高效光伏驱动海水淡化装置设计研究

总结前人理论和试验研究成果，研究设计了一组节能高效、绿色环保的新型光伏驱动蒸馏海水淡化装置系统。

2 系统方案设计

2.1 装置组成

本装置主要由集热/蒸发/冷凝三位一体的换热箱、螺旋套筒式热回收盘管、电加热盘管、海水喷淋器、太阳能电池板、蓄电池以及水泵、蒸汽泵、过滤器等部件组成。装置及部件二维平面图如图1所示。独立光伏系统如图2所示。

2.2 循环流程

在水泵的作用下，原海水首先经过滤器过滤预处理后，进入螺旋套筒式热回收盘管的外套管，经低压蒸汽和温度较高的浓海水预热获得一定初溫，然后进入海水喷淋器进行喷淋，形成的液膜均匀分布在电加热盘管的外表面，利用横管降膜蒸发技术进行换热蒸发，产生的低压蒸汽聚集在容器顶部，最后，通过蒸汽管由蒸汽泵抽入螺旋套筒式热回收盘管的内套管，预热外套管中逆向流动的原海水后自身冷凝得到淡水，收集于淡水箱中，而未蒸发的海水流入换热箱的下部再次预热外套管中的原海水，温度降低后的高浓度海水作为污水排放。

2.3 关键技术问题

2.3.1 对集热/蒸发/冷凝三位一体的换热箱进行一体一

通过在换热箱上部合理布置海水喷淋器及电加热盘管，在中下部合理安装螺旋套筒式热回收盘管，减少空间浪费使整个装置紧凑、简单实用，同时通过调节阀控制好海水的喷淋量及蒸汽流量，提高蒸发冷凝换热效率。

2.3.2“螺旋套筒式热回收盘管”高效回收利用余热

螺旋套筒式热回收盘管浸没在未蒸发的温度较高的浓海水里，盘管的内套管中流动低压蒸汽，外套管中逆向流动着原海水，螺旋形的设计使得原海水既回收了水蒸气的冷凝潜热，又利用了浓海水的显热，增加了接触换热时间，提高了能量回收效率，同时还得到了淡水。

2.3.3 独立光伏系统的设计

合理选择太阳能电池板的大小及蓄电池的容量，提高太阳能采集能力，保证光伏组件的装机容量有一定富裕度，即应在光照条件最差的条件下进行设计安装，并选择带有自动识别功能的太阳能充放电控制器。

3 技术经济性分析

此新型光伏驱动海水淡化装置稳定运行能效比，可定义为单位时间内蒸发淡水所携带的潜热与装置运行动力消耗的比值。其公式为：

本装置采用光伏发电系统，设备投资大;若装置单纯使用电网供电，虽然产水成本提高，但设备投资费用显著降低。装置还可采用有光照时使用光伏供电，夜间或阴雨天使用电网供电的联合驱动方式，可实现白天节省电网用电，夜间又能持续产水的双重目标。

4 创新特色及应用前景

4.1 创新特色

新型光伏驱动海水淡化装置利用太阳能电池板吸收太阳光给蓄电池充电，由蓄电池给电加热盘管、水泵及蒸汽泵等提供动力，不消耗常规化石能源。电加热盘管利用高效的横管降膜蒸发技术增强了换热，提高了蒸发效率。通过在换热箱里合理布置海水喷淋器、电加热盘管及螺旋套筒式热回收盘管，减少空间浪费使整个装置紧凑、简单实用，同时通过控制调节海水的喷淋量及蒸汽流量，降低气相分压产生更多的低压蒸汽，提高蒸发冷凝换热效率。利用螺旋套筒式热回收盘管既回收了水蒸气的冷凝潜热，又利用了浓海水的显热，螺旋型设计还增加了接触换热时间，从而在提高整体热量回收效率的同时，得到了可贵的淡水资源。

4.2 应用前景

海水淡化技术是解决未来淡水短缺问题的主要途径之一，近年来，随着太阳能技术的不断完善，太阳能海水淡化的成本会逐渐降低，对其研究和开发的潜力极大。相信不久的将来，这种结合太阳能光伏驱动的海水淡化装置将会作为一项成熟的技术为人类服务。在沿海地区、内陆苦咸水地区以及广大僻远农村供水供电不发达地区，利用这种简易的光伏驱动海水淡化装置，能满足人们日益增长的用水需求，且在海水淡化领域中具有较高的商品化潜力和广泛的应用前景。

5 结语

设计了一个简易高效的新型光伏驱动海水淡化装置。该装置一体化设计，形式新颖，结构简单实用，适应性强，不但使用太阳能这种清洁能源作为热源，并且充分回收利用了各部分产生的余热，提高了能源的利用效率，体现了“节能减排，绿色环保”的理念。适用于内陆苦咸水地区以及僻远农村供水供电不发达地区，在海水淡化领域中具有较高的商品化潜力。

参考文献：

[l]Xiong J，ZhengC G， LiuZ H，et a.1An economic feasibility study of O2/COz recycle combustion technology based on existing coal-fired power plants in China[J]. Fuel， 2009（88）：1135～1142.

[2]朱霞.低温多效海水淡化系统实验研究[D].大连：大连理工大学，2012.

[3]张立琋，贺锋，朱春伟.光伏驱动的鼓泡加湿一热泵海水淡化装置研究[J].太阳能学报，2016，37（5）：1346～1357

[4]肖红升，陈广健，王磊.一种多级满液蒸发回热式太阳能海水淡化装置的设计[J].可再生能源，2016，34（6）：803～808.

[5]张旭朋，左然，丁刚，等，一种新型太阳能海水淡化系统的实验研究[J].节能技术，2010，28（1）;51～55.

[6]王君，刘璐璐.新型太阳能海水淡化装置工作原理及性能优化[J].太阳能学报，2011，32（7）：1091～1906

[7]2hang Lixi，Cheng Guangping，Gao Shiyuan. Experimental studyon air bubbling humidification[J]. Desalination and Water Treatment，2011（29）：258～263.

[8]刘晓华，顾明，沈胜强，等.中小型真空管集热太阳能海水淡化系统性能研究[J].太阳能学报，2015，36（10）：2524～2529.

[9]钱强，朱跃钊，廖传华，等.太阳能海水淡化装置的传热研究和性能分析[J].制冷技术，2008，36（11）：44～47.

推荐访问:高效 装置 光伏 驱动 海水淡化