CN103771564B - 海洋热能开式循环联合深海反渗透海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋热能开式循环联合深海反渗透海水淡化系统，它包括闪蒸器、温海水泵、汽轮机、增速器、冷淡水泵、深海反渗透装置、混合式冷凝器。所述的闪蒸器通过管道与汽轮机连接，汽轮机的一侧轴端与温海水泵同轴连接，汽轮机的另一侧轴端通过增速器与冷淡水泵同轴连接，汽轮机的排汽口与混合式冷凝器的进汽口连接，深海反渗透装置通过管道与混合式冷凝器连接。由于本发明闪蒸器的蒸汽进入汽轮机做功带动温海水泵和冷淡水泵同时运行，将反渗透装置制取的冷淡水送入混合式冷凝器内与汽轮机的排汽直接接触换热，排汽冷却为凝结水并与冷淡水混合一起作为产品水输出。本发明具有能耗低、热循环效率较高、运行成本低、淡水产量大等优点。

Description

海洋热能开式循环联合深海反渗透海水淡化系统

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，特别是涉及一种海洋热能开式循环联合深海反渗透海水淡化系统。

背景技术

海洋热能是指海洋表层的温海水和深层冷海水之间存在着温差而蕴有的能量。海洋热能具有能量来源稳定可靠，不受时间和气候限制，不存在出力不均或间歇性问题等优点，因此海洋热能不仅可以用于发电，而且也非常适合作为驱动能源，例如为水下运载器提供推进力等。海洋热能利用的热循环过程根据所用工质和流程的不同，可分为开式循环和闭式循环，目前开式循环的工作原理是将温海水导入闪蒸器使其部分蒸发，水蒸气在汽轮机内进行绝热膨胀，做完功后引入表面式冷凝器，由冷海水冷却成冷凝水。因为开式循环的冷凝水是质量很好的淡水，这是宝贵的副产品，为了回收淡水，开式循环必须使用表面式冷凝器。使用表面式冷凝器引起的传热温差使开式循环作有效功的温度差变小，循环效率降低，同时由于海洋热能本身的温差非常小，表面式冷凝器的可用传热温差只有3～4℃，因此表面式冷凝器的传热面积将十分巨大，不仅金属消耗量大造价高，而且给运行维护造成困难。

目前海水淡化方法主要是热法（多效蒸发、多级闪蒸、压汽蒸馏）和膜法（反渗透、电渗析）。由于热法脱盐是相变过程，一般需要加热，能耗相对较高，而反渗透法工艺过程简单，能耗较低，因此近年来反渗透法得到了较快的发展和较广泛的应用。虽然目前的反渗透装置应用已逐渐成熟，但仍存在以下几个不足之处：一是反渗透装置的进水取自海洋表面的海水，进料海水容易受到污染含有悬浮物、微生物等杂质，不仅要求进行混凝、澄清、过滤、消毒等复杂的预处理工艺，而且很容易造成膜污染，降低膜组件的使用寿命。同时不可忽视的是目前反渗透装置制取的淡水的出水水质较差，容易达不到饮用水的标准；二是反渗透装置的水回收率仍然较低，浓盐水的排放将对海洋生态环境产生难以估量的影响；三是随着能量回收装置的迅速发展，反渗透装置的能耗已经慢慢接近理论最低值，未来的发展空间受到较大的制约，亟需新的反渗透海水淡化技术的出现和发展。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种由海洋能驱动的、能耗低、淡水产量大、淡水品质好的海洋热能开式循环联合深海反渗透海水淡化系统。

本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：

一种海洋热能开式循环联合深海反渗透海水淡化系统，其特征在于：它包括闪蒸器、温海水管道、温海水泵、汽轮机、增速器、冷淡水泵、深海反渗透装置、冷淡水管道、混合式冷凝器、淡水出口管道；

所述的闪蒸器的海水入口连接温海水管道并在温海水管道上设置温海水泵，闪蒸器的蒸汽出口通过管道与汽轮机的蒸汽入口连接；所述的汽轮机的一侧轴端与温海水泵同轴连接，汽轮机的另一侧轴端通过增速器与冷淡水泵同轴连接，汽轮机的排汽口与混合式冷凝器的进汽口连接；所述的深海反渗透装置的出水口通过冷淡水管道与混合式冷凝器的喷淋口连接；深海反渗透装置布置在海平面以下500～600m之间；所述的冷淡水管道上设置冷淡水泵；所述的混合式冷凝器的底部出口连接淡水出口管道。

采用上述方案后，本发明具有以下特点：

一、能耗低。本发明的深海反渗透装置利用海水的势能作为驱动能源制取淡水，再利用海洋热能开式循环过程提供的动力带动冷淡水泵将淡水抽取到地面上。该深海反渗透装置只消耗抽取淡水的动力， 与地面上反渗透装置需要对全部进料海水进行加压的方式相比，能耗大为降低，是一种新的反渗透海水淡化技术。

二、热循环效率较高。本发明利用深海反渗透装置制取的冷淡水作为开式循环的冷却水可与汽轮机的排汽直接接触换热，因此本发明的开式循环可用混合式冷凝器替代常规技术中的表面式冷凝器， 不仅使开式循环作有效功的温度差变大，提高了热循环效率，而且混合式冷凝器由于没有金属传热面、构造简单，在金属耗量、制造、投资及运行维护等方面都优于表面式冷凝器。因此本发明的开式循环得到了较大的改进，热循环效率较高。

三、用能单一方便，运行成本低。本发明中仅有温海水泵和冷淡水泵消耗动力，而这两个水泵直接由海洋热循环过程的汽轮机带动，不消耗电力或其他能源。由于海洋热能是稳定可靠、永不枯竭的免费能源，因此本发明具有用能单一方便，运行成本低的特点。

    四、淡水产量大，淡水品质好。本发明的淡水总量分为两部分：一部分是开式循环所耗蒸汽量冷凝后的淡水量，另一部分是深海反渗透装置制取的冷淡水量。随着开式循环的总功率增加，所耗蒸汽量和提供的动力都增加，使得蒸汽冷凝后的淡水量和从深海反渗透装置抽取的冷淡水量都同时增加，因此总淡水产量将大幅度增加。另外，开式循环的蒸汽冷凝水为高纯度淡水，而深海反渗透装置制取的淡水具有洁净无菌的特点，因此本发明的淡水品质非常好。

综上所述，本发明的优点是：能耗低、热循环效率较高、用能单一方便、运行成本低、淡水产量大、淡水品质好，特别适合低成本大规模生产，可被广泛应用于在南沙群岛和西沙群岛上建设的海水淡化工程中。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种海洋热能开式循环联合深海反渗透海水淡化系统，它包括闪蒸器1、温海水管道2、温海水泵3、汽轮机4、增速器5、冷淡水泵6、深海反渗透装置7、冷淡水管道8、混合式冷凝器9、淡水出口管道10。

所述的闪蒸器1的海水入口连接温海水管道2并在温海水管道2上设置温海水泵3，闪蒸器1的蒸汽出口通过管道与汽轮机4的蒸汽入口41连接；所述的汽轮机1的左侧轴端与温海水泵3同轴连接，汽轮机1的右侧轴端通过增速器5与冷淡水泵6同轴连接，汽轮机4的排汽口42与混合式冷凝器9的进汽口91连接；所述的深海反渗透装置7的出水口通过冷淡水管道8与混合式冷凝器9的喷淋口92连接；所述的冷淡水管道8上设置冷淡水泵6；所述的混合式冷凝器9的底部出口93连接淡水出口管道10。

所述的深海反渗透装置7布置在海平面以下500～600m之间。

本发明的工作原理如下：

来自海洋表面的温海水被温海水泵3抽取送入闪蒸器1内进行闪蒸产生蒸汽，所得蒸汽进入汽轮机4做功，汽轮机4的排汽送入混合式冷凝器9。汽轮机4的一部分输出功用于带动温海水泵3运行，剩下的输出功用于带动冷淡水泵6运行。布置在海洋深处的深海反渗透装置7利用海水的势能作为驱动能源制取冷淡水，所得冷淡水被冷淡水泵6抽取到地面上并送入混合式冷凝器9内进行喷淋，汽轮机4的排汽与冷淡水在混合式冷凝器9内发生直接接触换热过程，排汽冷却为凝结水并与冷淡水混合到一起作为产品水从淡水出口管道10输出。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并且各管路的布置可有多种方式，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (1)

1.一种海洋热能开式循环联合深海反渗透海水淡化系统，其特征在于：它包括闪蒸器、温海水管道、温海水泵、汽轮机、增速器、冷淡水泵、深海反渗透装置、冷淡水管道、混合式冷凝器、淡水出口管道；

所述的闪蒸器的海水入口连接温海水管道并在温海水管道上设置温海水泵，闪蒸器的蒸汽出口通过管道与汽轮机的蒸汽入口连接；所述的汽轮机的一侧轴端与温海水泵同轴连接，汽轮机的另一侧轴端通过增速器与冷淡水泵同轴连接，汽轮机的排汽口与混合式冷凝器的进汽口连接；所述的深海反渗透装置的出水口通过冷淡水管道与混合式冷凝器的喷淋口连接；深海反渗透装置布置在海平面以下500～600m之间；所述的冷淡水管道上设置冷淡水泵；所述的混合式冷凝器的底部出口连接淡水出口管道。