多效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化技术研究

论文摘要

增湿-去湿海水淡化技术作为一种新型的海水和苦咸水淡化技术,其原理与传统蒸馏法及反渗透法都不同。它是以载气（如空气）为载体,通过海水或苦咸水对其增湿和去湿操作来制取淡水。为了提高过程的热效率,通常将去湿过程与增湿过程耦合,使冷凝潜热直接传递到蒸发室,为蒸发盐水提供汽化潜热。本文提出以鼓泡方式进行载气的增湿操作,以实现海水淡化的设计思路。建立了一台五级塔式结构的四效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化塔,塔内总有效传热面积为6.7m2,利用太阳能加热第一级海水。建立了相应的太阳能集热系统、流体输送系统、控制系统。并针对该系统进行了实验研究,完成了鼓泡蒸发淡化基本流程和稳态条件下操作参数选定实验及影响因素实验。实验研究表明,在稳态条件下,设备的淡水产率随第一级蒸发室内热盐水温度（初温）的升高而提高,随各级鼓泡量的加大而提高。对于本实验设计的鼓泡蒸发翅片冷凝淡化设备的淡水产率一般为1.2～1.6kg/h,其级间温差、载气流量以及初温等均存在适宜的操作范围。第一级蒸发室增湿热盐水温度在85～90℃之间较为适宜。在实验条件下,各级温度分别为89.9℃、77.4℃、68.0℃、59.0℃、38.3℃,各级载气流量分别为600L/h、480L/h、480L/h、480L/h时的淡水产率为1.482L/h,GOR值为2.7,折算单位产量鼓泡功耗4.94kW·h/吨。对比实验表明,鼓泡蒸发冷凝塔各级间存在一个的合理鼓泡量组合,以寻求在一个较高的产水率条件下,达到最优的造水比（GOR）和较低的动力消耗。本文设计的鼓泡蒸发淡化工艺和系统的淡化水含盐量低于50mg/L,与传统蒸馏法的淡化水水质相当。通过对多效鼓泡蒸发淡化过程中的热量衡算、物料衡算、鼓泡增湿传质速率计算及蒸发侧-冷凝侧传热速率计算,建立了适用于鼓泡蒸发淡化过程的传热-传质数学模型。研究了各级热力过程的传递特性,分别建立了鼓泡增湿传质系数和蒸发侧-冷凝侧传热系数的计算方法。以建立的数学模型为基础,结合实验数据,研究了鼓泡蒸发冷凝淡化塔各级稳态温度和各级蒸发侧-冷凝侧总传热系数,给出了稳态操作条件下各级鼓泡增湿传质系数和蒸发侧-冷凝侧传热系数的算例。在实验研究和模型研究的基础上,探讨了对鼓泡蒸发淡化系统进行进一步研究的方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 课题意义
• 1.2 海水淡化的一般问题
• 1.2.1 海水淡化的过程的理论功耗及蒸馏过程的最小耗热量
• 1.2.2 海水淡化的一般方法
• 1.2.3 现阶段海水淡化存在的问题
• 1.3 海水淡化的发展概况
• 1.3.1 国际海水淡化技术现状
• 1.3.2 国内海水淡化技术现状
• 1.3.3 海水淡化发展趋势
• 1.4 增湿-去湿海水淡化技术研究现状
• 1.4.1 基本概况
• 1.4.2 典型的增湿-去湿淡化过程
• 1.5 结语
• 2 单效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化装置实验研究
• 2.1 鼓泡蒸发式海水淡化基本原理
• 2.2 鼓泡蒸发实验装置及工作原理
• 2.3 实验数据测量
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 论蒸发量的实验验证
• 2.4.2 鼓泡量对蒸发的影响
• 2.4.3 引风量对蒸发的影响 #25,
• 2.4.4 海水温度对蒸发的影响
• 2.4.5 稳态运行指标
• 2.5 结语
• 3 多效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化系统架构
• 3.1 系统功能描述
• 3.2 多级鼓泡蒸发冷凝塔基本型式的确定
• 3.3 多效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化系统的基本组件
• 3.3.1 太阳能集热器
• 3.3.2 蒸发冷凝塔
• 3.3.3 动力循环装置
• 3.4 控制系统
• 3.5 任务分析
• 3.6 结语
• 4 多效鼓泡蒸发太阳能海水淡化系统控制系统
• 4.1 控制系统设计
• 4.1.1 控制系统功能分析
• 4.1.2 控制系统开发平台和语言
• 4.1.3 控制系统程序结构
• 4.1.4 人机交互界面
• 4.2 结语
• 5 多效鼓泡蒸发太阳能海水淡化系统实验研究
• 5.1 多效鼓泡蒸发冷凝塔的性能表征
• 5.1.1 淡水产率
• 5.1.2 热效率
• 5.1.3 级间温差
• 5.1.4 动力消耗
• 5.2 实验方法与实验流程
• 5.2.1 实验流程
• 5.2.2 实验方法与实验步骤
• 5.3 实验研究
• 5.3.1 太阳能集热器升温特性实验
• 5.3.2 稳态产水测量实验
• 5.3.3 初温对系统性能的影响
• 5.3.4 鼓泡量对系统性能的影响
• 5.3.5 引风量对系统性能的影响
• 5.4 结语
• 6 鼓泡蒸发淡化过程的传递特性研究
• 6.1 湿空气的状态参数
• 6.2 蒸发淡化的传热.传质模型
• 6.2.1 模型的建立
• 6.2.1.1 传热传质机理分析
• 6.2.1.2 鼓泡蒸发淡化过程的热力过程分析
• 6.2.1.3 热量与质量衡算方程
• 6.2.1.4 传热传质速率方程
• 6.2.2 模型参数的确定
• 6.2.3 模型的求解
• 6.3 结语
• 7 工作总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历