Tecnología de desalinización solar

Al combinar estrechamente el sistema de desalinización solar con la tecnología de desalinización convencional moderna, aprovechando su avanzado proceso de fabricación y los logros en la transferencia de calor y masa mejorada,y complementando las ventajas de la energía solar en sí misma, se puede lograr un efecto más ideal.

1Tecnología de desalinización solar

La tecnología de desalinización tradicional requiere una inversión elevada y consume demasiada energía, la cual proviene principalmente de combustibles fósiles como el petróleo y el carbón.que dificulta la promoción de la tecnología de desalinización.

Los estudios de datos han demostrado que un sistema de purificación de agua de mar con una producción diaria de 1.000 metros cúbicos de agua dulce consume 10.000 toneladas de petróleo al año.especialmente algunas zonas remotas con baja densidad de población y sin conexión a gran escala a la red eléctricaPor lo tanto, el uso de energía solar ubicua para desalinizar el agua de mar y el agua salobre no es la mejor opción.

El sistema de desalinización solar es en realidad una combinación de dispositivos de utilización de energía solar y dispositivos de desalinización tradicionales,utilizar energía solar en lugar de energía tradicional para suministrar la energía requerida por el dispositivo de desalinización.

Algunas de las combinaciones se muestran en el cuadro 1.

Figura 1 Diagrama esquemático de desalinización solar

Figura 2 Sistema térmico de concentración solar a través de un canal

El sistema térmico solar de canal tiene las características de gran escala, larga vida útil y bajo costo, y es actualmente la tecnología de utilización térmica solar a gran escala más madura.Hay tres formas principales de producir vapor para la desalinización solar: evaporación rápida, evaporación directa y evaporación indirecta.

1.1 Aplicación de la evaporación por destello en varias etapas

El método de evaporación directa puede tener problemas de estabilidad de funcionamiento.La inestabilidad del flujo puede provocar pérdida de flujo en la sección de tubería afectada e incluso causar sobrecalentamiento del tubo colector y daño permanente al revestimiento de absorción selectiva.

Para el método de evaporación indirecta, la principal desventaja del sistema es que la mayoría de los fluidos de transferencia de calor tienen propiedades especiales como ser difíciles de preparar, inflamables y fácilmente descomponibles.

el flashsistema de evaporaciónpuede evitar eficazmente los defectos anteriores y tiene las ventajas de una estructura simple, un funcionamiento estable, una alta eficiencia y un bajo costo de construcción.Por lo tanto, el sistema de evaporación por destello es adecuado como objeto de investigación y desarrollo.

Figura 3 Principio de evaporación del destello solar

1.2 Características de la evaporación por destello en varias etapas

Tiene las ventajas de una alta fiabilidad, un buen rendimiento antiescalamiento y un fácil desarrollo a gran escala.

En la actualidad, el 60% de la producción mundial de desalinización de agua de mar se obtiene mediante el método de evaporación por destello en varias etapas.la evaporación por destello en varias etapas es también el método de desalinización de agua de mar con la mayor capacidad de una sola unidad (hasta 100,000 t/día), que es adecuado para grandes y ultra grandes plantas de desalinización.

1.3 Principio de funcionamiento y proceso de evaporación por destello en varias etapas

El principio del proceso de evaporación por destello en varias etapas es el siguiente:el agua de mar cruda se calienta a una cierta temperatura y luego se introduce en la cámara de encendido.Dado que la presión en la cámara de encendido se controla para ser inferior a la presión de vapor saturado correspondiente a la temperatura de la salmuera caliente, la salmuera caliente se convierte en agua sobrecalentada después de entrar en la cámara de encendido y se evapora parcialmente rápidamente, reduciendo así la temperatura de la salmuera caliente en sí.El vapor generado se condensa para convertirse en el agua dulce necesaria.

La evaporación por destello en varias etapas se basa en este principio, según el cual la salmuera caliente fluye a través de una serie de cámaras de destello con presiones que disminuyen gradualmente, evaporándose y enfriándose paso a paso.Al mismo tiempo, la salmuera se concentra gradualmente hasta que su temperatura se acerca (pero es superior) a la temperatura natural del agua de mar.

El flujo de proceso del sistema de evaporación flash de varias etapas se muestra en la figura 3. El equipo principal incluye un calentador de salmuera, la sección de recuperación de calor del dispositivo de evaporación flash de varias etapas,sección de escape de calor, dispositivo de pretratamiento de agua de mar, sistema de vacío del dispositivo de escape de gas no condensable, bomba de circulación de salmuera y bombas de entrada y salida de agua, etc.

2.Parámetros básicos del proceso

(1) Flujo de salmuera en circulación

La característica de la evaporación por destello en varias etapas es que depende de la salmuera circulante para enfriarse continuamente a través de múltiples etapas, liberando su propio calor sensible,Evaporando así parte del agua en la salmuera sobrecalentada para lograr el propósito de producir agua dulce y salmuera concentrada.

Por lo tanto, desde la perspectiva del equilibrio térmico, el calor sensible liberado por cada etapa de la salmuera circulante es igual al calor latente requerido para el agua dulce generada.para todo el sistema de evaporación por destello de varias etapas, existe la siguiente relación: RS ((t0-tn) = DL

donde R es el caudal de salmuera circulante (kg/h);

S-calor específico medio del agua salada (kcal/kg·°C);

t0: temperatura de entrada de la primera etapa de la salmuera circulante (°C);

tn-la temperatura de salida final de la salmuera en circulación (°C);

D-producción total de agua dulce en cada nivel (kg/h);

L-calor latente medio de vaporización del agua dulce (kcal/kg).

La fórmula anterior puede utilizarse para obtener el caudal de salmuera circulante bajo ciertos requisitos de producción de agua dulce.

Balance de sal FCf = BCb

El balance de agua F ((1-Cf) = D+ B ((1-Cb)

En la fórmula,

Cf es la concentración en masa de sal en agua cruda (kg/kg);

Concentración en masa de sal en salmuera descargada en Cb (kg/kg)

Sustituyendo la relación de concentración α = Cb / Cf en las dos ecuaciones anteriores, podemos obtener:

Se puede ver que bajo la condición de que la producción de agua dulce se conoce,el caudal F del agua cruda suplementaria y el caudal B de la salmuera descargada se determinan principalmente por el coeficiente de concentración del sistema.

El coeficiente de concentración se refiere a la relación entre la concentración final de salmuera (TDS total de sólidos disueltos) del dispositivo de evaporación instantánea y la concentración de agua de mar de reabastecimiento (TDS).Por lo general, se limita a la seguridad de prevención a escala basada en condiciones específicas de calidad del agua, y la concentración de descarga de sal en general no puede acercarse a 70.000 mg/l.

En el caso de la desalinización del agua de mar, no existe una "única" solución óptima para la elección de la tecnología, sino que debe basarse en las características de cada proyecto y las condiciones reales,incluida la escala, los costes energéticos, la calidad del agua cruda, las condiciones climáticas y los requisitos técnicos y de seguridad.

En términos generales, la ósmosis inversa es adecuada para plantas de desalinización de agua de mar establecidas de forma independiente, pero si hay una central térmica (la última central nuclear),La tecnología de destilación térmica es más económica y fiable.

El método de evaporación por destello en varias etapas no solo se utiliza para la desalinización del agua de mar, sino que también se ha utilizado ampliamente en el suministro de agua de calderas en centrales térmicas y plantas petroquímicas,tratamiento y recuperación de aguas residuales industriales y aguas salobres de minas, así como la recuperación de residuos de líquido alcalino en la industria de la impresión y del teñido y en la industria de la fabricación de papel.