热法太阳能海水淡化技术及系统研究

【摘要】：随着世界淡水资源的日益枯竭,海水淡化已成为解决淡水资源紧缺最重要手段之一。常规的海水淡化是高能耗产业,而当前石化资源面临即将耗尽的威胁。使用常规能源进行海水淡化不仅加剧能源紧缺,而且排放温室气体、氮氧化合物等污染物质,因此,利用可再生清洁能源(如太阳能等)实现海水淡化必将成为海水淡化技术的重要发展方向,成为解决淡水危机的重要途径,对确保人类社会可持续发展具有重要意义。 针对不同的地域条件和保障需求,研制出两种热法太阳能海水淡化装置,即多级强化冷凝面太阳能海水淡化装置和降膜蒸发太阳能海水淡化装置,进行装置淡化机理、稳态性能测试、实际运行实验和性能模拟分析等方面详细研究,并分析了两类系统的经济性。 建立了多级强化冷凝面太阳能海水淡化系统各部件和总系统的传热传质数学模型,给出装置内各级传热速率方程、装置最上一级传热传质关系式,以及装置性能系数的理论计算公式。 实验测试了三级强化冷凝面太阳能海水淡化装置的瞬态和稳态性能,完成装置在实际天气下的实验测试。瞬态和稳态实验表明:装置运行3h后基本达到稳定产水率;运行温度越高,产水率和稳态性能系数越大,运行温度70℃以上时性能系数达1以上。装置在实际天气下的实验表明:太阳辐射量为19～20MJ/( m2·d)、海水深度为2cm、3cm、4cm时,淡水总产量为7.29kg/d、6.56kg/d、5.12kg/d,装置性能系数为1.12、0.98、0.78;装置各级运行温度、各级产水率变化趋势与接受太阳能辐射量变化趋势相似,但时间有不同程度滞后;海水深度越浅,其产水率、累积产水量和性能系数也越大。 对多级强化冷凝面太阳能海水淡化装置运行性能进行模拟分析,理论预测了迭盘级数、能量匹配系数、各级盘海水深度、迭盘蒸发面与冷凝面距离等因素对装置性能的影响,分析计算了不同海水深度下最佳匹配关系及装置性能系数。对比分析三级装置运行性能的理论预测结果与实测结果表明:实测值与理论预测值变化趋势大体相似,实测值低于理论预测值;理论预测结果基本合理,具有参考价值。 基于膜蒸发与膜凝结理论,研发出太阳能和风能联合驱动的降膜蒸发海水淡化装置。对装置的传热传质过程进行分析,从而建立装置传热传质数学模型,给出装置整体及各部件系统质量守恒方程、盐质量守恒方程、能量平衡方程、传热方程及产水量计算等传热传质关系式。 对降膜蒸发太阳能海水淡化装置产水率的主要影响因素进行分析测试,获得装置适宜的运行条件:淡化装置主机运行温度70~80℃、冷却水温度15~25℃为佳;加热水流量和冷却水流量为2.5~3.5m3/h合适;主机运行压力15~20kPa为佳;装置有较高性能系数,运行温度70~75℃时,装置性能系数约为2.0。进行装置性能优化研究,获得降膜蒸发太阳能加热系统的最佳匹配参数及总系统运行优化参数。完成降膜蒸发太阳能海水淡化装置实际运行动态测试,检验了太阳能集热器、海水淡化主机运行情况及自动控制系统,并测试装置在两年中典型月份基本运行情况。实测结果表明,装置产水率较高,在太阳辐射20MJ/(d·m2)条件下,系统平均每平方米集热面积产水达10～15L,淡化出水水质指标符合国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)。 采用折算现值的方法进行两类太阳能海水淡化系统经济性分析,建立了两类系统经济性分析数学模型,计算其投资回报和产水成本。降膜蒸发太阳能海水淡化装置产水成本11.45元/吨,多级强化冷凝面太阳能海水淡化装置产水成本10.9元/吨,两类热法太阳能海水淡化装置均具有良好的经济价值。 【关键词】：太阳能海水淡化 多级蒸馏 膜蒸发与膜凝结 性能优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-31
• 1.1 海水淡化的必要性11-15
• 1.1.1 世界淡水资源紧缺11-12
• 1.1.2 中国面临淡水危机12-13
• 1.1.3 海水淡化是解决淡水危机的重要途径13-15
• 1.2 太阳能海水淡化研究的现实意义15-19
• 1.2.1 国内外能源紧缺15-17
• 1.2.2 常规海水淡化能耗分析及对环境的影响17-18
• 1.2.3 利用可再生能源实现海水淡化的必要性18-19
• 1.3 国内外太阳能海水淡化发展概述19-29
• 1.3.1 国外太阳能海水淡化发展历史及现状19-21
• 1.3.2 中国太阳能海水淡化发展概况21-22
• 1.3.3 太阳能海水淡化技术分类22-27
• 1.3.4 太阳能海水淡化技术发展前景27-29
• 1.4 论文工作的提出与研究内容29-31
• 1.4.1 论文工作的提出29-30
• 1.4.2 研究内容30-31
• 2 多级强化冷凝面太阳能海水淡化装置性能研究31-49
• 2.1 装置结构及工作原理31-32
• 2.1.1 装置结构31
• 2.1.2 装置工作原理31-32
• 2.2 多级强化冷凝面太阳能海水淡化装置传热传质数学模型32-37
• 2.2.1 真空管集热器的集热效率32
• 2.2.2 装置的能质传输分析32-33
• 2.2.3 传热速率方程33-35
• 2.2.4 装置最上一级太阳能蒸馏的性能分析35-37
• 2.2.5 装置的性能系数37
• 2.3 多级强化冷凝面太阳能海水淡化装置稳态性能测试37-41
• 2.3.1 实验装置37-38
• 2.3.2 装置的瞬态性能38-39
• 2.3.3 产水速率与稳态运行温度的关系39-40
• 2.3.4 装置的稳态性能系数40
• 2.3.5 产水速率与输入功率的关系40-41
• 2.4 在室外实际天气条件下的实验测试41-48
• 2.4.1 实验装置41-42
• 2.4.2 太阳能集热系统接受太阳能辐射量情况42
• 2.4.3 淡化装置运行温度情况42-43
• 2.4.4 海水深度4cm 时淡化装置产水量情况43-45
• 2.4.5 海水深度3cm 时淡化装置产水量情况45-47
• 2.4.6 装置的性能系数47-48
• 2.5 本章小结48-49
• 3 多级强化冷凝面太阳能海水淡化装置性能模拟研究49-74
• 3.1 多级强化冷凝面太阳能海水淡化装置性能模拟49-70
• 3.1.1 模拟条件假设49-50
• 3.1.2 四级装置模拟计算结果分析50-59
• 3.1.3 三级装置模拟计算结果分析59-66
• 3.1.4 二级装置模拟计算结果分析66-68
• 3.1.5 顶级无阳光输入的四级装置模拟结果分析68-70
• 3.2 理论预测与实验结果对比分析70-72
• 3.2.1 装置各级盘水温及玻璃盖板温度对比71
• 3.2.2 装置各级盘产水率对比71
• 3.2.3 装置累积产水量对比71
• 3.2.4 装置性能系数对比71-72
• 3.3 本章小结72-74
• 4 降膜蒸发太阳能海水淡化装置研制及传热传质数学模型研究74-101
• 4.1 降膜蒸发太阳能海水淡化装置组成及运行原理74-85
• 4.1.1 装置组成74-85
• 4.1.2 装置运行原理85
• 4.2 膜蒸发与膜凝结的基本理论85-96
• 4.2.1 水平管（横管）降膜蒸发86-87
• 4.2.2 竖管内降膜蒸发87
• 4.2.3 竖壁降膜蒸发87-88
• 4.2.4 竖管（竖壁）降膜凝结88-89
• 4.2.5 水平管内降膜凝结89-91
• 4.2.6 水平管外降膜凝结91
• 4.2.7 膜态沸腾91-92
• 4.2.8 跨流管群的流动92-95
• 4.2.9 总传热系数95-96
• 4.3 降膜蒸发太阳能海水淡化装置传热传质数学模型96-100
• 4.3.1 数学模型建立的基本条件96
• 4.3.2 淡化装置传热传质关系分析96-100
• 4.4 本章小结100-101
• 5 降膜蒸发太阳能海水淡化装置中试研究101-119
• 5.1 降膜蒸发太阳能海水淡化装置产水率主要影响因素分析101-106
• 5.1.1 装置运行温度对产水率的影响101-102
• 5.1.2 加热水温度对装置性能系数的影响102-103
• 5.1.3 冷却水温度对产水率的影响103
• 5.1.4 供热水流量和冷却水流量对产水率的影响103-105
• 5.1.5 装置主机运行压力对产水率的影响105
• 5.1.6 加热水温度对装置主机内各部件盐水温度的影响105-106
• 5.1.7 影响装置产水率的其他因素106
• 5.2 降膜蒸发太阳能海水淡化装置性能优化研究106-111
• 5.2.1 年产水总量与集热器面积的关系107
• 5.2.2 系统产水成本与集热器面积的关系107-108
• 5.2.3 年产水量与储热水箱容量的关系108-109
• 5.2.4 降膜蒸发太阳能加热系统的最佳匹配参数109
• 5.2.5 降膜蒸发太阳能海水淡化总系统运行参数的优化109-111
• 5.3 降膜蒸发太阳能海水淡化装置实际运行试验111-118
• 5.3.1 太阳能集热系统运行情况111-113
• 5.3.2 海水淡化装置主机运行试验测试113-114
• 5.3.3 装置在两年中基本运行情况114-117
• 5.3.4 产水水质检测与分析117-118
• 5.4 本章小结118-119
• 6 太阳能海水淡化系统经济性分析119-127
• 6.1 经济性分析的方法119-121
• 6.2 降膜蒸发太阳能海水淡化装置的经济性分析121-124
• 6.3 多级强化冷凝面太阳能海水淡化系统的经济性分析124-125
• 6.4 本章小结125-127
• 7 结论与建议127-129
• 7.1 结论127-128
• 7.2 建议128-129
• 致谢129-130
• 参考文献130-137
• 附录137-139

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

21世纪中国水资源危机    彭珂珊

降膜蒸发-凝结型闭式循环太阳能蒸馏系统的模拟实验研究    郑宏飞,葛新石

一种新型多效内回热式太阳能海水淡化装置    陈子乾,郑宏飞,何开岩,杨英俊,李正良

我国水资源可持续发展战略之研究    张朝晖

空调用喷水室热质交换方程组的精确解    颜苏芊,黄翔

高湿度工业废气冷凝脱湿模型研究与数值模拟    余徽,朱家骅,杜怀明,夏素兰,关国强,王江平,郭仕伟,陆庆国,张红映

中国经济可持续发展与生态环境问题的再思考——为联合国将6月5日定为“世界环境日”30周年而作    彭珂珊

空调冷却塔随室外气候条件的水温变化    李迎建;孙慧斌;武迎建;廖传东;

利用电容法测量降膜厚度    张锋,耿皎,马少玲,张志炳

直接蒸发冷却及其用于风冷冷水机组的研究    蒋毅;张小松;

蜂窝通道硅胶除湿器的试验研究    冯圣洪,陈在康,汤光发,张国强

空调设备中开缝翅片换热器在湿工况下的性能分析    樊越胜,刘雄,李树林,冯丽

潮汐能太阳能多效蒸馏海水淡化装置的理论分析    刘业凤;赵奎文;

热泵套管或冷凝器模型优化研究    范波;董华;申世超;

太阳能热利用技术的应用概况    张琛;

EM技术在有机污水处理方面的应用及其展望    廖林仙;邵孝侯;

蒸发冷却（火用）分析及板式换热器的设计与模拟研究    任承钦

地源热泵系统模型与仿真    曲云霞

中国玉米及相关产业可持续发展研究    夏彤

露点蒸发海水淡化技术研究    熊日华

质子交换膜燃料电池中水传输机理研究    詹志刚

坡面径流调控效应及其机理研究    吴淑芳

露点蒸发淡化过程中含高分率不凝气的蒸汽冷凝传热研究    朱爱梅

泵供水系统水锤防护及节能研究    朱满林

水资源需求驱动因素及其调控研究    袁宝招

水电联产低温多效蒸发海水淡化系统的热力性能研究    杨洛鹏

污水处理过程仿真器开发及水质监测与控制策略研究    詹永行

阜新矿区矿井水净化处理厂厂址选择及工艺参数的实验研究    王娟

基于GIS的水资源评价方法的应用研究    张久川

制药废水的生物处理    许玫英

住宅小区集中供冷系统的技术及经济性分析    陈晓

对中国水资源可持续发展的若干思考    王建青

双喷水室用于空调排风热回收可行性研究    王月莺

高分子聚合物径流调控功能试验研究    吴淑芳

北京市地表水环境质量评价    潘术香

现代油船液货舱气相系统仿真研究    卢金树

反渗透工程的应用及发展趋势    谭永文,张维润,沈炎章

紧凑型滚压强化管管束内水和盐水的沸腾强化换热特性    刘振华,秋雨豪

湿空气饱和水蒸气压力与温度关系式的改进与应用    章霆芳,章伯其

21世纪中国水资源危机    彭珂珊

降膜蒸发-凝结型闭式循环太阳能蒸馏系统的模拟实验研究    郑宏飞,葛新石

海水淡化中的替代型能源    熊日华,王世昌

不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算    杨金焕,毛家俊,陈中华

中国21世纪水资源安全对策研究    姜文来

水平管降膜蒸发实验研究    范延品

太阳能海水淡化装置的能量系统研究    张小粉

日本电渗析技术的最新发展    董泉玉,郑涛

黄土高原水土流失区退耕还林(草)的基本思路    彭珂珊

中国土壤侵蚀影响因素及其危害分析    彭珂珊

页岩气成藏机理和分布    张金川,金之钧,袁明生

横管降膜蒸发内回热式太阳能海水淡化装置的实验研究    郑宏飞,吴裕远

太阳能烟囱发电和海水淡化综合系统的初步研究    王一平;王俊红;朱丽;杨智勇;方振雷;

新型海水淡化装置中的模糊控制    屈卫东,俞金娣,张鹤飞

国内外木本生物柴油的应用研究现状及我国的研究展望    吴明作;黄黎;张百良;张军;

多级迭盘式太阳能蒸馏器的实验研究    张小艳,郑宏飞,张联英

横管降膜蒸发内系统自平衡多效回热式太阳能海水淡化装置模拟    郑宏飞;杨英俊;陈子乾;何开岩;李辉;

降膜蒸发低温多效太阳能海水淡化系统实验研究    李正良;郑宏飞;陈子乾;何开岩;方甲闯;解梦秋;

降膜蒸发多效回热吸收式太阳能海水淡化系统的实验研究    李正良;郑宏飞;陈子乾;何开岩;

海水淡化技术及未来的发展趋势——蒸馏(MED、MSF)与反渗透处理技术    马会英;熊秋元;安降龙;

太阳能直热式海水淡化系统热经济孤立化研究    田禾;张于峰;江菊元;崔明贤;

低温多效太阳能海水淡化装置最优集热系统的匹配研究    陈子乾;郑宏飞;马朝臣;李正良;何开岩;

鼓泡蒸发式太阳能海水淡化装置的试验研究    刘忠;曾胜;沈海平;金涛;

    

    

饮用水的革命    中国电子学会高纯水委员会主任 安鼎年 天津市卫生防病中心主任医师 董善亨

天大海水淡化与膜技术研究中心成立    李丹

“曹妃甸工业区海水综合利用关键技术研究与工程应用”项目通过专家鉴定    吴志博、卢山

热法太阳能海水淡化技术及系统研究    陈志莉

多相流多功能引射器的实验研究与数值模拟    王静

真空管集热的太阳能海水淡化系统性能研究    陈文博

分子蒸馏分离莪术油中药物成分的研究    时洪亮

太阳能海水淡化系统经济性对比研究    赵广斌