太阳能—风能多级鼓泡增湿去湿海水淡化技术研究

【摘要】：目前水资源短缺已是世界各国共同关注的全球性问题,海水淡化是解决这一问题的重要途径。低温多效蒸馏、多级闪蒸、反渗透等主流海水淡化技术仅适合于大规模海水淡化工程,且存在能耗高、对环境影响不利等问题。太阳能海水淡化技术克服了对化石能源的依赖,但具有占地面积大、效率低等缺点。增湿去湿海水淡化技术具有规模灵活、结构简单、易于维护、可以因地制宜地高效利用低位热能和各种可再生能源等优点,是解决偏远地区分散小规模淡水需求的有效方法,是对主流海水淡化技术的重要补充。 在前人研究的基础上,建立了一台五级鼓泡增湿去湿海水淡化装置。该装置以空气为载气,采用鼓泡的方式令空气与海水传热传质,升温增湿空气的冷凝潜热得到了有效利用。该装置能够利用电能(可由太阳能和风能转化而来)和太阳能为淡化过程供能,且能够灵活地调整引风量、第零级蒸发室盐水温度、各级蒸发室的鼓气量和盐水液位高度等操作条件。从单效和多效两个方面对该装置进行了实验研究。 单效情况下的实验研究表明,第零级蒸发室盐水温度越高,装置产水率越高；针对一定的加热功率,存在一个最佳的鼓气量；引风量越大,装置产水率越小第零级蒸发室中盐水液位高度对产水率影响不大。 多效情况下的实验研究表明,减小第零级蒸发室鼓气量并增大最高一级蒸发室鼓气量对装置产水率有利。在多效情况下所得到的装置最大产水率为3.156kg/h,相应的造水比为1.2。 基于质量衡算和热量衡算,建立了多级鼓泡增湿去湿淡化装置的数学模型,对淡化过程进行了数值模拟。数值模拟结果与实验结果基本相符,并得出以下结论：在装置首末两级蒸发室总温差一定的情况下,第零级蒸发室盐水温度越高,总产水率越高；在装置第零级蒸发室温度一定的情况下,最末级蒸发室盐水温度越低,装置产水率越高；在装置首末两级蒸发室盐水温度确定的情况下,中间各级蒸发室级间温差对总产水率影响较小。这为各级鼓气量的设定提供了依据。 在实验研究和数值模拟的基础上,在给定的设计条件下,以日产淡水28L为例,将太阳能和风能与多级鼓泡增湿去湿淡化装置进行了集成优化。完成了淡化系统中太阳能集热系统、泵系统以及风光互补发电系统的设计,为多级鼓泡增湿去湿淡化装置的实际应用奠定了基础。 【关键词】：海水淡化 增湿去湿 多级鼓泡 太阳能 风能
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P747
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 目次11-14
• 1 绪论14-28
• 1.1 水资源问题与海水淡化概述14-15
• 1.2 目前主要的海水淡化技术概述15-18
• 1.2.1 海水淡化技术分类15-16
• 1.2.2 多级闪蒸法16
• 1.2.3 多效蒸馏法16-17
• 1.2.4 膜法海水淡化技术17-18
• 1.2.5 其它海水淡化技术18
• 1.3 太阳能海水淡化技术概述18-21
• 1.4 增湿去湿海水淡化技术的研究进展21-26
• 1.4.1 基本原理21-22
• 1.4.2 增湿去湿海水淡化装置的分类22-26
• 1.4.2.1 潜热利用方式22-24
• 1.4.2.2 物料循环方式24-26
• 1.4.2.3 淡化过程驱动形式26
• 1.5 本课题的意义及主要研究内容26-28
• 2 多级鼓泡增湿去湿海水淡化装置的设计28-41
• 2.1 增湿去湿淡化装置设计概述28-31
• 2.1.1 装置的供能模块概述28
• 2.1.2 增湿去湿淡化装置蒸发室设计概述28-29
• 2.1.3 增湿去湿淡化装置冷凝室设计概述29-30
• 2.1.4 高效增湿去湿淡化装置的设计思路30-31
• 2.2 多级鼓泡增湿去湿海水淡化装置设计31-38
• 2.2.1 淡化装置的能量供应34-35
• 2.2.2 蒸发室与冷凝室的结构设计35-36
• 2.2.2.1 装置材料的选择35
• 2.2.2.2 蒸发室与冷凝室的耦合35
• 2.2.2.3 螺栓法兰连接结构35-36
• 2.2.3 鼓泡器36
• 2.2.4 U形液位计36-37
• 2.2.5 引风机37
• 2.2.6 海水溢流口37
• 2.2.7 空气分配器37-38
• 2.3 实验数据的测量与采集38-39
• 2.4 装置海水淡化过程描述39
• 2.5 实验目的与步骤39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 3 多级鼓泡增湿去湿海水淡化实验研究41-52
• 3.1 增湿去湿淡化装置的性能表征41-42
• 3.1.1 淡水生产能力41
• 3.1.2 造水比41-42
• 3.2 单效鼓泡增湿去湿海水淡化实验研究42-49
• 3.2.1 空气初始状态对装置性能的影响分析42-44
• 3.2.2 单效鼓泡增湿去湿淡化装置的瞬时性能44-45
• 3.2.3 单效鼓泡增湿去湿淡化装置盐水温度与产水率的关系45-46
• 3.2.4 单效鼓泡增湿去湿淡化装置鼓气量与产水率的关系46-47
• 3.2.5 单效鼓泡增湿去湿淡化装置盐水液位高度与产水率的关系47-48
• 3.2.6 单效鼓泡增湿去湿淡化装置引风量与产水率的关系48-49
• 3.3 多效鼓泡增湿去湿海水淡化实验研究49-50
• 3.4 本章小结50-52
• 4 多级鼓泡增湿去湿海水淡化过程的传热传质过程研究52-69
• 4.1 湿空气的状态参数52-55
• 4.2 空气与海水传热传质过程分析55-56
• 4.3 多级鼓泡增湿去湿海水淡化装置的过程模拟56-67
• 4.3.1 多级鼓泡增湿去湿淡化装置数学模型的建立57-61
• 4.3.2 系统数学模型的求解61-62
• 4.3.3 多级鼓泡增湿去湿淡化装置淡化过程模拟分析62-67
• 4.3.3.1 第零级蒸发室鼓气量与其盐水温度的关系62
• 4.3.3.2 实验数据与模拟数据的比较62-63
• 4.3.3.3 各级蒸发室盐水温度对装置产水率的影响63-67
• 4.4 本章小结67-69
• 5 太阳能-风能与多级鼓泡增湿去湿海水淡化装置的集成优化69-75
• 5.1 集成优化的目标69
• 5.2 淡化装置主体的优化措施69-70
• 5.3 淡化系统运行过程描述70-71
• 5.4 太阳能-风能与淡化装置主体的集成优化71-74
• 5.4.1 设计条件及要求71
• 5.4.2 太阳能集热系统设计71-72
• 5.4.3 泵系统设计72-73
• 5.4.4 风光互补发电系统设计73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 6 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 作者简历80

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