一种太阳能聚光发电和海水淡化集成方法及系统的制作方法

专利名称：一种太阳能聚光发电和海水淡化集成方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能聚光发电和海水淡化领域，尤其是涉及一种利用太阳能聚光蒸 发海水发电而获得电能源，以蒸发海水脱盐淡化而获得大量的优质淡水资源之方法及采用 该方法所设计的系统。
背景技术：
随着石化能源日趋紧缺和环保压力不断加大，各国都在积极探讨新能源、可再生 能源特别是太阳能的利用。由于太阳能具有储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性和 逐渐显现的经济性等优势，使其成为人类最为理想的替代能源。因此，研究和开发太阳能发 电已成为世界各国实现可持续发展的能源战略决策。太阳能发电和海水淡化利用存在多种 形式，近年以异乎寻常的速度得到快速发展。但是，以太阳能聚光发电和海水淡化集成在一 起的应用系统技术目前涉及的研究较少。现有技术领域中，太阳能槽式热发电系统采用多个抛物线槽型镜面集热器，将太 阳能光聚集到位于焦线的中心管上，使管内的导热介质加热至350-390度，然后循环的被 加热介质经热交换产生过热蒸汽，过热蒸汽推动常规的汽轮发电机组发电。槽式太阳能热 发电系统包括五个子系统，一是聚光集热子系统，由聚光镜、接收器和跟踪装置构成，其中 接收器中的集热管一般采用长4米、直径70毫米的不锈钢内管，在不锈钢内管上镀有选择 性涂层，用于吸收太阳能光热，不锈钢管外边还有一层耐高温的真空玻璃管，中间被抽取真 空后保持一定真空度，以达到隔热保温效果；二是换热子系统，由预热器、蒸汽发生器、过热 器和再热器组成，当系统工质为油时，采用双回路，即接收器中工质油被热后，进入换热子 系统中产生蒸汽，蒸汽进入发电子系统发电；三是发电子系统，基本组成与常规发电设备类 似，但需要配备一种专用装置，用于工作流体在接收器与辅助能源系统之间的切换；四是蓄 热子系统，太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠储存的能量维持系统正常运行， 蓄热的方法主要有显式、潜式和化学蓄热三种方式；五是辅助能源子系统，在夜间或阴雨 天，一般采用辅助能源系统供热，否则蓄热系统过大会引起初始投资的增加。目前槽式热发 电系统的功率可达10-1000兆瓦，是目前所有太阳能热发电站中功率最大，也是目前最具 商业化运用条件的太阳能发电模式。塔式太阳能热发电系统一般由反射镜阵列、高塔、集能器、蓄热器、发电机组等五 个主要部分组成。其中，反射镜阵列由许多面反射镜按一定规律排列而成，这些反射镜自动 跟踪太阳，反射光能够精确地投射到集能器的窗口里；高塔建在镜阵中央或南侧；集能器 按需要设计成单侧受光或四周受光，当阳光投射到集能器被吸收转变成热能后，便加热盘 管内流动着的介质产生蒸汽，一部分热量用来带动汽轮发电机组发电，另一部分热量则被 贮存在蓄热器里，以备没有阳光时发电用。由于聚光倍数高达1000以上，集能器可以收集 1000兆瓦级的辐射功率，产生1000度的高温，总效率在15%以上。塔式电站的优点一是 是聚光倍数高，容易达到较高的工作温 ，阵列中的定日镜数目越多，其聚光比越大，接收 器的集热温度也就愈高；二是能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效；三是接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。塔式太阳能热发电系统可 与高温、高压火电站的参数一致，这样不仅使太阳能发电系统有较高的热效率，而且容易获 得配套设备。由于该发电系统每块镜面都随太阳运动而独立调节方位及朝向，所需要的跟 踪定位机构代价高昂，在一定程度上限制了它的推广应用。目前塔式发电的利用规模可达 10-20兆瓦，但还处于科技研发和示范工程阶段。太阳能盘式发电系统是利用曲面聚光反射镜，将入射阳光聚集在焦点处，在焦点 处直接放置斯特林发动机发电的一种太阳能利用装置。系统的主要部分由控制柜、聚光反 射镜、接受器、迴转台、跟踪装置和斯特林发动机构成，其中跟踪装置可连续地在两个坐标 轴方向根据太阳移动进行定位；斯特林发动机为闭环活塞式发动机，聚焦的阳光直接落在 发动机头部的吸热组件上，加热其内部的气体工质氦气进行发电；接收器位于各抛物面的 焦点处，可产生800度左右的高温，效率达29. 4%，在聚光式发电中是最高的；当在800度 温度下运行时，单个盘式装置最大可发电约50千瓦。太阳能盘式发电系统可以实现并网发 电，感应发电机效率达到94%以上，可提供60Hz，单相230V、三相460V的电力，交流发电机 有时需要调频至直流，再调至交流，用来解决发电机输出波动及与电网匹配的问题。由于 斯特林发动机的运动部件间没有机械连接，无须润滑、密封简单，被其带动的微型热电共生 器既生电又生热等特点，使其具有能量转换效率高、机器非常“安静”、寿命长和非常环保、 完全燃烧后只产生很少一点氧氮化物和一氧化碳等优势。虽然它与槽式电站相似，也可将 多个盘组成一个较大的系统，但它原则上仍是小型发电系统。如果在一个区域内集中若干 个这样的系统，也可以采用集中控制的方式，总功率能达到5-1000千瓦。近年来国际上太 阳能盘式热发电技术得到了长足的进步和发展，该技术以投资省、成本低、效率高为主要特 征，电站容量可大可小，可以独立运行，也可以并网运行，因此具有广泛的适应性。太阳能热气流发电系统是利用太阳辐射产生的热空气向上流动转化为动能的原 理，并通过适当的机械转化成电能的一种自然驱动的发电装置。太阳能热气流发电系统主 要由太阳能集热棚、导流烟 和涡轮发电机组三部分构成，其中太阳能集热棚建在一块太 阳辐照强、绝热性能比较好的土地上；集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系 统；集热棚中间离地面一定距离处装着烟 ，在烟 底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚， 集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳辐射能，并加热土地和集热棚太阳能热气流覆盖 层之间的空气，使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷空 气进入系统，从而形成空气循环流动。由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到 达烟囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部 的涡轮机，带动发电机发电。太阳能热气流发电系统除了进行发电以外，还可以利用涡轮机 旋转的动能直接抽取地下水，用于干旱地区农业灌溉。还可以在太阳能烟 上安装风力发 电机，利用风能和太阳能进行互补，提高发电功率和削减大风对太阳能烟囱装备的破坏。同 时，还可利用太阳能烟囱改善局部空气扩散，消除局部的大气污染。但因烟囱入口热源温度 与环境温度只相差只几十度，决定了其发电效率不可能很高，一般很难超过1%。而这一系 统占地面积又大，30兆瓦的电厂就需用地400万平方米，因此，比较适合地广人稀的沙漠地 区。美、法、日及以色列等国的技术已经非常发达，而且已形成相应的海水淡化产业。 中国海水淡化技术水平与国外相比仍有较大差距，相关的研究虽然起步较早，但水平低、技术创新能力较差，海水淡化所需的反渗透膜仍依赖进口，海水淡化装置总体设计水平和系 统集成优化的水平也比较低。目前世界上有1. 3万座的海水淡化工程，每天大约淡化5560 万立方米的海水或苦咸水，但这仅占世界淡水消费的3%。仅天津、浙江的反渗透膜海水淡 化技术既可以满足工业用水需要，也可以达到解决生活用水的标准。截至目前，我国共有海 水淡化工程65座不同规模的海水淡化装置。小型的以膜法为主，较大型的以蒸馏法为主， 累计生产能力在日产3万吨左右。近年来，由于太阳能集热器技术的发展，太阳能集热器与常规海水淡化装置的联 合运行是研究的热点。科威特等国家已经做出了有益的尝试，但已有的装置普遍存在效率 不高的问题。目前常见的太阳能海水淡化系统以蒸馏法为主，也存在一定问题，如一般采用 自然对流，热效率不高；水蒸气未被充分利用，造成能量损失等。中国太阳能海水淡化技术的研究，走过了近25年的历史，取得了可喜的成绩。综 观整个研究过程，基本可分为3个阶段。第一阶段在上世纪整个80年代至90年代初期。这个阶段是中国太阳能海水淡化技术研究的起步阶段。也是中国太阳能热利用研 究的起步阶段。那时，包括太阳能蒸馏器在内的许多太阳能应用技术，如太阳能干燥器、太 阳能热水器、太阳能集热器、太阳房以及太阳能聚光器等都吸引了许多科学家进行研究。但 由于是起步阶段，所以整个研究都处于较低的水平上，如对太阳能海水淡化技术的研究，基 本都集中在单级盘式太阳能蒸馏器上。上面的讨论已经指出，这种蒸馏器具有取材方便、结 构简单、无动力部件、建造和维修便利以及可以长期无故障运行等优势，因而受到广大用户 的青睐。但这种装置由于其内部海水容量大，因而升温缓慢，致使海水蒸发动力不足，加之 整个蒸馏过程中未能回收蒸汽的凝结潜热，所以一般系统的效率都不高，约在35%以下，在 晴好天气下，每平方米采光面积的产淡水量在3. 5 4. Okg左右。第二阶段在上世纪90年代初到90年代末。此阶段上，许多研究者逐步认识到了盘式太阳能蒸馏器的缺陷。在设法减少装置 中海水的容量方面，采取了梯级送水、湿布芯送水以及在海水表层加海绵等方式，大大减小 了装置中的海水存量，使装置中待蒸发的海水温度得到进一步提高，使装置更快地有淡水 产出，延长了产水时间，提高了装置的产水效率。在回收水蒸汽的凝结潜热方面，实验了多 级迭盘式太阳能蒸馏器以及其他回收水蒸汽潜热的太阳能蒸馏器。采取这些措施之后，装 置的总效率提高到了约50%。上世纪90年代末至现在，对太阳能海水淡化技术的研究进入到了第三个阶段。在总结和分析了第二阶段的研究成果后，人们发现尽管采取了许多被动强化传 热传质措施，如减小装置中海水的容量、多次回收蒸汽的凝结潜热等，仍不能满足用户的要 求，即太阳能蒸馏器的经济性仍然不够理想。分析发现，装置内自然对流的传热传质模式是 限制装置产水率提高的主要因素。于是研究者纷纷选择了对主动式(加有动力，如水泵或 风机等)的太阳能蒸馏器的研究。此期间出现了气流吸附式、多级降膜多效回热式、多级 闪蒸式等许多新颖的太阳能海水淡化装置，装置的总效率也有了较大提高，达到80%左右 (包括电能的消耗)。进入2010年，对于利用太阳能聚光蒸发海水发电而获得电能源，以蒸 发海水脱盐淡化而获得大量的优质淡水资源的研究日渐渐增多，但能形成产业化的成熟技 术还是没有。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种可以利用太阳能聚光蒸发海水发 电而获得电能源，以蒸发海水脱盐淡化而获得大量的优质淡水资源的处理方法及系统。本发明是这样实现的，一种太阳能聚光发电和海水淡化集成方法，其是将初步过 滤的海水以压差形式形成液膜，然后通过可吸收太阳能光和热的聚光集热系统，将液膜加 热并采用高温爆破结晶方式进行蒸发，得到盐粉和蒸汽，再将蒸汽引入动力发电设备发电， 发电后排出的蒸汽通过分离器使杂质分离，大部分挥发性有机物氧化成二氧化碳和水，其 余未被氧化的蒸汽再进行选择性渗透及冷凝回收处理，最后由冷凝器制得优质淡水，同时 通过高温结晶器将海水分离出的盐粉副产物送入回收系统回收。本发明还提供了一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其包括聚光集热子系统用于吸收太阳能光和热；蒸发子系统用于将初步过滤的海水进行蒸发处理，包括过滤器及蒸发结晶部件， 其中蒸发结晶部件以压差形式将海水形成液膜，所述液膜通过高温爆破结晶后蒸发，形成 盐粉和蒸汽；发电子系统包括真空泵、螺杆膨胀动力发电设备和换热器，其中螺杆膨胀动力 发电设备用于将蒸发子系统产生的蒸汽引入发电，换热器用于发电后的余热再次使海水预执.
y 、人 冷凝与分离子系统包括冷凝器及分离部件，由发电子系统排出的蒸汽通过所述 分离部件将杂质分离后由冷凝器制得淡水；蓄电及辅助能源子系统将储存蒸发子系统产生电能用于早晚或云遮间隙发电， 维持系统正常运行；以及，可将海水分离出的盐粉进行回收之副产物回收子系统。本发明的有益效果在于1)利用太阳能聚光蒸发海水发电而获得电能源，采用压差成膜、高温蒸发的处 理方式，仅靠蒸发这单一步骤就可完成对海水淡化利用及蒸汽发电，实现零成本海水资源 化；2)占地少、操作稳定、清洗方便、效率高、易维护；3)可同时处理多种高盐份或高色度海水，保证全天自动运转；4)不必专人看守，可靠性高，可形成产业化。


图1为本发明实施例系统示意图；图2为本发明高温结晶器实施例结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
本发明实施例首先提供了一种太阳能聚光发电和海水淡化集成方法，其是先将初 步过滤的海水置于液膜发生器内，以压差形式形成液膜，然后通过一可吸收太阳能光和热 的聚光集热系统将液膜加热并采用高温爆破结晶方式进行蒸发，得到盐粉和蒸汽后，将蒸 汽引入动力发电设备，以实现发电功能，发电后排出的蒸汽再通过分离器使杂质分离，大部 分挥发性有机物氧化成二氧化碳和水，其余未被氧化的蒸汽再进行选择性渗透及冷凝回收 处理，最后由冷凝器制得优质淡水，同时通过高温结晶器将海水分离出的盐粉副产物送入 回收系统回收，从而实现了将海水发电和淡化的目的。上述方法实现的机理是海水以高压泵机械力高压注入高压管道，当管道内流 动液体的静压大于或等于90_150kba时，可形成高压饱和水，再通过高压喷嘴(孔径为 0. 15mm-0. 45mm)在真空密闭的成膜系统内降压爆发形成粒径为15-20微米的液膜液滴，与 预留废热或其他余热的接口经热风机进入成膜系统和微米级的液膜液滴充分接触而获得 支持蒸发的初部能量。在一定的温度下，真空密闭容器内的液膜液滴能很快和它的蒸汽相建立动态平 衡，即蒸汽分子向液面凝结和液体中分子从表面逃逸的速率相等。此时液滴面上的蒸汽压 力就是液体在此温度下的饱和蒸汽压力。液体的饱和蒸汽压与温度有关温度升高，分子运 动加速，因而在单位时间内从液相进入气相的分子数增加，蒸汽压升高。蒸汽压随着绝对温度的变化可用克拉贝龙一克劳修斯方程式来表示
Γ d\np AHm———=——f-
dT RT2式中P为液体在温度T时的饱和蒸汽压(Pa)，T为热力学温度(K)，Δ Hm为液体摩 尔气化热 ·πι01-1)，R为气体常数。当液体的蒸汽压与外界压力相等时，液体便沸腾，外 压不同，液体的沸点也不同，我们把液体的蒸汽压等于101. 325KPa时的沸腾温度定义为液 体的正常沸点。当液膜经过爆破结晶器通道时，通道壁面温度高达500-800°C，蒸汽压随着绝对 温度的升高，单位时间内液膜从液相进入气相，水分子运动加速，液膜演变成蒸汽气泡，蒸 汽气泡的破裂可能引起高达lOOOOOpsi的局部压力波，由于气泡的破裂是不均勻的，流体 会形成微小喷射，此时海水由液滴包围的污染物和海水以分子蒸馏方式分离。在液膜蒸发 的传质过程中，水分子脱离液膜表面变成水气分子，首先进入与液膜表面温度相同的饱和 蒸汽边界层.当该饱和蒸汽层的水蒸气分压力大于周围蒸汽的水气分压力时，饱和蒸汽层 的水气分子就要向周围空间扩散，而液膜中的水分子也不断地脱离液膜表面进入饱和蒸汽 层.随着与液膜接触的爆破结晶器壁面温度的持续升高，传递给液膜的热流密度不断增 加，膜层的水分子不断脱离液膜表面变成水气分子，蒸发过程便不断进行.随着传质的进 行，蒸发空间的蒸汽含量和压力会逐渐升高，这就需要不断地抽取蒸发空间的蒸汽，以保持 负压来维持传质过程的持续进行。其实在海水蒸发过程中，海水中的挥发性有机化合物也 会跟着海水蒸发或先蒸发，将水蒸气与复合支撑液膜(supported liquid membrane, SLM) 膜组件溴化锂液膜相吸收，水蒸气中VOC气体不在这种支撑液膜透过的分离机理是由于 LiBr吸附水蒸汽后毛细管冷凝的液体流出。而这种不透过的VOC气体由抽吸泵引回通过支 撑液膜吸收蒸发出的蒸汽以维持蒸发压力不变。液膜蒸发工作得以持续，从而完成了爆破 结晶过程。
一般情况下，温度为28°C时，将lm3的水放入ImX ImX Im的容器，水与空气的接触 面积为lm3，其表面蒸发的速度为0. 00009645升/秒，如果要使其完全蒸发需要120天左 右，而采用液膜高温爆破结晶法进行蒸发，总功率20KW，在高压泵机械力作用下形成的微小 到15-20微米的液膜包裹的液滴，液膜表面积以大大增加，蒸发lm3水分的话，仅为60分钟 即可完全将海水处理为干粉和蒸汽，温度越高，蒸发速度越快，在采用热空气源或与低露点 工质交换的情况下，其蒸发效果更好。假设真空密闭的成膜系统内的液膜气总压为101. 3kN/m2，相对湿度为50%，初始 干球温度为20°C。假设每秒钟要处理0. 276公斤废水，30分钟内要蒸发500公斤废水，高压 泵为1. 5KW，抽吸泵为4. 5KW，真空密闭的成膜系统空间和爆破结晶系统空间容量各为7m3。 (废水最终产物为干粉和蒸汽)求(a)湿度H ； (b)水蒸汽分压ρ ； (c)露点td ； (d)焓I。(e)如将500kg/h粒径 为15-20微米的液膜烟气热至117°C，求所爆破结晶系统需热量Q和设备总功率； (f)每 分钟送入真空密闭的成膜系统内的液膜烟气体积V ； (e)蒸发500公斤废水的电费。解P = 101. 3kN/m2,^ = 50%, t = 20°C，由饱和水蒸汽表查得，水在20°C时之饱和 蒸汽压为Ps = 2. 34kN/m2 (b)水蒸汽分压 (c)露点 td露点是空气在湿度H或水蒸汽分压ρ不变的情况下，冷却达到饱和时的温度。所 以可由P=I. 17kn/m2查饱和水蒸汽表，得到对应的饱和温度td = 9°C。(d)焓 I = 38. 6kJ/kg 干空气(e)热量 QQ = 500 X (1. 01+1. 88X0. 00727) X (117-20)= 4966kJ/h = 13. 8kw按100%电转热计算，设备总功率Q总为1. 5+4. 5+13. 8 = 19. 8KW如果初始干球温度为20°C以上，热量Q —定比19. 8KW小。(f)每分钟送入真空密闭的成膜系统内的液膜烟气体积V
t + 273V = 500vh = 500 χ (0.773 +1.224H ) χ-
Η273
20 + 273= 500 χ (0.773 +1.244 χ 0.00727) χ=419.7 m3/h
273419. 7 + 60 = 6· 995m3(e)蒸发500公斤海水的电费19. 8X0. 7 + 2 = 6. 93 元
9
上述计算标明，通过本发明方法完全利用电实现的海水处理，费用低于10元/立 方，在早晚或云遮或雨天间，利用蓄电及辅助能源子系统运行，成本相当低廉，在完全利用 太阳能的情况下是零费用。基于上述方法，本发明设计了一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，参见图 1，其包括聚光集热子系统用于吸收太阳能光和热，包括聚光镜1和太阳跟踪装置2，所述 太阳跟踪装置2上设有至少一聚光镜1，位于聚光镜架体上，用于汇聚太阳光，且可将所聚 集的热量传递于蒸发子系统上，以满足蒸发子系统的工作。蒸发子系统用于将初步过滤的海水进行蒸发处理，包括过滤器4和蒸发结晶部 件9，所述过滤器4通过高压泵3与蒸发结晶部件9依次连接，需淡化的海水先进入过滤器 4内，当海水通过过滤器4滤除一些较粗的杂质后，通过高压泵3的机械力高压注入蒸发结 晶部件9内，以压差形式将海水形成液膜，所述液膜通过蒸发结晶部件9蒸发，形成盐粉和蒸汽。发电子系统包括真空泵12、螺杆膨胀动力发电设备15和换热器14，其中螺杆膨 胀动力发电设备15用于将蒸发子系统产生的蒸汽引入发电，换热器14用于将发电后的余 热再次使海水预热。由于螺杆膨胀动力发电机具有能量转换效率高、机器非常“安静”、寿 命长和非常环保、不会产生氮氧化物和一氧化碳等。如果在一个区域内集中若干个这样的 系统，也可以采用集中控制的方式，总功率能达到5-100 0千瓦，电站容量可大可小，可以独 立运行，也可以并网运行，因此具有广泛的适应性。因此，螺杆膨胀动力发电设备15可应用 于工业锅炉饱和蒸汽(热水)压差发电；热电厂、热网、蒸汽、余热回收发电；减温减压阀节 流损失回收动力或发电；利用锅炉连续排污回收发电；冶金钢铁行业余热回收发电；印染、 玻璃、造纸、医药、粮油食品等轻工行业余热回收发电；建材行业水泥窑炉烟气纯低温发电； 太阳能及生物能源发电；地热发电及垃圾焚烧炉蒸汽(热水)回收发电。其技术特点适用 于蒸汽、汽水混合物、热水、被污染热源的各种介质。有不飞车、无盘车、免暖机、机组启停和 运行平稳简便；在热源参数大幅波动工况下，能够高效、安全运行；长期无大修，小修维护 简易；全自动无人值守运行操作等优点。其热源范围直接驱动螺杆膨胀动力机的热源应用 范围蒸汽参数0. 15MPa-3. OMPa，温度< 300°C双循环发电，其发电品质为50HZ，220V，功 率为 50KW-150KW，内效率 70% -85%。冷凝与分离子系统包括冷凝器11及分离部件16，由发电子系统排出的蒸汽通过 所述分离部件16分离杂质后由冷凝器11制得淡水，流入淡水存贮箱10内。蓄电及辅助能源子系统包括蓄电及辅助能源部件13，由多个蓄电池组成，蓄电 池与螺杆膨胀动力发电设备15连接，用于储存蒸发子系统产生的电能，在早晚或云遮间隙 可依靠辅助能源或储存的能量维持系统正常运行，同时通过变压器分别与真空泵12和高 压泵3连接。副产物回收子系统设置于蒸发结晶部件9下方，由于海水含有较高的盐分，可将 海水分离出的盐粉进行回收。参见图1、图2，本发明具体结构设计中，所述蒸发结晶部件9置于一设备支承架8 上，其包括一腔体91，其由上至下设置有可相互连通的液膜形成腔93和结晶腔94，可将海 水形成液膜之液膜发生器92设置于液膜形成腔93内，其与高压泵3出口相通，过滤后的海水以高压泵3的机械力高压注入液膜发生器92内，所述液膜发生器92上设置有一可将海 水形成液膜之喷雾部件，其包括一环形喷射架，架体上端均勻设置相互连通的若干高压喷 嘴(未图示)，与高压泵3出口连通，由高压泵3泵入液膜形成腔93内之初滤海水可通过 高压喷嘴喷射成雾状，降压爆发形成粒径为15-20微米的液膜液滴。所述结晶腔94内设 置有高温结晶器96，与聚光镜1连接，通过聚光镜1汇集的热能，可使高温结晶器96产生 800-1500°C高温，落于高温结晶器96上的液膜产生爆破，海水蒸发产生蒸汽，同时可使杂 质结晶形成干粉。优选地，上述实施例中，所述高压泵3可采用进口台湾WULI、ALASKA、精工、陆雄； 意大利 AR、INTERPUMP、BERT0LI Ni、HAWK ；美国 GP、GIANT ；德国 SPECK 等进口高压柱塞泵。 所述高压泵功率为0. 55-7. 5kw，产生压力为90-150bar，所述高压管优选314SS或316SS不 锈钢管；所述高压喷嘴优选314SS或316SS不锈钢喷嘴，喷嘴孔径为0. 15mm-0. 45mm。参见图2，所述高温结晶器96包括一由氮化硅耐高温导热材料制作成圆形或方形 本体961，其上布满直径为2-20毫米的直通小孔，呈蜂窝状，该直通小孔为导气孔962，用作 蒸汽的通道，各导气孔962之间间距为5-10毫米，在与导气孔962的垂直方向，横向排列有 多排多个长1-2米、直径30-50毫米、由耐高温导热材料成分制作的实心导热棒963，各导 热棒963平行装于一导热板964上，纵向延伸于本体961内，所述导热板964与聚光镜1连 接，固定于本体961之侧面，由聚光镜1吸收、汇集的太阳光热通过导热板964传于各导热 棒962上。具体地，所述导热棒963的耐高温导热材料成分组成为氮化硅80% -95% (重 量百分比)；二氮化硅5%-20% (重量百分比)。在上述氮化硅导热棒963上，氮化硅导热 棒963可置于耐高温的真空玻璃管内，中间被抽取真空后保持一定真空度，以达到隔热保 温效果。本发明具体结构设计中，所述分离部件16包括一纯气分离腔1601，所述纯气分离 腔1601进气口与换热器14出口连接，其内设有可对蒸汽进行净化处理和选择性渗透之膜 组件1602，所述膜组件1602包括多个竖直排列的膜管，置于纯气分离腔1601内所设之膜骨 架1603上，通过一膜支架固定于纯气分离腔1601腔体内，所述纯气分离腔1601出口与冷 凝器11相连。所述膜管置于所述膜骨架1603上，其外壁设有有机膜或无机膜层，所述无机膜采 用陶瓷膜，有机膜采用折叠式亲水性聚四氟乙烯膜(HPF)，聚四氟乙烯膜具有极好的耐有 机、无机化学腐蚀性，是最耐腐蚀、耐高温的有机膜。所述有机膜或无机膜层采用浸渗剂处 理，其膜孔径为0. 01 μ m-0. 045 μ m，通过填充在膜中的高吸水性物质，如CsF、LiBr、季胺盐 等盐类，在选择性过滤蒸汽的过程中只有蒸汽与膜接触，浸渗剂可长期保留在膜内不被洗 脱，从而增加了膜对水蒸气的溶解和扩散能力。进一步地，本发明具体结构设计中，所述蓄电及辅助能源子系统还包括一再热器 95，置于蒸发子系统之高温结晶器96内，所述再热器95为排列于高温结晶器96导热棒963 上方或/和下方、多个与导热棒963连接的加热管，可以是耐高温氮化硅导热材料制成，也 可以是电热丝，在早晚或云遮间隙依靠辅助能源或储存的能量维持系统正常运行。当高温 结晶器96在太阳能聚光能满足工作时，再热器95停止工作。本发明具体结构设计中，所述副产物回收子系统位于蒸发结晶部件9下方，包括 耐高温石棉滤袋7及位于滤袋7下方的副产物储存器6，其中滤袋7置于结晶腔94底部，高
11温结晶后产生的结晶物质经过耐高温滤袋7收集后存放于副产物储存器6内。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种太阳能聚光发电和海水淡化集成方法，其特征在于是将初步过滤的海水以压差形式形成液膜，然后通过可吸收太阳能光和热的聚光集热系统将液膜加热并采用高温爆破结晶方式进行蒸发，得到盐粉和蒸汽，再将蒸汽引入动力发电设备发电，发电后排出的蒸汽通过分离器使杂质分离，使大部分挥发性有机物氧化成二氧化碳和水，其余未被氧化的蒸汽再进行选择性渗透及冷凝回收处理，最后由冷凝器制得优质淡水，同时通过高温结晶器将海水分离出的盐粉副产物送入回收系统回收。
2.一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于包括聚光集热子系统用于吸收太阳能光和热；蒸发子系统用于将初步过滤的海水进行蒸发处理，包括过滤器及蒸发结晶部件，其中 蒸发结晶部件先以压差形式将海水形成液膜，所述液膜通过高温爆破结晶后蒸发，形成盐 粉和蒸汽；发电子系统包括真空泵、螺杆膨胀动力发电设备和换热器，其中螺杆膨胀动力发电设 备用于将蒸发子系统产生的蒸汽引入发电，换热器用于发电后的余热再次使海水预热；冷凝与分离子系统包括冷凝器及分离部件，由发电子系统排出的蒸汽通过所述分离 部件将杂质分离后由冷凝器制得淡水；蓄电及辅助能源子系统将储存蒸发子系统产生电能用于早晚或云遮间隙发电，维持 系统正常运行；以及，可将海水分离出的盐粉进行回收之副产物回收子系统。
3.如权利要求2所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于所述 聚光集热子系统包括太阳跟踪装置和至少一聚光镜，所述太阳跟踪装置包括一架体，所述 聚光镜置于该架体上。
4.如权利要求2或3所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于 所述蒸发结晶部件包括一腔体，所述腔体内由上至下设有可相互连通的液膜形成腔和结晶 腔，可将海水形成液膜之液膜发生器设置于液膜形成腔内，其与进水管连通；所述液膜形成 腔出口与结晶腔入口连通；所述结晶腔内设置可通过高温爆破对海水进行蒸发且可使杂质 形成结晶之高温结晶器，结晶腔出口与真空泵入口连通。
5.如权利要求4所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于所述 高温结晶器包括一本体，其上纵向平行排列有多个用作蒸汽通道的蜂窝状导气孔，在导气 孔的垂直方向，横向排列有多排、多个耐高温导热材料成分制作的实心导热棒；所述导热棒 通过一导热板与所述聚光镜连接。
6.如权利要求5所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于所述 导热棒由下述重量比组分的材料制成氮化硅80% -95% ；二氮化硅5% -20%。
7.如权利要求2所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于所述 冷凝与分离子系统之分离器包括一纯气分离腔，所述纯气分离腔进气口与换热器出口连 接，其内设有可对蒸汽进行净化处理和选择性渗透之膜组件，所述膜组件包括多个膜管，置 于纯气分离腔体内所设之膜骨架上，通过一膜支架固定于腔体内，所述膜管置于所述膜骨 架上，其外壁设有有机膜或无机膜层，所述分离腔出口与冷凝器相连。
8.如权利要求7所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于所述 膜管之有机膜或无机膜层采用浸渗剂处理，其膜孔径为0. 01 μ m-0. 045 μ m。
9.如权利要求2所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于所述 蓄电及辅助能源子系统包括蓄电池组及再热器，所述蓄电池组由多个蓄电池组成，蓄电池 与发电机电源输出相连接，同时通过变压器分别与真空泵和高压泵连接；所述再热器置于 蒸发子系统之高温结晶器内。
10.如权利要求9所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于所述 再热器为设置于高温结晶器内的多排、多个加热管。
11.如权利要求2所述的一种太阳能聚光发电和海水淡化集成系统，其特征在于所述 副产物回收子系统包括耐高温石棉滤袋及位于滤袋下方的副产物储存器。
全文摘要
一种太阳能聚光发电和海水淡化集成方法及系统，是将初滤的海水以压差形式形成液膜，然后通过可吸收太阳能光和热的聚光集热系统将液膜采用高温爆破结晶方式进行蒸发，得到盐粉和蒸汽，再将蒸汽引入动力发电设备发电，发电后排出的蒸汽通过分离器使杂质分离，使大部分挥发性有机物氧化成二氧化碳和水，其余未被氧化的蒸汽再进行选择性渗透及冷凝回收处理，最后由冷凝器制得优质淡水，同时通过高温结晶器将海水分离出的盐粉副产物送入回收系统回收。本发明利用太阳能聚光蒸发海水发电而获得电能源，采用压差成膜、高温蒸发的处理方式，可完成对海水淡化利用及蒸汽发电，实现零成本海水资源化，且占地少、操作稳定、效率高、易维护，可形成产业化。
文档编号C02F1/14GK101921006SQ201010196349
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者何晋勇, 孙宁, 彭云龙, 曾贤桂, 李鸿江, 温致平, 王石, 谢璀, 陈兆勇 申请人:深圳市环境工程科学技术中心;深圳市碧宝环保科技有限公司