تكنولوجيا تحلية المياه الشمسية

من خلال الجمع الوثيق لنظام تحلية الشمس مع تكنولوجيا تحلية حديثة تقليدية ، مستفيدة من عملية التصنيع المتقدمة والإنجازات في تحسين نقل الحرارة والكتلة ،وتكملة مزايا الطاقة الشمسية نفسها، يمكن تحقيق تأثير أفضل.

1تقنية تحلية المياه الشمسية

تتطلب تكنولوجيا تحلية المياه التقليدية استثمارات عالية وتستهلك الكثير من الطاقة، حيث تأتي الطاقة بشكل رئيسي من الوقود الأحفوري مثل النفط والفحم،مما يجعل من الصعب الترويج لتكنولوجيا تحلية المياه.

أظهرت دراسات البيانات أن نظام تنقية مياه البحر مع إنتاج يومي من 1000 متر مكعب من المياه العذبة يستهلك 10،000 طن من النفط سنويا.خاصة بعض المناطق النائية ذات الكثافة السكانية المنخفضة وعدم وجود اتصال واسع النطاق بشبكة الكهرباء، من الصعب بناء معدات تحلية مياه البحر التقليدية. ولذلك، فإن استخدام الطاقة الشمسية في كل مكان لتحلية مياه البحر والمياه المالحة ليس هو الخيار الأفضل.

نظام تحلية الطاقة الشمسية هو في الواقع مزيج من أجهزة استخدام الطاقة الشمسية وأجهزة تحلية الطاقة التقليدية،استخدام الطاقة الشمسية بدلاً من الطاقة التقليدية لتوفير الطاقة المطلوبة لجهاز تحلية المياه.

تظهر بعض مجموعاتها في الجدول 1

الشكل 1 مخطط رسمية للتحلية الشمسية

الشكل 2 النظام الحراري التركيزي الشمسي

يمتلك النظام الحراري الشمسي على نطاق واسع ومدته الطويلة وتكلفته المنخفضة، وهو حالياً أكثر تقنيات الاستخدام الحراري الشمسي الناضجة على نطاق واسع نضجاً.هناك ثلاث طرق رئيسية لإنتاج البخار لتحلية الشمسالتبخر الفوري والتبخر المباشر والتبخر غير المباشر.

1.1 تطبيق التبخر الفوري متعدد المراحل

طريقة التبخر المباشر قد يكون لها مشاكل في استقرار العمل.عدم استقرار التدفق يمكن أن يؤدي إلى فقدان التدفق في قسم الأنابيب المتضررة وحتى يسبب ارتفاع درجة حرارة أنبوب الجمع وتلف دائم لتغطية امتصاص انتقائية.

بالنسبة لطريقة التبخر غير المباشر ، فإن العيب الرئيسي للنظام هو أن معظم سوائل نقل الحرارة لها خصائص خاصة مثل صعوبة التحضير وقابلة للاشتعال والتحلل بسهولة.

فلاشنظام التبخريمكن أن تتجنب بشكل فعال العيوب المذكورة أعلاه ، ولها مزايا البنية البسيطة ، والتشغيل المستقر ، وكفاءة عالية وتكلفة بناء منخفضة.ولذلك، فإن نظام تبخير الفلاش مناسب كغرض للبحث والتطوير.

الشكل 3 مبدأ تبخر الفلاش الشمسي

1.2 خصائص التبخر الفوري متعدد المراحل

لديها مزايا عالية من الموثوقية، وأداء جيد ضد التوسع وتطوير سهل على نطاق واسع.

في الوقت الحالي، يتم الحصول على 60٪ من إنتاج تحلية مياه البحر العالمية عن طريق طريقة التبخر الفوري متعددة المراحل.التبخر الفلاش متعدد المراحل هو أيضا طريقة تحلية مياه البحر مع أكبر قدرة وحدة واحدة (حتى 100،000 طن / يوم) ، وهو مناسب لمحطات تحلية كبيرة ومتطرفة.

1.3 مبدأ العمل وعملية التبخر الفوري متعدد المراحل

مبدأ عملية التبخر الفوري متعددة المراحل هو كما يلي:يتم تسخين مياه البحر الخام إلى درجة حرارة معينة ومن ثم يتم إدخالها إلى غرفة الفلاش.بما أن الضغط في غرفة الفلاش يتم التحكم به ليكون أقل من ضغط البخار المشبعة المقابلة لدرجة حرارة المالح الساخن، يصبح المياه المالحة الساخنة مياهًا ساخنة للغاية بعد دخولها غرفة الفلاش ويتبخر جزئيًا بسرعة ، مما يقلل من درجة حرارة المياه المالحة الساخنة نفسها.يتم تكثيف البخار الناتج ليصبح الماء العذب المطلوب.

يعتمد التبخر الفوري متعدد المراحل على هذا المبدأ ، حيث يتدفق المالح الساخن عبر عدد من غرف الفلاش مع انخفاض تدريجي للضغوط ، والتبخر والتبريد خطوة بخطوة.في نفس الوقت، يتم تركيز المالحة المالحة تدريجياً حتى تقترب درجة حرارتها من درجة حرارة مياه البحر الطبيعية (ولكن تكون أعلى منها).

يتم عرض تدفق العملية لنظام تبخير الفلاش متعدد المراحل في الشكل 3 أعلاه. المعدات الرئيسية تشمل سخان المالح ، قسم استرداد الحرارة لجهاز تبخير الفلاش متعدد المراحل ،قسم إخراج الحرارة، جهاز معالجة مياه البحر المسبقة، نظام الفراغ من جهاز غاز العادم غير القابل للتكثيف، مضخة دوران المالح والمضخات المضخة والخارجية، الخ.

2.معايير العملية الأساسية

(1) معدل تدفق المالح المتداول

سمة التبخر الفوري متعددة المراحل هي أنها تعتمد على المياه المالحة المتداولة لتبريد باستمرار من خلال مراحل متعددة ، مما يطلق حرارة حسية خاصة بها ،وبالتالي تبخير جزء من الماء في المالحة الفائقة الحرارة لتحقيق الغرض من إنتاج المياه العذبة والمالحة المركزة.

وبالتالي ، من منظور التوازن الحراري ، فإن الحرارة المعقولة التي يتم تحريرها من كل مرحلة من محلول المالح المتداول تساوي الحرارة الكامنة المطلوبة للمياه العذبة المنتجة. وبالتالي ،لنظام التبخر الفوري متعدد المراحل بأكمله، توجد العلاقة التالية: RS ((t0-tn) = DL

حيث R هو معدل تدفق المالح المتداول (kg/h)

S - متوسط الحرارة النوعية للمياه المالحة (كالورية/كيلوغرام · درجة مئوية)

t0: درجة حرارة مدخل المرحلة الأولى من المالح المدار (°C).

tn-درجة الحرارة النهائية للخروج من محلول المالح المتداول (°C) ؛

D إجمالي إنتاج المياه العذبة في كل مستوى (كيلوغرام/ساعة)

L- متوسط الحرارة الكامنة للتبخر من المياه العذبة (كال/كيلوغرام).

يمكن استخدام الصيغة المذكورة أعلاه للحصول على معدل تدفق محلول المالح المتداول في ظل بعض متطلبات إنتاج المياه العذبة.

ميزان الملح FCf = BCb

ميزان المياه F ((1-Cf) = D + B ((1-Cb)

في الصيغة،

Cf هو تركيز الكتلة من الملح في المياه الخام (kg/kg)

تركيز الملح Cb في المالح المخصب (كغ/كغ)

بإستبدال نسبة التركيز α=Cb /Cf في المعادلتين المذكورتين أعلاه، يمكننا الحصول على:

يمكن أن نرى أنه في ظل الشرط الذي يتم فيه معرفة إنتاج المياه العذبة،يتم تحديد معدل تدفق F من المياه الخام التكميلية ومعدل تدفق B من المالح المفرج بشكل رئيسي من خلال نسبة تركيز النظام.

تشير نسبة التركيز إلى نسبة تركيز المياه المالحة النهائية (مجموع المواد الصلبة المذابة TDS) من جهاز التبخر الفوري إلى تركيز مياه البحر المكتملة (TDS).يقتصر بشكل عام على سلامة الوقاية على نطاق واسع على أساس ظروف نوعية المياه الخاصة، وتركيز إفراز الملح عموما لا يمكن أن يقترب من 70،000 ملغ / لتر.

بالنسبة لتحلية مياه البحر، لا يوجد حل "واحد" أفضل لاختيار التكنولوجيا. بدلا من ذلك، يجب أن تستند إلى خصائص كل مشروع والظروف الفعلية،بما في ذلك الحجم، تكاليف الطاقة، جودة المياه الخام، الظروف المناخية، والمتطلبات التقنية والسلامة.

بشكل عام، التناضح العكسي مناسب لمحطات تحلية مياه البحر التي تم إنشاؤها بشكل مستقل، ولكن إذا كانت هناك محطة توليد طاقة حرارية (أحدث محطة للطاقة النووية) ،تكنولوجيا التقطير الحراري أكثر اقتصادية وموثوقية.

لا تستخدم طريقة تبخر الفلاش متعددة المراحل فقط في تحلية مياه البحر ، بل تم استخدامها على نطاق واسع أيضًا في إمدادات مياه المرجل في محطات توليد الطاقة الحرارية ومحطات البتروكيماويات ،معالجة واستعادة مياه الصرف الصناعي والمياه المالحة في المناجم، وكذلك استرداد نفايات السوائل القلوية في صناعة الطباعة والصباغة وصناعة الورق.