Устройство для опреснения морской воды и способ применения солнечной энергии для непрерывной подачи тепла - RU2603799C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Данное изобретение касается устройства и способа для опреснения морской воды с использованием солнечной энергии для непрерывной подачи тепла и относится к области опреснения морской воды (включая опреснение внутренней жесткой воды). Изобретение может также применяться в области очистки сточной воды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] При быстром экономическом развитии Китая сокращение ресурсов пресной воды становится серьезной проблемой в экономически развитых, юго-восточных прибрежных областях. В Пекине, Шанхае, Тяньцзине, Циндао и других местах происходит оседание земли из-за избыточного извлечения подземной воды. Таким образом, с начала 1980-ых Китай запустил водоотводные проекты, такие как проект отвода воды из реки Luan в Тяньцзинь и проект отвода воды из реки Хуанхэ в Циндао, и проект перемещения воды Юг-Север.

[0003] Проекты удаленного отвода воды не только стоят огромных затрат, но также занимают много пахотной земли, и в то же время вызывают опасности для окружающей среды в областях подачи воды. Например, в проекте отвода воды из Хуанхэ в Циндао занято 62 тысячи му площади (41 км²), и возникают экологические проблемы, такие как прерывистое течение реки Хуанхэ и уничтожение растительности. Разрушение экологической среды неисчислимо в экономике.

[0004] Кроме того, некоторые прибрежные города, такие как Циндао, Хайкоу, Lingshui, образованы из-за их близости к реке с пресной водой. Однако морская вода вторгается в реку приблизительно на 30-50 км от устьев в случае прилива и тайфуна, и вода в пресных реках в прибрежных городах фактически разбавлена морской водой или пресной водой худшего качества.

[0005] Сокращение ресурсов пресной воды стало кризисом в 21 веке в добавление к энергетическому кризису и выбросам СО₂. Получать больше пресной воды с помощью научных и экологически дружественных способов необходимо для устойчивого развития национальной экономики, а также увеличения национального стандарта жизни.

[0006] Для жителей, живущих вдоль побережья, и людей на океанских кораблях в течение длительного времени было важно получать пресную воду, используя различную тепловую энергию, чтобы нагревать морскую воду с образованием пара и конденсировать пар в пресную воду. В качестве возобновляемого источника солнечная энергия имеет широкое распространение, неограниченные резервы, чистоту в отборе и утилизации, и нулевой выброс СО₂. Таким образом, в солнечной энергии заинтересовано все больше и больше людей. Однако использование солнечной энергии сильно ограничено из-за таких проблем, как децентрализация солнечной энергии, сильная зависимость от погоды, и нестабильность и прерывистость термической концентрации.

[0007] Таким образом, эффективным способом решения для сокращения ресурсов пресной воды является обнаружение технологического способа, включающего в себя эффективный сбор солнечной тепловой энергии и непрерывную работу днем и ночью для опреснения морской воды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Одной целью данного изобретения является обеспечить устройство и способ для опреснения морской воды с использованием солнечной энергии для непрерывной подачи тепла. Устройство и способ данного изобретения способны непрерывно производить пресную воду более дружественно для окружающей среды в прибрежных районах или в островных районах с жесткой водой, чтобы решать проблему недостатка пресной воды.

[0009] Техническая схема изобретения следующая:

[0010] Устройство опреснения морской воды, использующее солнечную энергию для непрерывной подачи тепла, содержит: систему очистки морской воды и систему опреснения морской воды. Система опреснения морской воды содержит: солнечное термическое устройство для концентрирования солнечной энергии и сбора тепла, бак для хранения тепла солнечной энергии, нагреватель очищенной морской воды и, по меньшей мере, одну стадию мгновенного испарителя морской воды. Мгновенный испаритель морской воды содержит корпус мгновенного испарителя и охладитель морской водой. Камера теплопереносящей среды солнечного термического устройства, бак для хранения тепла солнечной энергии, первый теплообменник нагревателя очищенной морской воды, использующей теплопереносящую среду в качестве источника тепла, соединены последовательно, образуя герметичный маршрут для циркуляции теплопереносящей среды. Основная выпускная труба очищенной морской воды насоса, переносящего очищенную морскую воду в системе очистки морской воды, сообщается с впуском нагревателя очищенной морской воды и охладителя морской водой. Выпуск морской воды нагревателя очищенной морской воды сообщается с впуском дросселирующего устройства первой стадии корпуса мгновенного испарителя через насос нагретой морской воды. Корпус мгновенного испарителя содержит: выпуск концентрированного рассола, выпуск пресной воды и выпуск пара. Пар, выпускаемый из выпуска пара, проходит через второй теплообменник охладителя морской водой, использующего пар в качестве источника тепла, и накапливается с пресной водой в основной трубе пресной воды. Герметичный бак для хранения пресной воды, расположенный на конце основной трубы пресной воды, сообщается с вакуумным насосом. Выпуск концентрированного рассола сообщается с трубой завода по производству соли посредством насоса для концентрированного рассола. Выпуск морской воды охладителя морской водой сообщается с основной впускной трубой нагревателя очищенной морской воды через корпус конденсатора корпуса мгновенного испарителя. Когда применяют, по меньшей мере, две стадии мгновенных испарителей морской воды, основная выпускная труба очищенной морской воды насоса очищенной морской воды в системе очистки морской воды сообщается с выпусками морской воды корпусов конденсаторов каждой стадии мгновенного испарителя морской воды. Выпуск концентрированного рассола предшествующей стадии корпуса мгновенного испарителя сообщается с впуском дросселирующего устройства следующей стадии корпуса мгновенного испарителя, а выпуск концентрированного рассола последней стадии корпуса мгновенного испарителя сообщается с трубой завода по производству соли через насос концентрированного рассола. Давления в корпусах мгновенного испарителя каждой стадии постепенно снижаются, образуя отрицательные давления.

[0011] Согласно вышеописанному техническому решению насос нагретой морской воды, имеющий регулируемую скорость вращения, расположен между выпуском морской воды нагревателя очищенной морской воды и корпусом мгновенного испарителя. Выпуск морской воды нагревателя очищенной морской воды сообщается с дросселирующим устройством, расположенным на корпусе мгновенного испарителя, через насос нагретой морской воды, и дросселирующее устройство находится выше поверхности морской воды в корпусе мгновенного испарителя. В корпусе мгновенного испарителя расположен пеногаситель выше дросселирующего устройства, диск сбора пресной воды находится выше пеногасителя, и корпус конденсатора расположен на диске сбора пресной воды. Выпуск пара расположен вверху корпуса мгновенного испарителя, и выпуск пресной воды находится выше диска сбора пресной воды, и выпуск концентрированного рассола расположен ниже дросселирующего устройства.

[0012] Согласно вышеописанному техническому решению датчик температуры морской воды и резервный теплообменник расположены в нагревателе очищенной морской воды; и резервный теплообменник применяет термическую масляную печь, электронагревательную печь, отходящее тепло дымового газа из бойлера или выпускное тепло отходящего тепла из турбины в качестве источника тепла.

[0013] Согласно вышеописанному техническому решению насос теплопереносящей среды расположен между баком для хранения тепла солнечной энергии и первым теплообменником нагревателя очищенной морской воды.

[0014] Согласно вышеописанному техническому решению солнечное энергетическое поле представляет собой коллектор солнечного тепла башенного типа, параболический вакуумный трубчатый коллектор лоткового типа, вакуумный трубчатый коллектор стеклянного типа или вакуумный трубчатый коллектор типа тепловой трубы.

[0015] Согласно вышеописанному техническому решению система очистки морской воды представляет собой многостадийную систему очистки, содержащую скважину для извлечения морской воды для грубой фильтрации, стерилизующий очиститель морской воды, многостадийный ультрафильтр, обеспеченный фильтрующим слоем активного угля и слоем мульти-волокнистой фильтрующей сетки, и колонну деоксигенации-декарбонизации для деоксигенации и декарбонизации, расположенные последовательно. Бак очищенной морской воды расположен между многостадийным ультрафильтром и колонной деоксигенации-декарбонизации. Колонна деоксигенации-декарбонизации сообщается с основным выпуском очищенной морской воды. Скважина для извлечения морской воды сообщается со стерилизующим очистителем морской воды через высасывающий насос морской воды. Стерилизующий очиститель морской воды сообщается с многостадийным ультрафильтром через первый перекачивающий насос морской воды. Многостадийный ультрафильтр сообщается с баком очищенной морской воды через второй перекачивающий насос морской воды. Бак очищенной морской воды сообщается с колонной деоксигенации-декарбонизации через третий перекачивающий насос морской воды. Колонна деоксигенации-декарбонизации сообщается с основным выпуском очищенной морской воды через насос очищенной морской воды. В стерилизующий очиститель морской воды добавляют бактерицидное вещество и флокулянт.

[0016] Согласно вышеописанному техническому решению скважина для извлечения морской воды сооружается на берегу моря. Отверстие скважины находится выше уровня моря при самом высоком приливе, а дно скважины расположено на много метров ниже уровня моря при отливах. Стенка скважины использует пористую бетонную структуру, снаружи стенки скважины расположены булыжники, и песок заполняет периферию булыжников.

[0017] Способ опреснения морской воды, использующий вышеописанное устройство опреснения морской воды, содержит: многостадийную очистку морской воды с получением очищенной морской воды; сбор солнечной энергии с помощью солнечного термического устройства, чтобы нагревать теплопереносящую среду, тем самым преобразуя солнечную энергию в тепловую энергию теплопереносящей среды; непрерывный нагрев очищенной морской воды до заданной температуры с помощью тепловой энергии теплопереносящей среды и перенос нагретой очищенной морской воды в, по меньшей мере, одностадийный мгновенный испаритель для мгновенного испарения; предоставление возможности давлению в корпусах мгновенного испарителя каждой стадии постепенно снижаться, образуя отрицательное давление во время мгновенного испарения; конденсацию пара после мгновенного испарения, чтобы отделять пресную воду, и превращение оставшегося пара в пресную воду с помощью охладителя морской водой; и перенос неиспаренного концентрированного рассола со дна мгновенного испарителя в завод по производству соли.

[0018] Когда применяют многостадийные мгновенные испарители, концентрированный рассол на дне мгновенного испарителя предыдущей стадии последовательно течет в мгновенный испаритель следующей стадии, а пресная вода постепенно конденсируется и отделяется во время многостадийного процесса испарения, и неиспаренный концентрированный рассол направляется на завод по производству соли. В то же время тепловая энергия солнечного света собирается солнечным термическим устройством, и теплопереносящая среда используется, чтобы нагревать очищенную морскую воду, тепловая энергия теплопереносящей среды сохраняется в баке для хранения тепла солнечной энергии так, чтобы непрерывно нагревать очищенную морскую воду с использованием запасенной теплопереносящей среды во время ночных периодов или облачных дней.

[0019] Согласно вышеописанному техническому решению заданная температура очищенной морской воды, нагретой теплопереносящей средой, составляет 55°С-70°С или 70°С-120°С, а теплопереносящая среда нагревается до температуры 178°С-600°С с помощью солнечного термического устройства.

[0020] Согласно вышеописанному техническому решению заданная температура очищенной морской воды, нагретой теплопереносящей средой, составляет ±70°С, а теплопереносящая среда нагревается до температуры 275°С-395°С с помощью солнечного термического устройства.

[0021] Преимущества данного изобретения суммируются следующим образом:

[0022] Высокоэффективное солнечное термическое устройство используется, чтобы нагревать теплопереносящую среду (такую как проводящее масло, силиконовое масло, парафиновый воск и расплавленная соль), и теплопереносящая среда затем используется, чтобы нагревать очищенную морскую воду да заданной температуры. Таким образом, избегается образование накипи из-за нагрева морской воды непосредственно солнечным термическим устройством, система опреснения морской воды имеет возможность работать при лучших температурных параметрах, и солнечное термическое устройство также имеет возможность работать при своих лучших параметрах (теплопереносящая среда нагревается до 275°С-395°С или 178°С-600°С), тем самым до конца реализуя эффективность сбора тепловой энергии солнечного света.

[0023] Кроме того, завод пресной воды обычно требуется для непрерывной подачи воды в течение 24 ч. Тепловая энергия солнечного света сохраняется теплопереносящей средой, так что морская вода может нагреваться в ночные периоды, и пресная вода производится непрерывно.

[0024] Бак для хранения тепла солнечной энергии разработан с целью поддержания стабильного выхода тепловой энергии солнечного света в ночные периоды и облачные дни, а также непрерывной подачи пресной воды для гражданского или промышленного использования в течение 24 ч. Функцией бака для хранения тепла солнечной энергии является как можно большее запасание солнечной энергии в дневное время и использование запасенной солнечной энергии во время ночи.

[0025] Скважину для извлечения морской воды сооружают на морском берегу, положение отверстия скважины находится выше уровня моря в самый высокий прилив, глубина скважины находится на несколько метров ниже уровня моря в самый низкий отлив, диаметр скважины удовлетворяет объему извлекаемой морской воды. Таким образом, морская вода, находящаяся в скважине, предварительно естественным образом фильтруется береговым песком, вследствие чего не содержит морских организмов и примесей. Кроме того, так как берег моря промывается каждый день морской водой при высоком приливе и низком отливе, берег моря всегда сохраняет чистящую и фильтрующую функции. Способ сооружения скважины на берегу состоит в том, что стенка скважины имеет пористую бетонную структуру с множеством пор, на периферии стенки скважины находятся булыжники, и береговой песок заполняет внешнее пространство булыжников.

[0026] В стерилизующий очиститель морской воды добавляют бактерицидное вещество (такое как хлор) для уничтожения планктона, микробов или бактерий в морской воде, и затем добавляют флокулянт (такой как FeCl₂ и квасцы), чтобы осаждать массу веществ и очищать морскую воду. Надосадочная жидкость в верхней части очистителя переносится первым перекачивающим насосом морской воды в многостадийный ультрафильтр, где надосадочная жидкость очищается многостадийной ультрафильтрацией, и очищенная морская вода затем сохраняется баке для очищенной морской воды. Осадок на дне стерилизующего очистителя морской воды (ниже впуска первого перекачивающего насоса морской воды) необходимо периодически выдувать и вымывать (используя небольшой объем очищенной морской воды), чтобы выпускать сточные воды в установку обработки сточных вод. Многостадийный ультрафильтр также периодически подвергают обратной промывке морской водой, чтобы восстановить функции очистки и фильтрации каждого слоя фильтра.

[0027] Когда запускают систему опреснения морской воды, очищенную морскую воду приводят в движение насосом морской воды, чтобы она входила в колонну деоксигенации-декарбонизации для удаления в ней кислорода и СО₂, так как морская вода обычно содержит 3,5% масс. солей и имеет сильную коррозионную способность, и присутствие кислорода и СО₂ облегчает коррозию устройства морской водой.

[0028] Нагреватель очищенной морской воды содержит нагревающий контейнер, и первый теплообменник и резервный теплообменник, расположенные в нагревающем контейнере. Первый теплообменник используется с целью нагрева морской воды до определенной температуры, поэтому нагреватель очищенной морской воды также оборудуется датчиком температуры морской воды для измерения температуры нагретой морской воды. Однако в условиях последовательных облачных или дождливых дней может быть трудно гарантировать 24 ч непрерывной подачи пресной воды, поэтому нагреватель очищенной морской воды оборудован резервным теплообменником, и различные вспомогательные источники тепла (такие как термическая масляная печь, электронагревательная печь, отходящее тепло дымового газа из бойлеров и выпускное тепло отходящего тепла из турбин) используют для нагрева морской воды в облачные дождливые сезоны, чтобы непрерывно производить пресную воду.

[0029] Мгновенный испаритель содержит корпус мгновенного испарителя и охладитель морской водой. Корпус мгновенного испарителя содержит: дросселирующее устройство, пеногаситель и направленный снизу вверх диск для сбора пресной воды. Размещение дросселирующего устройства на корпусе мгновенного испарителя позволяет резко снижать давление морской воды, когда она входит в мгновенный испаритель. Большое количество морской воды испаряется. Во время подъема пара большие капли морской воды, переносимые в пар, преграждаются пеногасителем (пеногаситель сделан из стальной проволочной сетки с маленькими ареолами, такой как 200-меш, 300-меш или 400-меш, металл является антикоррозийным, таким как проволока из нержавеющей стали, титанового сплава или углеродные волокна). Пар, проходящий через пеногаситель, достигает корпуса конденсатора, где одна часть пара конденсируется в пресную воду и падает на диск для сбора пресной воды, и переносится в бак пресной воды, тогда как другая часть пара проходит через верхнюю часть мгновенного испарителя и входит в охладитель морской водой, где пар конденсируется снова, так как морская вода распыляется на второй теплообменник в охладителе морской водой, таким образом, скрытое тепло дополнительно освобождается, и конденсированная пресная вода переносится в бак пресной воды.

[0030] Многостадийный мгновенный испаритель содержит N одностадийных мгновенных испарителей. N является положительным целым числом. Выпускная труба пресной воды каждого одностадийного мгновенного испарителя сообщается с герметичным баком для хранения пресной воды посредством основной трубы пресной воды. Впускная труба вакуумного насоса соединяется с вершиной герметичного бака для хранения пресной воды, так что давление в мгновенном испарителе каждой стадии постепенно уменьшается, образуя отрицательное давление во время работы вакуумного насоса, и нагретая морская вода в мгновенном испарителе каждой стадии стремится к испарению. Полученный пар освобождает скрытое тепло и конденсируется в пресную воду, когда он передает тепло относительно холодной морской воде. Концентрированная морская вода на дне каждого мгновенного испарителя постепенно охлаждается и течет в мгновенный испаритель следующей стадии, где концентрированная морская вода мгновенно испаряется и затем конденсируется в пресную воду, тогда как оставшийся неиспаренный концентрированный рассол переносится в завод по производству соли.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0031] Изобретение описывается ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, где:

[0032] Фиг. 1 представляет собой изображение структуры устройства для опреснения морской воды, использующего солнечную энергию для непрерывной подачи тепла; и

[0033] Фиг. 2 представляет собой изображение структуры местной части скважины для извлечения морской воды.

[0034] На фиг. 1, 1 представляет собой солнечное тепловое поле для концентрирования солнечной энергии и сбора тепла, 1а обозначает основную подающую трубу солнечного теплового поля, в данной основной трубе находится теплопереносящая среда. 2 представляет собой бак для хранения солнечного тепла, 2а обозначает насос теплопереносящей среды. 3 представляет собой нагреватель морской воды, 3b обозначает теплообменник, использующий теплопереносящую среду, 3а представляет собой насос нагретой морской воды с регулируемой скоростью вращения, и Т3е обозначает температурный датчик, расположенный на нагревателе морской воды 3. 4 обозначает собой одностадийный мгновенный испаритель, N представляет собой положительное целое число, когда N=1, мгновенный испаритель представляет собой 1-стадийный мгновенный испаритель; когда N=2, мгновенный испаритель представляет собой 2-стадийный мгновенный испаритель, и, аналогично, N относится к N-стадийному мгновенному испарителю. Обычно N=3-9, и когда N=9 в лучшем режиме осуществления данного изобретения, последним справа является мгновенный испаритель 9 стадии. 4а представляет собой дросселирующее устройство, расположенное у дна мгновенного испарителя, 4b обозначает пеногаситель, и 4с представляет собой диск для сбора пресной воды, 4d обозначает корпус конденсатора, 4е обозначает охладитель морской водой, и в нем находится теплообменник пара 4f. 5 представляет собой герметичный бак для хранения пресной воды, верхняя часть бака соединена с вакуумным насосом 5а через трубу. 5b обозначает насос концентрированного рассола, расположенный в выпускной трубе концентрированного рассола мгновенного испарителя последней стадии. 6 представляет собой стерилизующий очиститель морской воды, 6а обозначает скважину для извлечения морской воды, сооруженную с вершиной выше самого высокого уровня при приливах, глубина скважины находится на несколько метров ниже, чем уровень моря при отливах, и диаметр скважины является соответствующим (который удовлетворяет извлечению определенного количества морской воды). 6b представляет собой высасывающий насос морской воды, 6d обозначает перекрывающий вентиль на впуске очищенной морской воды, а 6е обозначает продувочный вентиль стерилизующего очистителя морской воды 6 (когда перекрывающий вентиль 6d и продувочный вентиль 6е открыты, очищенная морская вода поступает на дно стерилизующего очистителя морской воды 6, чтобы вымывать ил, и выпускная труба продувочного вентиля 6е сообщается с установкой обработки сточной воды). 7 представляет собой многостадийный ультрафильтр, 7b обозначает фильтрующий слой активного угля, 7с обозначает слой мульти-волокнистой фильтрующей сетки, 7d представляет собой первый вентиль обратной промывки для ввода очищенной морской воды, 7е обозначает второй вентиль обратной промывки для выпуска ила (первый вентиль обратной промывки 7d и второй вентиль обратной промывки 7е периодически открывают, чтобы вводить очищенную морскую воду, чтобы промывать фильтрующие слои внутри многостадийного ультрафильтра 7, восстанавливая чистящие и фильтрующие функции каждого фильтрующего слоя). 8 представляет собой бак для очищенной морской воды, 9 обозначает колонну деоксигенации-декарбонизации, 7а, 8а обозначают перекачивающие насосы морской воды, и 9а представляет собой насос очищенной морской воды.

[0035] Как показано на фиг. 2, 6b обозначает высасывающий насос морской воды, 6а обозначает скважину для извлечения морской воды, 6а1 обозначает берег моря, 6а2 обозначает самый высокий уровень моря при приливе, 6а3 обозначает самый низкий уровень моря, 6а4 обозначает стенку из пористого бетона, 6а5 обозначает булыжники, 6а6 обозначает морской песок на дне скважины, который будет подниматься со временем и требует периодического удаления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0036] Как показано на фиг. 1-2, устройство для опреснения морской воды, использующее солнечную энергию для непрерывной подачи тепла, содержит: систему очистки морской воды и систему опреснения морской воды. Система опреснения морской воды содержит: солнечное термическое устройство 1 для концентрирования солнечной энергии и сбора тепла, бак 2 для хранения тепла солнечной энергии, нагреватель 3 очищенной морской воды и, по меньшей мере, одну стадию мгновенного испарителя морской воды. Мгновенный испаритель морской воды содержит: корпус 4 мгновенного испарителя и охладитель 4е морской водой. Камера теплопереносящей среды солнечного термического устройства 1, бак 2 для хранения тепла солнечной энергии, первый теплообменник 3b нагревателя 3 очищенной морской воды, использующий теплопереносящую среду в качестве источника тепла, соединены последовательно, образуя герметичный путь для циркуляции теплопереносящей среды. Основная выпускная труба очищенной морской воды перекачивающего насоса 9а очищенной морской воды в системе очистки морской воды сообщается с впуском нагревателя 3 очищенной морской воды и охладителем 4е морской водой. Выпуск морской воды из нагревателя 3 очищенной морской воды сообщается с впуском дросселирующего устройства 4а корпуса мгновенного испарителя первой стадии через насос 3а нагретой морской воды. Корпус 4 мгновенного испарителя содержит: выпуск концентрированного рассола, выпуск пресной воды и выпуск пара. Пар, выходящий из выпуска пара, проходит через второй теплообменник 4f охладителя 4е морской водой, использующего пар в качестве источника тепла, и накапливается с пресной водой в основной трубе пресной воды. Герметичный бак 5 для хранения пресной воды, расположенный на конце основной трубы пресной воды, сообщается с вакуумным насосом 5а. Выпуск концентрированного рассола сообщается с трубой завода по производству соли через насос 5b концентрированного рассола. Выпуск морской воды охладителя 4е морской водой сообщается с впуском основной трубы нагревателя 3 очищенной морской воды посредством корпуса 4d конденсатора из корпуса 4 мгновенного испарителя. Когда применяют, по меньшей мере, две стадии мгновенных испарителей морской воды, основная выпускная труба очищенной морской воды из насоса 9а очищенной морской воды в системе очистки морской воды сообщается с выпусками морской воды корпусов 4d конденсаторов мгновенного испарителя морской воды каждой стадии. Выпуск концентрированного рассола корпуса 4 мгновенного испарителя предыдущей стадии сообщается с впуском дросселирующего устройства корпуса 4a мгновенного испарителя последующей стадии, и выпуск концентрированного рассола корпуса 4 мгновенного испарителя последней стадии сообщается с трубой завода по производству соли через насос 5b концентрированного рассола. Давления в корпусах 4 мгновенного испарителя каждой стадии постепенно уменьшаются, образуя отрицательные давления.

[0037] Система очистки морской воды представляет собой многостадийную систему очистки, содержащую скважину 6а для извлечения морской воды, стерилизующий очиститель 6 морской воды, многостадийный ультрафильтр 7, оборудованный фильтрующим слоем активного угля и слоем мульти-волокнистой фильтрующей сетки, и колонну 9 деоксигенации-декарбонизации для деоксигенации и декарбонизации. Бак 8 для очищенной морской воды расположен между многостадийным ультрафильтром 7 и колонной 9 деоксигенации-декарбонизации. Колонна 9 деоксигенации-декарбонизации сообщается с основным выпуском очищенной морской воды. Скважина 6а для извлечения морской воды сообщается со стерилизующим очистителем 6 морской воды посредством высасывающего насоса 6b морской воды. Стерилизующий очиститель 6 морской воды сообщается с многостадийным ультрафильтром 7 и первым перекачивающим насосом 7а морской воды. Многостадийный ультрафильтр 7 сообщается с баком 8 для очищенной морской воды посредством второго перекачивающего насоса 8а морской воды. Бак 8 для очищенной морской воды сообщается с колонной 9 деоксигенации-декарбонизации посредством третьего перекачивающего насоса 8а морской воды. Колонна 9 деоксигенации-декарбонизации сообщается с основным выпуском очищенной морской воды посредством насоса 9а очищенной морской воды. В стерилизующий очиститель 6 морской воды добавляют бактерицидное вещество и флокулянт.

[0038] Способ опреснения морской воды путем использования вышеописанного устройства для опреснения морской воды содержит: многостадийную очистку морской воды с получением очищенной морской воды; сбор солнечной энергии с помощью солнечного термического устройства, чтобы нагревать теплопереносящую среду, с превращением солнечной энергии в тепловую энергию теплопереносящей среды; непрерывный нагрев очищенной морской воды до заданной температуры с помощью тепловой энергии теплопереносящей среды и перенос нагретой очищенной морской воды в, по меньшей мере, одностадийный мгновенный испаритель для мгновенного испарения; предоставление возможности давлению в корпусах мгновенного испарителя каждой стадии постепенно уменьшаться, образуя отрицательное давление во время мгновенного испарения; конденсацию пара после мгновенного испарения, чтобы отделить пресную воду, и превращение оставшегося пара в пресную воду с помощью охладителя морской водой; и перенос неиспаренного концентрированного рассола со дна мгновенного испарителя в завод по производству соли.

[0039] Когда применяют многостадийные мгновенные испарители, концентрированный рассол со дна мгновенного испарителя предшествующей стадии последовательно течет в мгновенный испаритель следующей стадии, и пресная вода постепенно конденсируется и отделяется во время многостадийного процесса испарения, а неиспаренный концентрированный рассол переносится в завод по производству соли. В то же время тепловая энергия солнечного света собирается солнечным термическим устройством, и теплопереносящая среда используется, чтобы нагревать очищенную морскую воду, тепловая энергия теплопереносящей среды запасается в баке для хранения тепла солнечной энергии, чтобы непрерывно нагревать очищенную морскую воду с использованием запасенной теплопереносящей среды во время ночных периодов или облачных дней.

[0040] Заданная температура очищенной морской воды, нагретой теплопереносящей средой, составляет 55°С-70°С или 70°С-120°С, и теплопереносящая среда нагревается до температуры 178°С-600°С с помощью солнечного термического устройства.

[0041] Заданная температура очищенной морской воды, нагретой теплопереносящей средой, составляет ±70°С, и теплопереносящая среда нагревается до температуры 275°С-395°С с помощью солнечного термического устройства.

[0042] Чтобы опреснять морскую воду, используя данное устройство для опреснения морской воды, непрерывно питаемое теплом посредством солнечной энергии, сначала запускают высасывающий насос 6b морской воды, и морскую воду извлекают из скважины 6а для извлечения морской воды и подают в стерилизующий очиститель 6 морской воды. Скважину 6а для извлечения морской воды сооружают на берегу моря, положение отверстия скважины находится выше уровня моря при самом высоком приливе 6а2, а глубина скважины ниже, чем уровень моря при самом низком отливе 6а3, так что морская вода, накопленная в скважине, предварительно фильтруется естественным образом с помощью берегового песка, что исключает морские организмы и примеси. Кроме того, так как берег моря промывается каждый день морской водой при приливе и отливе, берег моря всегда сохраняет естественные чистящие и фильтрующие функции. Способ сооружения скважины на берегу состоит в том, что стенка скважины имеет пористую бетонную структуру 6а4 с множеством пор, булыжники 6а5 расположены по периферии стенки скважины, и береговой песок заполняет внешнее окружение булыжников.

[0043] В стерилизующий очиститель 6 морской воды добавляют бактерицидное вещество (такое как хлор), чтобы убивать планктон, микробы или бактерии в морской воде, и затем добавляют флокулянт (такой как FeCl₂ или квасцы), чтобы осаждать массу веществ и осветлять морскую воду. Надосадочную жидкость в верхней части очистителя переносят с помощью первого переносящего насоса 7а морской воды в многостадийный ультрафильтр 7, где надосадочную жидкость подвергают многостадийной фильтрации, и очищенную воду затем сохраняют в баке 8 для очищенной морской воды. Осадок на дне стерилизующего очистителя 6 морской воды (ниже впуска первого переносящего насоса морской воды) требуется периодически промывать и вычищать (используя небольшой объем очищенной морской воды), чтобы выпускать ил в установку для обработки сточной воды. Многостадийный ультрафильтр 7 также периодически подвергают обратной промывке морской водой, чтобы восстановить чистящие и фильтрующие функции каждого фильтрующего слоя.

[0044] Когда запускают систему опреснения морской воды, очищенную морскую воду принуждают с помощью насоса 8а морской воды входить в колонну 9 деоксигенации-декарбонизации, чтобы удалять в ней кислород и СО₂, потому что морская вода обычно содержит 3,5% масс. солей и имеет сильную коррозийность, а присутствие кислорода и СО₂ облегчает коррозию устройств морской водой.

[0045] Во время процесса опреснения морской воды солнечная энергия, собранная солнечным термическим полем 1 в дневные периоды, превращается в тепловую энергию теплопереносящей среды в основной подающей трубе 1а, и тепловая энергия сохраняется в баке 2 для хранения тепла посредством теплопереносящей среды. Теплопереносящая среда 2 течет в первый теплообменник 3b в нагревателе 3 очищенной морской воды под действием насоса 2а теплопереносящей среды, нагревая очищенную морскую воду (обычно до температуры 55°С-120°С). В этом примере температуру задают 70°С. Нагретая морская вода движется с помощью насоса 3а нагретой морской воды и переносится в корпус мгновенного испарителя 4 первой стадии (скорость насоса нагретой морской воды подстраивают, чтобы регулировать скорость потока морской воды, переносимой в мгновенный испаритель первой стадии, регулируя, тем самым, уровень морской воды в корпусе 4 мгновенного испарителя). Так как давление в корпусе мгновенного испарителя отрицательное, давление нагретой морской воды внезапно снижается, когда она проходит через дросселирующее устройство 4а и превращается в пар. Во время подъема пара большие капли морской воды в паре преграждаются пеногасителем и падают на дно корпуса мгновенного испарителя. Пар поднимается в верхнюю часть корпуса мгновенного испарителя и достигает корпуса 4d конденсатора, выделяя скрытое тепло. Часть пара конденсируется в пресную воду, которая падает на диск 4с для сбора пресной воды и накапливается в герметичном баке для хранения пресной воды через трубы, а оставшийся неконденсированный пар входит во второй теплообменник 4f охладителя 4е морской водой, где пар снова охлаждается морской водой с относительно низкой температурой, выделяя скрытое тепло, конденсированная пресная вода течет в основную трубу пресной воды и накапливается в герметичном баке для хранения пресной воды. Тем временем, концентрированный рассол на дне корпуса мгновенного испарителя первой стадии автоматически поступает в корпус мгновенного испарителя второй стадии, так как работа вакуумного насоса 5а, расположенного у вершины герметичного бака 5 для хранения пресной воды, образует разницу давлений между корпусом мгновенного испарителя первой стадии и корпусом мгновенного испарителя второй стадии. Когда концентрированный рассол поступает в мгновенный испаритель второй стадии, процесс получения пресной воды из дросселирующего устройства 4а во второй теплообменник 4f повторяется снова. Вышеуказанные процессы повторяются до корпуса мгновенного испарителя последней стадии. Последняя стадия представляет собой мгновенный испаритель девятой стадии. Концентрированный рассол из корпуса мгновенного испарителя последней стадии в итоге переносится в завод по производству соли посредством солевого насоса 5b для последующей обработки. Таким образом, морская вода, входящая в мгновенный испаритель первой стадии, обрабатывается девятью стадиями процессов испарения, и приблизительно 40% морской воды конденсируется и превращается в пресную воду.

[0046] Эффект опреснения морской воды не всегда положительно коррелирует с температурой. Когда морскую воду нагревают до 75°С-78°С, соли в морской воде (ионы натрия, кальция, магния) быстро образуют накипь в устройстве, влияя на теплоперенос и снижая КПД работы устройства. Добавление средства против накипи в морскую воду может предотвращать образование накипи, даже когда морскую воду нагревают до 120°С, но очень дорого затем удалять из нее средство против накипи. Таким образом, лучшим температурным параметром, чтобы предотвращать образование накипи, является приблизительно 70°С или ±70°С. Также можно работать в температурных интервалах 55°С-70°С, 70°С-120°С или других, выполняя способ опреснения морской воды, но полные выгоды меньше, чем при температуре ±70°С.

[0047] Преимущества данного изобретения следующие:

[0048] Во первых, так как лучший температурный параметр, чтобы достичь высокой эффективности солнечного термического устройства (лучший рабочий параметр современного солнечного термического устройства) составляет 75°С-395°С (при использовании проводящего масла в качестве среды) или 178°С-610°С (при использовании расплавленной соли в качестве среды), высокоэффективная теплопереносящая среда (такая как проводящее масло, силиконовое масло, парафиновый воск и расплавленная соль) удовлетворяет рабочим температурным параметрам солнечного термического устройства, и теплопереносящая среда используется, чтобы нагревать морскую воду до приблизительно 70°С. Таким образом, избегается образование накипи, возникающей от нагрева морской воды непосредственно солнечным термическим устройством, и системы опреснения морской воды, и поле солнечной энергии работают при лучших температурных параметрах, тем самым полностью реализуя эффективность сбора тепловой энергии солнечного света.

[0049] Во вторых, завод пресной воды обычно должен непрерывно подавать воду в течение 24 ч. Тепловая энергия солнечного света запасается теплопереносящей средой (такой как проводящее масло, силиконовое масло, парафиновый воск и расплавленная соль), так что морская вода может нагреваться в ночные периоды, и пресная вода непрерывно производится.

[0050] Так как используется высокоэффективное солнечное термическое устройство, многостадийные структуры мгновенного испарителя способны эффективно собирать относительно рассеянную солнечную энергию и выполнять нагрев и испарение морской воды. Величина опреснения морской воды достигает 40%, и солнечная энергия может сохраняться, позволяя устройству для опреснения морской воды непрерывно работать, производя пресную воду в ночные периоды. Полученная пресная вода имеет хорошее качество и достигает стандарта питьевой воды. Кроме того, используется, главным образом, экологическая солнечная энергия, так что данный способ опреснения морской воды является экологически дружественным, высокоэффективным с высоким выходом.

[0051] Хотя показаны и раскрыты конкретные варианты осуществления данного изобретения, специалистам в данной области техники будет ясно, что изменения и модификации могут быть сделаны без отклонения от данного изобретения в его широких аспектах, и поэтому целью формулы изобретения является покрывать все такие изменения и модификации, как попадающие в подлинную сущность и объем данного изобретения.

Реферат

Изобретение относится к устройству и способу для опреснения морской воды с использованием солнечной энергии для непрерывной подачи тепла и к области опреснения морской воды (включая опреснение внутренней жесткой воды). Изобретение может также применяться в области очистки сточной воды. Устройство содержит систему очистки морской воды и систему опреснения морской воды, в котором система очистки морской воды состоит из скважины для извлечения морской воды, резервуара для стерилизующей очистки морской воды, многостадийного ультрафильтра и резервуара для очищенной морской воды; а система опреснения морской воды состоит из устройства для концентрирования солнечной энергии и сбора тепла, бака для хранения тепла солнечной энергии, нагревателя очищенной морской воды и многостадийного мгновенного испарителя морской воды. Устройство для концентрирования солнечной энергии и сбора тепла собирает тепловую энергию солнечного света посредством теплопроводящей рабочей среды в дневное время, сохраняет тепловую энергию солнечного света в баке для хранения тепла солнечной энергии и затем нагревает очищенную морскую воду с помощью теплопроводящей рабочей среды до определенной температуры; горячая морская вода направляется в многостадийный мгновенный испаритель морской воды, и распыляется и испаряется стадия за стадией, и отделяются пресная вода и рассол. Также раскрывается способ опреснения морской воды, использующий солнечную энергию для непрерывной подачи тепла. Устройство для опреснения морской воды, использующее солнечную энергию для непрерывной подачи тепла, может эффективно собирать сравнительно рассеянную

Формула