本技术介绍了一种集成太阳能水淡化、干燥和盐提取的系统及其操作方法。该系统整合了太阳能真空管水淡化技术、太阳能主被动一体化干燥技术以及利用低谷电能辅助的太阳能盐提取技术,并配备有智能控制系统,以实现高效能源利用和操作自动化。
背景技术
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
实现思路