一种新型海水淡化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海水淡化、光伏产业和氯碱工业的协同发展的海水淡化系统，特别是涉及一种新型的海水淡化技术。
【背景技术】
[0002]淡水资源的短缺不仅是制约我国经济发展的一大瓶颈，更是世界共同面临的重大问题。而将近79%的人类居住在距离大海不到120公里的地方，辽阔的海洋占地球表面近3/4的面积，海水拥有地球总水量的96.53% (海水总量为13380亿立方米)。可见，海水是地球水的主体。因此海水淡化必将是解决人类缺水问题的重要手段，甚至是最佳的选择。目前全世界已有130多个国家正在进行海水淡化。膜法(反渗透为主)和蒸馏法(多级闪蒸和低温多效为主)是当今世界广泛应用的两种海水淡化技术，但这两种方法都存在预处理复杂、能源消耗较大、设备国产化低、处理费用较高的问题，相当于消耗能源换取淡水资源，这与国际能源日益匮乏的现状产生严重矛盾。因此，积极探索太阳能海水淡化产业新途径，实现利用太阳能热水电联产模式，无疑是沿海和临海地区最经济、最实用、最灵活、最环保和最根本的水危机解决方案。
[0003]太阳能海水淡化的基本方法有两种:一是利用太阳所产生的热能驱动海水发生相变并进行分离，对分离的水蒸汽进行冷凝，产生淡水；二是利用太阳能产生的直流电场使海水中的离子定向迀移，通过离子交换膜实现溶质和溶剂的分离，达到海水淡化的目的。由于太阳能的能流密度较低，通常每平方米不到I千瓦；并且其能量随时间和天气呈现不稳定性和不连续性，导致传统的太阳能海水淡化蒸发器产水率低，限制了其大规模的普及。其次，传统的太阳能海水淡化蒸发器存在三个缺点:其一是装置中海水的总热容量太大，减缓了装置中海水温度的增加速率，减少了装置的出水时间和出水量。其二是水蒸汽的凝结潜热未被利用，这部分热量还使得盖板温度升高，减小了与海水的温差，减弱了凝结速度。其三是系统中采用自然对流换热形式，没有太高的传热传质效率，限制了系统的总体效能。
[0004]为了提高太阳能海水淡化蒸发器的产水率，国内外研究人员设计出很多类型的太阳能海水淡化蒸发器。现代的太阳能海水淡化大多采用主动式，如多效回热式太阳能海水淡化装置，产水率高，但也消耗不少电能；国外学者在传统太阳能海水蒸馏盘中安装肋片，使得吸收太阳能的有效面积增大，加快海水升温的速度，提高了系统的产水率；此外，蒸汽热量的回收也引起的学者的关注，利用多级迭盘结构对凝结潜热进行重复利用，强化冷凝效果，提高了太阳能蒸发器的效率；还有直热式太阳能海水淡化装置，海水直接进入集热系统，省去产生蒸汽的热交换设备；将太阳能蒸馏器底盘设计成半球形，在半球形底盘内铺设涂成黑色的棉质材料，利用毛细效应尽可能减少盘内海水容量，增加海水蒸发的有效面积，并将玻璃盖板设计成金字塔形，由四面倾角为45°的玻璃盖板组成，增大了海水吸收的光能，避免了太阳移动造成的阴影对海水蒸馏器的不利影响，经过实验研究，发现系统在晴天的平均产水率为4.ll/m2,系统最大瞬时效率为45%;还有在增湿-除湿海水淡化基础上，釆用热耦合的方式，将蒸发过程与冷凝过程结合起来并对海水淡化过程的传热传质特性进行研究，建立蒸发侧与冷凝侧的热量与质量衡算方程、传质速率方程以及蒸发冷凝侧传热速率方程。系统的产水量和系统的效率分别为1.97kg/h和43.5%。
[0005]太阳能是一种电磁辐射，它可以转化为热能和电能，利用太阳能进行海水淡化既可节约能源又能满足环保的要求，迎合了发展的需求。太阳能光伏发电作为可再生能源利用的重要组成部分，已经得到了众多国家政府的大力支持。可以预见，21世纪利用太阳能对海水的综合利用作为淡水资源的主要补充途径，将会在我国众多领域发挥重要作用，具有广阔的发展前景。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:为了克服现有技术存在的问题和局限，提供一种太阳能海水淡化系统，该系统主要采用太阳能分波聚热导光技术和太阳能电辅加热式低压膜蒸馏技术，生产所得淡水产量高、运行成本低且可直接作为直饮水供人类使用。
[0007]本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0008]本发明提供的新型海水淡化系统，包括依次布置的海水预处理单元、热交换单元、太阳能热管式集热单元、太阳能分波聚热导光单元、太阳能电辅加热式低压膜蒸馏单元。
[0009]所述的新型海水淡化系统，还包括浓盐水光伏电解单元，其布置在太阳能电辅加热式低压膜蒸馏单元之后。
[0010]所述海水预处理单元由通过管道相连的海水预处理箱、海水箱和离子膜电解槽组成，其中:在连接海水预处理箱、海水箱的管道上装有第一阀门；海水预处理箱、离子膜电解槽的管道上装有第八阀门，以离子膜电解槽电解制取的氯气通过第八阀门直接连接海水预处理箱，用以除去海水中的杂藻，然后，沉淀并经石英纱或纤维过滤器过滤后进入海水箱中备用。以离子膜电解槽电解的产物氯化钠直接通过第九阀门进入海水箱。
[0011]所述热交换单元由通过管道相连的提升栗和换热水箱组成，在提升栗与海水箱相连的管道上接有第一温度计，提升栗和换热水箱之间接有第一流量计；换热水箱内设有螺旋换热管。
[0012]所述太阳能热管式集热单元由太阳能集热导管和集光板组成，其中:集光板通过覆盖方式安装在太阳能集热导管上，集光板采用小型槽式圆弧形的集光板。
[0013]所述太阳能分波聚热导光单元，其由高品能梯次加热蒸馈单元和低热聚光太阳能发电单元组成。
[0014]所述的高品能梯次加热蒸馏单元，主要由槽式或圆弧形聚光器、反光涂层、耐高温导管和可调导光板组成，其中:槽式或圆弧形聚光器的下面配有第一转向调节器和底座，该聚光器的内层涂有反光涂层，第一转向调节器直接连接耐高温导管，耐高温导管里配有进水管和出水管，耐高温导管上端通过第二转向调节器与可调导光板相连。
[0015]所述低热聚光太阳能发电单元，由太阳能电池板、逆变器、蓄电池，其中:太阳能电池板向南倾斜45°角，太阳能电池板的正负极与蓄电池的正负极相连，蓄电池的正负极与逆变器的正负极相连。
[0016]所述太阳能电辅加热式低压膜蒸馏单元，是一种太阳能电辅加热低压膜蒸馏蒸发器，其结构是:设有方型箱体，在箱体的顶部装有两边相对呈90度直角倒V形的双层中空透明真空玻璃，其下方5cm处装有两边相对呈90度直角倒V形的的太阳能吸热涂层；在箱体的两侧、底部设有保温层，在箱体底部设置进水管，该箱体的内部从上到下依次设有膜组件、不锈钢电热丝；膜组件悬挂在顶部太阳能吸热涂层下端5cm高度处；不锈钢电热丝平铺在箱体底部的正中间；在箱体的内部，从左到右依次设有淡化蒸馏水液位控制电磁阀56、淡化蒸馈水水槽、浓盐水水槽、浓盐水液位控制电磁阀、满溢口、温度计和进水管。
[0017]所述浓盐水光伏电解单元，是由通过管道相连的螺旋换热管、浓盐水出口和离子膜电解槽组成，其中:螺旋换热管上端左侧的浓盐水出口直接与离子膜电解槽的阳极室连接，在阳极室产生的氯气被氯气存储罐通过碱液进行储存；在离子膜电解槽通入含有少量NaOH的蒸馏水进行电解，在阴极室产生的氢气被储氢罐通过金属氧化物进行存储；阴极室产生的浓NaOH于氢氧化钠收集箱进行收集，淡化后的淡盐水于淡盐水收集箱进行收集。
[0018]本发明与现有技术相比，具有以下的主要的优点:
[0019]1.本发明采用的太阳能分波聚热导光单元，可为海水淡化提供高品能梯次加热蒸馏技术和海水淡化所需的低热聚光太阳能发电技术。
[0020]2.本发明的高品能梯次加热蒸馏单元可迅速提高太阳能的热能品级，经聚光器聚光后，使得局部温度可达400°C左右，光强提高10倍以上。
[0021]3.本发明的低热聚光太阳能发电单元是以低热增强光提高太阳能发电效率。通过太阳能电池板的光伏发电(蓄电池部分)代替市电来源，直接输出对离子膜电解浓盐水提供电力来源。利用太阳能光伏发电单元(逆变器部分)，将太阳能发电产生的直流电逆变成交流电，提供气栗、提升栗和不锈钢电热丝电力支持。。
[0022]4.本发明的太阳能电辅加热式低压膜蒸馏单元，以光伏发电提供电能，采用电辅加热，可将海水温度加热至90°C左右，且通过低压膜蒸馏蒸发，通过膜组件以真空栗抽出水蒸汽，使蒸发距离短、蒸发面积大、散热损失少。
[0023]5.本发明的热交换单元可将蒸馏出的热淡水(85°C左右)与原料海水热交换后，使得原料海水温度可达50°