基于太阳能供能的淡化水-干燥-提盐一体化系统及方法

本发明涉及太阳能梯级多元化高效利用，特别是涉及基于太阳能供能的淡化水-干燥-提盐一体化系统及方法。

背景技术：

1、淡水资源是人类赖以生存和发展的物质基础。一方面，全球可直接利用淡水资源占比很小，而人类社会对淡水的需求量却逐年增加，导致全球淡水资源存在持续加剧的供需矛盾；另一方面，我国淡水资源具有空间分布不均特点，导致出现了区域性供需矛盾。因此，解决淡水资源供需矛盾是我国乃至全球的当务之急。

2、首先，海水/苦咸水/化工厂污水淡化是解决区域淡水资源供需矛盾的有效举措之一，而传统方法需消耗大量化石或电力能源。为了克服传统淡化水方法能耗高及区域化石或电力能源缺乏问题，在太阳能资源较丰富区域，可大力发展太阳能高效淡化水技术。

3、其次，陆上苦咸水区大多属于农牧产品生产区，而干燥是农牧产品生产过程的必要和重要环节，化工厂周边也有诸多农业生产区，同样具有干燥需求。此外，甘肃、新疆、内蒙古、宁夏地区具有较大的苦咸水储量且太阳能资源非常丰富，而海岛区具有庞大的海水储量且太阳能资源较丰富，故上述区域可实现太阳能驱动淡化水和干燥一体化运行。

4、最后，利用太阳能淡化苦咸水/海水/化工厂污水的过程中，不仅能生产淡水，也能产生浓缩液。浓缩液则属于无效产物，如不加以处理，将对环境造成污染或产生二次处理费。因此，基于浓缩液携带的显热，利用谷电与被动式太阳能蒸馏结构相结合的方法连续高效蒸发浓缩液中的水分，可进一步获得大量淡水，也能深度提取具有一定经济价值的含盐副产品。

5、综上所述，研制一种基于太阳能供能的高效淡化水-干燥-提盐一体化系统，对解决淡水资源供需矛盾、提升太阳能利用率、改善系统经济性具有重要意义。

6、一种基于太阳能的淡化水与热水耦合系统(申请号：2018108221424)采用汽化面光滑型太阳能真空管进行直热蒸馏，以同步生产高温高压水蒸汽及热水。太阳能真空管的内部腔体被原水液面划分为闷晒腔和空晒腔，汽化面为闷晒腔部分对应的太阳能真空管内表面及汽-液界面。高温高压蒸汽冷凝环节实现了“淡水产出”和“余热回收产出热水”双重目的。一方面，汽化面光滑型太阳能真空管蒸馏技术兼具传统被动式和主动式太阳能蒸馏技术优势，产水/热性能相对较优，但仍不具备规模化应用所需的单位产水量，归根结底由真空管汽化腔池沸腾汽化强度低(本质为汽化面发泡核心数少及蒸汽泡成核/脱离速率低)引起。另一方面，该系统采用水充当冷凝介质，仅能利用“回收热”生产温度不稳定的热水，而不能用于对干燥工质温度具有严格要求的农/牧/渔业干燥领域。此外，该系统未考虑浓缩液的后处理问题及汽化腔内污垢的清洗问题，汽化面结垢厚度会不断增大，进而影响汽化面的传热效率，导致汽化速率和太阳能利用率持续降低。

7、为了提高单位产水量，一种太阳能热膜耦合淡化水装置(申请号：2020109893996)应运而生。首先，该装置采用双通式太阳能真空管进行热法蒸馏，在双通式太阳能真空管内部设置了微孔滴管及包覆于微孔滴管上的耐高温亲水性纤维，虽相对提高了汽化强度，但增设了新的汽化面，导致系统复杂度、故障率及初投资成本上升；其次，该装置仍未考虑浓缩液处理问题，会出现汽化速率和太阳能利用率不断降低及最终堵塞微孔滴管的现象；最后，该装置采用热膜耦合方法，虽提高了太阳能利用率，但仅具有淡化水功能。

技术实现思路

1、为了满足上述相关应用需求并解决相关技术问题，本发明提供了一种基于太阳能供能的淡化水-干燥-提盐一体化系统及方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

3、提供了一种基于太阳能供能的淡化水-干燥-提盐一体化系统，包括太阳能真空管淡化水系统、太阳能主被一体干燥系统、谷电辅助太阳能提盐-淡化水系统及控制系统；

4、所述太阳能真空管淡化水系统与谷电辅助太阳能提盐-淡化水系统连接，向其输送浓缩液，使浓缩液在所述谷电辅助太阳能提盐-淡化水系统中分离为低温液态淡水及含盐副产品；

5、所述太阳能真空管淡化水系统与太阳能主被一体干燥系统连接，向其输送干热空气，使干热空气在所述太阳能主被一体干燥系统中进行物料的干燥；

6、所述控制系统控制整个系统的运行。

7、进一步的，所述太阳能真空管淡化水系统为微细空穴结构型太阳能真空管淡化水系统，依次由液位控制单元、微细空穴结构型太阳能蒸发单元、相变冷凝热回收器及淡水收集瓶串联组成。

8、进一步的，所述液位控制单元包括储水池，所述储水池通过支架支撑；所述储水池中设有液位传感器，并通过液位控制连通管路向所述储水池中供水；

9、或者，所述微细空穴结构型太阳能蒸发单元包括联箱及多个微细空穴结构型太阳能真空管，所述联箱与各微细空穴结构型太阳能真空管的下方连通；

10、或者，所述相变冷凝热回收器包括与各微细空穴结构型太阳能真空管一一对应的蒸汽通道，所述蒸汽通道的两侧为风道，所述风道内通过的风可在干热空气输送及调节风机组的输送和调控作用下进入太阳能主被一体干燥室；所述风道与蒸汽通道间还间隔设置有相变-冷凝控温腔，所述相变-冷凝控温腔的下方连通有淡水汇集腔，所述淡水汇集腔的下方连通有淡水收集瓶。

11、进一步的，所述联箱包括联箱本体及连接在联箱本体两侧的封堵板，所述联箱本体开设有三个浓缩液排出管及与微细空穴结构型太阳能真空管一一对应的连接口，所述浓缩液排出管开设于联箱本体前后方向的中部位置并等弧度设置；

12、或者，所述联箱通过前支架支撑，所述微细空穴结构型太阳能真空管通过后支架支撑，所述前支架设有多个，包括联箱支撑槽，所述联箱支撑槽的下方连接有角钢斜支腿，所述角钢斜支腿的下方连接有前支座，位于中间的所述前支架的联箱支撑槽上开设有浓缩液排出管方位调节槽口；所述后支架的高度可调节；

13、或者，所述蒸汽通道与对应微细空穴结构型太阳能真空管的蒸汽出流管间设有蒸汽喷头；

14、或者，所述淡水汇集腔为前大后小且固定式连接至相变冷凝-控温腔底面的半圆台型，空腔与所有蒸汽通道连通，自后往前具有一定倾角。

15、进一步的，所述太阳能主被一体干燥系统依次由湿热回收器、相变冷凝热回收器、干热空气输送及调节风机组、太阳能主被一体干燥室、湿热空气引流及调节风机组、方形风道、湿热空气加压及调节风机通过连接法兰串联组成，还包括支架组；

16、所述相变冷凝热回收器与微细空穴结构型太阳能蒸发单元连通。

17、进一步的，所述湿热回收器位于湿热空气加压及调节风机之上，包括除湿滤尘网、集风口、预热风通道及湿热空气通道，所述除湿滤尘网安装在集风口处，所述预热风通道设有多个，所述预热风通道为左右全开的空腔结构，位于两侧的所述预热风通道连通有湿热空气出口，位于中间的所述预热风通道连通有湿热空气入口，所述湿热空气入口与微细空穴结构型太阳能蒸发单元连通，所述湿热空气加压及调节风机位于湿热空气入口处；

18、或者，所述太阳能主被一体干燥室上部设有朝向正南并按当地纬度倾斜安装的由透光面支撑件固定支撑的双层透光钢化玻璃，下部与湿热空气引流及调节风机组连接，所述太阳能主被一体干燥室中设有物料托盘滑轨支架，干热空气在所述干热空气送风及调节风机组和湿热空气引流及调节风机组的共同调控下，经干热空气入口流入干燥室，再经湿热空气出口排出。

19、进一步的，所述谷电辅助太阳能提盐-淡化水系统依次由微细空穴结构型太阳能蒸发单元、浓缩液处理单元及淡水收集单元串联组成，所述联箱的浓缩液排放管路连接微细空穴结构型太阳能真空管淡化水单元和浓缩液处理单元，可充分利用微细空穴结构型太阳能真空管淡化水环节所生产的浓缩液所携带的显热，并分时段采用谷电及被动式太阳能蒸馏结构连续高效蒸发浓缩液中的水分。

20、进一步的，所述浓缩液处理单元包括浓缩液排放管路、浓缩液处理池及被动式太阳能蒸馏结构；所述浓缩液排放管路的一端连接联箱的浓缩液排出管，另一端通入浓缩液处理池；

21、所述浓缩液处理池为地下式池体，内部设有正向搅拌叶轮和逆向搅拌叶轮；

22、所述被动式太阳能蒸馏结构包括从浓缩液处理池外延伸出的支撑保温围护结构，顶部设有双层透光钢化玻璃，所述双层透光钢化玻璃的上方设有冷凝风机组且通过液压升降机构支撑并控制双层透光钢化玻璃的升降过程。

23、进一步的，所述淡水收集单元包括淡水收集池及淡水供水单元，所述淡水收集池用于储存通过集水弧板收集的淡水，为地下式长方体型蓄水池，并通过导水管与被动式太阳能蒸馏结构连通，导水管包括垂直部分和倾斜部分。

24、一体化系统进行淡化水-干燥-提盐的方法，包括：

25、系统集成方法：太阳能淡化水、太阳能干燥及谷电辅助太阳能深度提盐-淡化水环节紧密耦合，实现太阳能的梯级多元化耦合利用；

26、池沸腾汽化性能强化方法：采用汽化面疏水改性协同构筑微细空穴结构的多效强化方法，构筑具有最佳接触角、最佳微细空穴结构形状及其特征尺寸最优组合的太阳能真空管内壁汽化面；

27、干热空气温度调控方法：采用相变冷凝热回收器风道入口和出口温度互馈调控风量方法，利用从太阳能主被一体干燥室排出的湿热空气预热干冷空气，以初步提升太阳能利用率及进入相变冷凝热回收器的风道入口的预热干空气的温度；

28、含盐副产品分离方法：采用多手段时序分离法，基于微细空穴结构型太阳能真空管生产的浓缩液所携带的显热，在夜间波谷电价时段去除浓缩液中的水分，以获得初步浓缩液；次日白天，进一步采用被动式太阳能蒸馏法加热初步浓缩液，去除浓缩液中剩余的水分，以获得无水含盐副产品。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

30、1、采用疏水改性协同构筑微细空穴结构的多效强化方法，根据使用场景在汽化面处构筑具有最佳形状及最佳特征尺寸组合的微细空穴结构，并对汽化腔内部汽化面进行疏水改性，以大幅提高汽化面发泡核心数及蒸汽泡成核/脱离速率，进而提升池沸腾汽化强度，并提高换热系数；

31、2、采用相变冷凝热回收控温法，同步实现高温蒸汽冷凝产水、按需生产恒温干热空气及低温相变储热目的。一方面，依据鲜物料类型选取适宜的相变储热材料，进而将进入干热空气入口处的干热空气温度调控至适宜范围，以实现高效、高质量干燥及太阳能高效利用目的，具体流程为，先利用干燥室排出的湿热空气预热干冷空气，以得到预热干空气，再利用回收的“冷凝热”恒温加热预热干空气；

32、3、基于太阳能供能的高效淡化水-干燥-提盐一体化系统实现了对太阳能的梯级多元化耦合利用，太阳能淡化水环节、太阳能干燥环节及谷电辅助太阳能提盐-淡化水环节间紧密耦合。其中，相变冷凝热回收器耦合了微细空穴结构型太阳能真空管淡化水和太阳能主被一体干燥环节，而微细空穴结构型太阳能蒸发单元(联箱的浓缩液排出管路)耦合了微细空穴结构型太阳能真空管淡化水和谷电辅助太阳能深度提盐-淡化水环节，大幅提高了太阳能利用率、运行可靠性及系统经济性，实现了功能多样化，具有很强的普遍适用性；

33、4、基于微细空穴结构型太阳能真空管中产生的浓缩液所携带的显热，在当天夜间利用谷电驱动贴壁电加热板蒸发浓缩液中的水分，并将淡水收集于淡水收集池，实现进一步浓缩与淡水生产目的。次日白天，采用被动式太阳能蒸馏法进一步蒸发浓缩液中的水分，也将淡水收集于淡水收集池，同时深度提取具有一定经济价值的含盐副产品。该过程不仅进一步提高了太阳能利用率，也进一步提升了系统经济性和实用价值。