Τεχνολογία Αφαλάτωσης από Ηλιακή Ενέργεια

Με στενό συνδυασμό του ηλιακού συστήματος αφαλάτωσης με την συμβατική σύγχρονη τεχνολογία αφαλάτωσης, με βάση την προηγμένη διαδικασία κατασκευής και τα επιτεύγματά του στην βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας και μάζας,και συμπληρώνοντας τα πλεονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας, μπορεί να επιτευχθεί ένα πιο ιδανικό αποτέλεσμα.

1Ηλιακή τεχνολογία αφαλάτωσης

Η παραδοσιακή τεχνολογία αφαλάτωσης απαιτεί υψηλές επενδύσεις και καταναλώνει υπερβολικά πολλή ενέργεια, η οποία προέρχεται κυρίως από ορυκτά καύσιμα όπως το πετρέλαιο και ο άνθρακας.δυσκολεύοντας την προώθηση της τεχνολογίας αφαλάτωσης.

Μελέτες δεδομένων έχουν δείξει ότι ένα σύστημα καθαρισμού θαλασσινού νερού με ημερήσια παραγωγή 1.000 κυβικών μέτρων γλυκού νερού καταναλώνει 10.000 τόνους πετρελαίου ετησίως.Ειδικά σε ορισμένες απομακρυσμένες περιοχές με χαμηλή πυκνότητα πληθυσμού και χωρίς μεγάλης κλίμακας σύνδεση με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειαςΓια το λόγο αυτό, η χρήση πανταχού παρούσας ηλιακής ενέργειας για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού και του αλμυρού νερού δεν είναι η καλύτερη επιλογή.

Το ηλιακό σύστημα αφαλάτωσης είναι στην πραγματικότητα ένας συνδυασμός συσκευών χρήσης ηλιακής ενέργειας και παραδοσιακών συσκευών αφαλάτωσης.χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια αντί της παραδοσιακής ενέργειας για την παροχή της ενέργειας που απαιτείται από τη συσκευή αφαλάτωσης.

Ορισμένοι από τους συνδυασμούς παρουσιάζονται στον πίνακα 1

Σχήμα 1 Σχεδιακό διάγραμμα της αφαλάτωσης από ηλιακή ενέργεια

Σχήμα 2 Θερμικό σύστημα συγκέντρωσης ηλιακής ενέργειας

Το σύστημα ηλιακής θερμότητας από κοιλάδα έχει τα χαρακτηριστικά της μεγάλης κλίμακας, της μακράς ζωής και του χαμηλού κόστους και είναι επί του παρόντος η πιο ώριμη τεχνολογία χρήσης ηλιακής θερμότητας μεγάλης κλίμακας.Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι για την παραγωγή ατμού για την αφαλάτωση με ηλιακή ενέργεια: εξάτμιση έκτακτης ανάγκης, άμεση εξάτμιση και έμμεση εξάτμιση.

1.1 Εφαρμογή πολλαπλών σταδίων εξάτμισης με φλας

Η μέθοδος άμεσης εξάτμισης μπορεί να παρουσιάζει προβλήματα λειτουργικής σταθερότητας.Η αστάθεια της ροής μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια ροής στο επηρεασμένο τμήμα του σωλήνα και ακόμη και να προκαλέσει υπερθέρμανση του σωλήνα συλλέκτη και μόνιμη βλάβη στην επιλεκτική επικάλυψη απορρόφησης.

Για τη μέθοδο έμμεσης εξάτμισης, το κύριο μειονέκτημα του συστήματος είναι ότι τα περισσότερα υγρά μεταφοράς θερμότητας έχουν ειδικές ιδιότητες, όπως είναι δύσκολο να παρασκευαστούν, εύφλεκτα και εύκολα αποσυντίθενται.

φλαςσύστημα εξάτμισηςμπορεί να αποφύγει αποτελεσματικά τα παραπάνω ελαττώματα και έχει τα πλεονεκτήματα της απλής δομής, της σταθερής λειτουργίας, της υψηλής απόδοσης και του χαμηλού κόστους κατασκευής.Ως εκ τούτου, το σύστημα εξάτμισης φλας είναι κατάλληλο ως αντικείμενο έρευνας και ανάπτυξης.

Σχήμα 3 Αρχή εξάτμισης ηλιακής λάμψης

1.2 Χαρακτηριστικά της πολλαπλών σταδίων εξάτμισης με φλας

Έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής αξιοπιστίας, της καλής απόδοσης κατά της κλιμάκωσης και της εύκολης ανάπτυξης μεγάλης κλίμακας.

Σήμερα, το 60% της παγκόσμιας παραγωγής αφαλάτωσης θαλασσινού νερού λαμβάνεται με τη μέθοδο πολλαπλών σταδίων εξάτμισης.Η πολλαπλής φάσης εξάτμιση με φλας είναι επίσης η μέθοδος αφαλάτωσης θαλασσινού νερού με τη μεγαλύτερη χωρητικότητα μιας μονάδας (έως 100,000 τόνους/ημέρα), η οποία είναι κατάλληλη για μεγάλες και πολύ μεγάλες εγκαταστάσεις αφαλάτωσης.

1.3 Αρχή λειτουργίας και διαδικασία πολλαπλών σταδίων εξάτμισης με φλας

Η αρχή της πολλαπλών σταδίων διαδικασίας εξάτμισης είναι η ακόλουθη:το ακατέργαστο θαλασσινό νερό θερμαίνεται σε μια ορισμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια εισάγεται στον θάλαμο φλας.Δεδομένου ότι η πίεση στο θάλαμο φλας ελέγχεται να είναι χαμηλότερη από την πίεση κορεσμένου ατμού που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία της ζεστής άλμης, η ζεστή άλμη γίνεται υπερθερματισμένο νερό αφού εισέλθει στον θάλαμο φλας και εξατμίζεται γρήγορα εν μέρει, μειώνοντας έτσι τη θερμοκρασία της ίδιας της ζεστής άλμης.Ο παραγόμενος ατμός συμπυκνώνεται για να γίνει το απαιτούμενο γλυκό νερό.

Η πολλαπλής φάσης εξάτμιση με φλας βασίζεται στην αρχή αυτή, σύμφωνα με την οποία η ζεστή άλμη ρέει μέσα από διάφορους θαλάμους με φλας με σταδιακή μείωση της πίεσης, εξατμίζεται και ψύχεται βήμα προς βήμα.Την ίδια στιγμή, η άλμη συγκεντρώνεται σταδιακά μέχρις ότου η θερμοκρασία της πλησιάσει (αλλά είναι υψηλότερη από) τη φυσική θερμοκρασία του θαλασσινού νερού.

Το κύριο εξοπλισμό περιλαμβάνει θερμαντήρα άλμης, τμήμα ανάκτησης θερμότητας της συσκευής πολλαπλών σταδίων εξάτμισης,τμήμα καύσης θερμότητας, συσκευή προεπεξεργασίας θαλασσινού νερού, σύστημα κενού της συσκευής εξάτμισης αερίου μη συμπυκνωμένου, αντλία κυκλοφορίας άλμης και αντλίες εισόδου και εξόδου νερού κλπ.

2.Βασικές παραμέτρους διαδικασίας

(1) Δυνατότητα ροής της κυκλοφορούντος άλμης

Το χαρακτηριστικό της πολλαπλών σταδίων εξάτμισης είναι ότι βασίζεται στην κυκλοφορία της άλμης για συνεχή ψύξη μέσω πολλαπλών σταδίων, απελευθερώνοντας τη δική του αισθητή θερμότητα,Με αυτόν τον τρόπο εξατμίζεται μέρος του νερού στην υπερθερμασμένη άλμη για να επιτευχθεί ο σκοπός της παραγωγής γλυκού νερού και συμπυκνωμένης άλμης..

Συνεπώς, από την άποψη του θερμικού ισοζυγίου, η αισθητή θερμότητα που απελευθερώνεται από κάθε στάδιο της κυκλοφορούσας άλμης είναι ίση με τη λανθάνουσα θερμότητα που απαιτείται για το παραγόμενο γλυκό νερό.για ολόκληρο το σύστημα πολλαπλών σταδίων εξάτμισης με φλας, υπάρχει η ακόλουθη σχέση: RS(t0-tn) = DL

όπου, R είναι η ροή κυκλοφορούντος άλμης (kg/ώρα) ·

S-μέση ειδική θερμότητα αλμυρού νερού (kcal/kg·°C) ·

t0: θερμοκρασία εισόδου πρώτου σταδίου της κυκλοφορούσας άλμης (°C) ·

tn-η τελική θερμοκρασία εξόδου της κυκλοφορούσας άλμης (°C) ·

D-συνολική παραγωγή γλυκού νερού σε κάθε επίπεδο (kg/ώρα) ·

L-μέση λανθάνουσα θερμότητα ατμοποίησης γλυκού νερού (kcal/kg).

Ο παραπάνω τύπος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη του ρυθμού ροής της κυκλοφορούσας άλμης υπό ορισμένες απαιτήσεις παραγωγής γλυκού νερού.

Αλατοσύστημα FCf = BCb

Η ισορροπία νερού F ((1-Cf) = D+ B ((1-Cb)

Στην φόρμουλα,

Cf είναι η μαζική συγκέντρωση αλατιού στο ακατέργαστο νερό (kg/kg),

Cb-μαζική συγκέντρωση αλατιού στην απορρίφθηκε άλμη (kg/kg)

Αντικαθιστώντας την αναλογία συγκέντρωσης α=Cb /Cf στις δύο παραπάνω εξισώσεις, μπορούμε να πάρουμε:

Μπορεί να παρατηρηθεί ότι υπό την προϋπόθεση ότι η παραγωγή γλυκού νερού είναι γνωστή,η ροή F του συμπληρωματικού ακατέργαστου νερού και η ροή B της απορροφούμενης άλμης καθορίζονται κυρίως από τον λόγο συγκέντρωσης του συστήματος.

Ο λόγος συγκέντρωσης αναφέρεται στη σχέση της τελικής συγκέντρωσης άλμης (συνολικών διαλυμένων στερεών ουσιών TDS) της συσκευής παροξυσμού με τη συγκέντρωση θαλασσινού νερού αναπλήρωσης (TDS).Συνήθως περιορίζεται στην πρόληψη της ασφάλειας της κλίμακας με βάση τις ειδικές συνθήκες ποιότητας του νερού, και η συγκέντρωση των αλμυρών εκπομπών δεν μπορεί γενικά να προσεγγίσει τα 70.000 mg/l.

Για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού, δεν υπάρχει "μονική" καλύτερη λύση για την επιλογή της τεχνολογίας.συμπεριλαμβανομένης της κλίμακας, το κόστος ενέργειας, την ποιότητα του ακατέργαστου νερού, τις κλιματικές συνθήκες και τις τεχνικές απαιτήσεις και τις απαιτήσεις ασφάλειας.

Σε γενικές γραμμές, η αντίστροφη όσμωση είναι κατάλληλη για ανεξάρτητες εγκαταστάσεις αφαλάτωσης θαλασσινού νερού, αλλά εάν υπάρχει θερμικός σταθμός παραγωγής ενέργειας (του τελευταίου πυρηνικού σταθμού παραγωγής ενέργειας),Η τεχνολογία θερμικής απόσταξης είναι πιο οικονομική και αξιόπιστη.

Η πολλαπλής φάσης μέθοδος εξάτμισης με φλας δεν χρησιμοποιείται μόνο για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού, αλλά έχει επίσης χρησιμοποιηθεί ευρέως στην παροχή νερού από λέβητα σε θερμικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και πετροχημικές μονάδες,επεξεργασία και ανάκτηση βιομηχανικών λυμάτων και αλμυρών υδάτων ορυχείων, καθώς και την ανάκτηση των αποβλήτων αλκαλικών υγρών στη βιομηχανία εκτύπωσης και βαφής και στη βιομηχανία χαρτιού.