水电联产多相流蒸发海水淡化系统的热力学性能分析与评价

【摘要】：目前,淡水资源短缺已成为制约我们社会发展和进步的瓶颈,海水淡化技术是解决这一问题的有效途径。热法海水淡化因其自身优点成为海水淡化主流技术之一,水电联产技术的出现,以汽轮机的低压缸抽汽作为热法海水淡化的加热蒸汽,大幅降低了海水淡化的成本。但结垢问题是困扰热法海水淡化技术的主要问题。多相流蒸发技术将固体颗粒加入到蒸发器中,不仅可以起到强化传热和防除垢的作用,同时能提高造水比。本文将多相流蒸发器应用到水电联产中,可以解决沿海电厂的自身用水问题,得到的高浓度海水也可以作为产盐原料,在浓海水处理提供一种有效途径。本文基于300MW凝器机组与多相流蒸发海水淡化装置组成水电联产系统,建立了抽汽的等效焓降模型,汽轮机变工况、多相流蒸发器、闪蒸罐、冷凝器和蒸汽喷射器在内的水电联产多相流蒸发海水淡化系统的数学模型。模型中考虑了热力损失、压力损失、盐水浓度变化引起的温差损失。此外,以系统的单位产量淡水成本最小为目标函数建立了针对该系统的优化模型。以上数学模型及优化模型的求解均在MATLAB程序下完成。针对基于四效顺流多相流蒸发器的水电联产海水淡化系统进行热力学性能分析,用汽轮机组热力系统的变工况理论,利用等效焓降法对凝器机组热力系统进行制水能量成本进行分析,并在汽轮机组的不同工况下针对TVC抽汽位置、固体颗粒体积分率、加热管入口处液体速度、浓缩比等不同方面,对系统的热力学性能进和经济性行了分析。计算结果表明,在同一抽汽口的同一工况下,制水电耗量随着TVC抽汽位置的后移逐渐升高,造水比随着TVC抽汽位置的后移逐渐减小。传热面积随着TVC抽汽位置的后移而增大,淡水成本也逐渐增大。固体颗粒体积分率的增大、加热管入口处液体速度的增加、浓缩比的提高均能提高造水比,降低制水电耗量和蒸发面积,降低淡水成本。利用“黑箱”模型对多相流蒸发海水淡化系统的各部分进行了?平衡计算,考察了在不同固体颗粒体积分率、不同加热管入口处液体速度、不同浓缩比下蒸发系统各部分的?损失,结果表明,固体颗粒体积分率、加热管入口处液体速度、浓缩比的增加均能降低蒸发系统的总?损失,?损失最大发生在冷凝器处继而是蒸汽喷射器。 【关键词】：多相流 蒸发 水电联产 等效焓降法 （火用）损失 经济性
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 符号说明10-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 海水淡化技术12-18
• 1.1.1 海水淡化的研究背景及意义12
• 1.1.2 主流海水淡化技术介绍12-17
• 1.1.3 热法海水淡化防除垢技术的研究进展17-18
• 1.1.4 海水淡化浓盐水对环境的影响及排放与处理技术18
• 1.2 水电联产海水淡化系统的研究18-20
• 1.2.1 水电联产海水淡化的意义18-19
• 1.2.2 水电联产海水淡化系统的研究进展19-20
• 1.3 多相流防除垢研究20-24
• 1.3.1 液固流化床蒸发器的发展20-22
• 1.3.2 汽液固三相循环流化床防除垢技术的研究22-24
• 1.4 多效蒸发海水淡化数学模型的研究进展24-25
• 1.5 本文研究内容25-28
• 第二章 水电联产多相流蒸发海水淡化系统的数学模型与求解28-46
• 2.1 水电联产多相流蒸发海水淡化系统的物理模型28-30
• 2.2 水电联产多相流蒸发海水淡化系统的数学模型30-38
• 2.2.1 汽轮机组热力系统变工况数学模型30-31
• 2.2.2 等效焓降法数学模型31-34
• 2.2.3 蒸发器数学模型34-35
• 2.2.4 冷凝器数学模型35-36
• 2.2.5 闪蒸罐数学模型36
• 2.2.6 蒸汽喷射器数学模型36-37
• 2.2.7 喷射系数的计算37-38
• 2.3 热力性能指标38
• 2.4 水电联产多相流蒸发海水淡化系统模型求解38-39
• 2.5 水电联产的优化数学模型39-43
• 2.5.1 目标函数39-42
• 2.5.2 约束条件42-43
• 2.6 优化数学模型求解43-44
• 2.6.1 MATLAB及其优化工具箱简介43
• 2.6.2 优化模型的具体求解步骤43-44
• 2.7 本章小结44-46
• 第三章 水电联产多相流蒸发海水淡化系统的热力性能分析46-68
• 3.1 TVC抽汽位置对热力学性能的影响46-52
• 3.1.1 抽汽位置对造水比的影响46-48
• 3.1.2 抽汽位置对制水电耗量的影响48-49
• 3.1.3 抽汽位置对蒸发面积的影响49-50
• 3.1.4 抽汽位置对淡水成本的影响50-52
• 3.2 固体颗粒体积分率对热力学性能的影响52-57
• 3.2.1 额定工况下固体颗粒体积分率对热力学性能的影响53-54
• 3.2.2 70%工况下固体颗粒体积分率对热力学性能的影响54-56
• 3.2.3 50%工况下固体颗粒体积分率对热力学性能的影响56-57
• 3.3 加热管入口处液体速度对热力性能的影响57-61
• 3.3.1 额定工况下加热管入口处液体速度对热力性能的影响57-59
• 3.3.2 70%工况下加热管入口处液体速度对热力性能的影响59-60
• 3.3.3 50%工况下加热管入口处液体速度对热力性能的影响60-61
• 3.4 浓缩比对热力学性能的影响61-65
• 3.4.1 额定工况下浓缩比对热力性能的影响61-63
• 3.4.2 70%工况下浓缩比对热力性能的影响63-64
• 3.4.3 50%工况下浓缩比对热力性能的影响64-65
• 3.5 本章小结65-68
• 第四章 多相流蒸发系统的能量分析68-76
• 4.1 系统(火用)分析方法概述68-69
• 4.1.1 (火用)的概念及发展68
• 4.1.2 (火用)的组成及基准体系68
• 4.1.3 海水淡化过程评价指标68-69
• 4.2 MED-TVC系统能量分析69-74
• 4.2.1“黑箱”(火用)分析方法69-70
• 4.2.2 多相流海水淡化系统计算模型70-71
• 4.2.3 颗粒体积浓度对系统能量的影响71-72
• 4.2.4 加热管进口处液体速度对系统能量的影响72-73
• 4.2.5 浓缩比对系统能量的影响73-74
• 4.3 本章小结74-76
• 第五章 结论76-78
• 参考文献78-84
• 攻读学位期间所获得的相关科研成果84-86
• 致谢86-87

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