁阀6，卤淡虹吸管26伸入到竖井11内。卤淡虹吸管26采用dn125，壁厚20mm的sus304不锈钢材质，伸入至竖井11的长度为850m。第二ro水处理系统25的浓盐水出口通过浓盐水管29连接有卤水池30，浓盐水管29上安装有单向阀31，经第二ro水处理系统25二级过滤的浓盐水送入盐化工厂。
22.本发明的第一ro水处理系统5和第二ro水处理系统25采用2000根8040型的膜管，单位产水参数1200l/h。ro水处理系统属于现有技术中较为成熟的装置，其具体结构不再赘述。本发明的ro水处理系统工作时，使用虹吸负压原理对海水进行过滤，而非常规的水泵驱动方式。
23.由于进入第二ro水处理系统25的盐水浓度较大，卤淡虹吸管26所需虹吸力要大于海淡虹吸管10，因此将卤淡虹吸管26的长度设计为大于海淡虹吸管10的长度。卤淡虹吸管26的长度为600-1000m，海淡虹吸管10的长度为400-700m，海淡虹吸管10产生的一次海水过滤虹吸力5.5mpa，卤淡虹吸管26产生的二次浓盐水虹吸力为8.5mpa，24h理论产水50400吨左右，tds≤5000mg，收水率75%。当设计日（24h）产10万吨时，海淡虹吸管10和卤淡虹吸管26的规格为dn175，壁厚25mm，材质sus304，海淡虹吸管10的井下长度为580m，理论虹吸力5.8mpa，卤淡虹吸管26井下长度为880m，理论虹吸力8.8mpa，tds≤2000，收水率23%。
24.两个虹吸管的出水口下方沿竖井11高度方向设置有多个水力发电机构，水力发电机构包括落水斗12，落水斗12高度为2000mm，上口径为750-900mm，可采用不锈钢材质，下部为锥形；落水斗12底部的出水口连接有落水管13，落水管13的出水口下方设置有水轮发电机14（每级水轮发电机14的安装间距在150-600m之间），水轮发电机14通过电缆15与输变电装置16连接；最下端的水轮发电机14的下方设置有落水斗12，落水斗12的出水口连接有介质管17，介质管17穿过竖井11的底部伸入到下方的干热岩竖井18内，竖井11与干热岩竖井18的相接处设置有井堵19；干热岩竖井18内，介质管17上设置有若干个喷嘴20或喷孔。其中干热岩竖井18的底部可设置水平井36，介质管17一直延伸到水平井36内。位于干热岩竖井18内的介质管17上设置喷嘴20，而在水平井36内的介质管17上设置喷孔。
25.海淡虹吸管10和卤淡虹吸管26下方的水力发电机构及底部的介质管17可分别独立设置，也可将海淡虹吸管10和卤淡虹吸管26的出水口合并，下方共用一套水力发电机构及介质管17。
26.干热岩竖井18侧面连通有多个蒸汽斜井21，蒸汽斜井21的蒸汽出口伸出地面并连接有蒸汽管22，蒸汽管22连接有排空管34，排空管34上安装有蒸汽排空阀35；蒸汽管22通过蒸汽出管连接有用热装置23，蒸汽出管上安装有电磁阀6，用热装置23的冷凝水通过冷凝水排出管32与淡水池33连接。
27.竖井11与干热岩竖井18属一井结构，竖井11为井的上段一开井，干热岩竖井18为井的下段二开井，中间通过井堵19隔为两个空间，竖井11为开放性空间，干热岩竖井18与蒸汽斜井21为一个密闭空间。
28.干热岩竖井18的深度取决于干热岩资源地理位置的地下矿的温度和设计产生的
热量。蒸汽斜井21则是在干热岩竖井18的基础上而定。设计竖井11井径φ为800mm，深度为1200m；本地干热岩梯度为50℃/km，干热岩竖井18的井径为500mm，深度为5200m；在5200m的井底设计有长度为600m的水平井36，使干热岩竖井18呈t型结构，并建立egs储能区，储能区温度为260℃，蒸汽斜井21与干热岩竖井18的交叉点在1300m处，蒸汽斜井21口与竖井11口的距离为100m，可以生产200℃的饱和蒸汽。
29.在干热梯度80℃/km的地区，设计竖井11井径为1000mm，深度为1000m，设计干热岩竖井18深度为5000m，井底温度400℃，井下水平井36为三条，每条长度为300m，共900m，在干热岩竖井18和水平井36建立egs储能区，可以产生320℃的饱和蒸汽。
30.本发明的水轮发电机14由于在竖井11内，可以选择的种类较少，受到井径的限制，井径大则成本高，井径小则水轮发电机14的发电功功率小。本发明的水轮发电机14可选择竖井贯流式水轮发电机14，或轴流水轮发电机14及灯泡式水轮发电机14，均属于水头高而流量小的类型。水轮发电机14的安装个数根据竖井11井深和水头高低而定。
31.（1）竖井11井径为1200mm，深度为1300m，干热岩梯度50℃/km。竖井11内共安装三台竖井贯流发电机，在900m处安装第一级水轮发电机14，发电功率100kw，1100m处安装第二级水轮发电机14，发电功率为75kw，1300m处安装第三级水轮发电机14，发电功率75kw，发电总功率250kw，淡化水流量为日产20000吨，24h发电4200kwh。
32.（2）竖井11井径为1000mm，深度为1000m，干热岩梯度80℃/km，在860m处安装第一级轴流水轮发电机14，发电功率300kw，在950m处安装第二级轴流水轮发电机14，发电功率75kw，发电总功率375kw，由于第二级水轮机工作温度较高，需要安装风散热系统。淡化水流量为日产50000吨，24h发电9000kwh。
33.介质管17规格是根据产水量和设计蒸发量计量的，如产水量20000吨/日，蒸发量19000吨/日，介质管17的规格为dn200，材质为sus316，壁厚为25mm。在干热岩竖井18采热区安装不锈钢喷嘴20或碳化硅喷嘴20，流量150kg/h，安装密度为每隔10m安装一个，在水平井36则采用喷孔，流量200kg/h，密度为每隔5m设置一个。如产水量50000吨/日，干热岩梯度80℃/km，干热岩竖井18井深5000m，井径500mm，水平井36为三支，总长度1800m，并建立egs储能区，蒸发量在55000吨/日左右。此时，设计介质管17规格为dn270，壁厚为25mm，材质为sus316，采热区干热岩竖井18为碳化硅喷嘴20，流量为250kg/h，密度为每隔3m安装一个，水平井36内的介质管17规格为dn120，喷孔流量为300kg/h，密度为每隔2m设置一个，日产热量3300000万大卡以上，能够生产350℃的蒸汽。
34.1、操作方法：（1）关闭预处理装置1进水管2上的电磁阀6，打开出水管3上的电磁阀6；关闭海淡虹吸管10与卤淡虹吸管26出水端的电磁阀6，打开海淡虹吸管10与卤淡虹吸管26进水端的电磁阀6；打开海水引水管7、淡水引水管27、排气管9上的电磁阀6。
35.（2）分别在淡水引水斗28和海水引水斗8内加灌淡水和海水，使装置和管路内气体通过排气管9排空，水斗里的水位不再下降，关闭海水引水管7和淡水引水管27上的电磁阀6。
36.（3）依次打开预处理装置1的进水管2上的电磁阀6、海淡虹吸管10出水端电磁阀6以及卤淡虹吸管26出水端电磁阀6，其中卤淡虹吸管26出水端电磁阀6可适当延时打开。
37.2、工作原理
经过上述操作后，当两个虹吸管内的水从出水口流出后，受虹吸力的作用，两个虹吸管会自动将海水从海水库4抽入到预处理装置1中进行预处理。预处理后的海水进入第一or水处理系统中，水分子穿过ro反渗透膜，由海淡水出口流入到海淡虹吸管10中；而非水离子被拦截形成盐水，通过单向阀31进入第二ro水处理系统25中，进行二级盐水过滤。受到卤淡虹吸管26的虹吸抽力作用，第二ro水处理系统25中，盐水中的水分子穿过ro反渗透膜自卤淡水出口流入卤淡虹吸管26中，而被二级拦截的浓盐水则通过单向阀31流入卤水池30后进入盐化工厂，作为盐化工厂的原料，由于浓盐水盐含量较高，在有效降低盐化工厂的生产成本的同时减少了浓盐水对环境的污染。
38.由两个虹吸管出水口流下的淡水落入下方的落水斗12中，并通过落水管13落到下方的水轮发电机14上，利用水的重力势能驱动水轮发电机14工作。随后水继续向下落入下一级的落水斗12中，驱动下级水轮发电机14工作，如此可以驱动多级水轮发电机14发电工作，最终落入最下端的落水斗12中的水通过介质管17穿过井堵19进入干热岩竖井18。介质管17一直延伸至干热岩竖井18的底部，如果干热岩竖井18底部设置水平井36，则介质管17要延伸至水平井36内。进入干热岩竖井18采热区的相应介质管17上安装有喷嘴20或喷孔（一般干热岩竖井18内的介质管安装喷嘴20，水平井36内的介质管安装喷孔），将介质水喷射至采热区换热，水相变为蒸汽，在热力上行和蒸汽膨胀压力的驱动下，沿着蒸汽斜井21上升至地面上的蒸汽管22中，最终进入用热装置23（用热装置23可以是热发电场、工业用热、食品加工、蒸汽烘干、建筑用热等装置）。经用热装置23换热后蒸汽相变为冷凝水，通过冷凝水排出管32排入淡水池33中，完成一个淡化过程。淡水池33中的淡水可以用于工业用水、农业用水和饮用水的原水等，淡水产量与海水淡化、ro水处理系统及干热岩竖井18中水相蒸发量、蒸发温度有关，理论上淡水收率在75%左右。
39.在上述海水淡化过程中，收获了淡水，并实现了通过水轮发电机14发电和干热岩竖井18产热，实现了零碳三联产，无外接能源消耗，环保友好，安全稳定输出，这是在所有的自然新能源中极少的存在，由此得到倍增效益，从每吨水多少能耗的概念变为生产每吨水还产了多少电和热的概念。
40.尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。