隨著世界人口增加,工業(yè)發(fā)展以及環(huán)境污染的加重,淡水資源緊缺已經(jīng)成為人們需要直面并解決的尖銳問題,海水淡化作為一種獲取淡水資源的開源措施,得到了蓬勃發(fā)展。熱法海水淡化中又以低溫多效蒸餾在我國應(yīng)用最廣,但是由于生產(chǎn)過程需要大量能量,限制了其發(fā)展。另一方面,作為我國主要發(fā)電形式的燃煤電站又具有大量的多種類,多品位的余熱。本文針對燃煤電站與海水淡化耦合的系統(tǒng),對傳統(tǒng)的利用汽輪機(jī)抽汽進(jìn)行海水淡化的水電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行了變工況計算,分析海水淡化系統(tǒng)輔助調(diào)峰的能力,并以此為基礎(chǔ),提出了三種新型的綜合利用燃煤電站抽汽余熱,煙氣余熱以及排汽余熱的低溫多效蒸餾系統(tǒng),并對這幾種系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究。針對600MW燃煤機(jī)組和低溫多效蒸餾的耦合系統(tǒng),分析其變工況運行特性。通過改變抽汽量和抽汽壓力可知,抽汽量的增加會降低機(jī)組發(fā)電量引起煤耗以及制水量上升,抽汽壓力的下降則會降低制水量,但同時也降低了供電煤耗。對于低溫多效蒸餾系統(tǒng),抽汽量的階躍性增加不僅會引起二次蒸汽量的增加,也會使各效蒸發(fā)器內(nèi)的濃鹽水濃度驟增,各效蒸發(fā)溫度驟降并隨著效數(shù)增加愈加明顯,抽汽壓力下降所引起的動態(tài)響應(yīng)則恰好相反。此外,單臺耗汽量為50t/h的低溫多效蒸餾系統(tǒng)對燃煤機(jī)組的發(fā)電性能影響甚微,當(dāng)抽汽量小于238t/h時,機(jī)組的調(diào)峰能力基本保持不變,最高可達(dá)477MW,當(dāng)抽汽量繼續(xù)增大,調(diào)峰能力則驟降,在保證汽輪機(jī)低壓缸最小通流量的情況下,所有的抽汽量全部用于海水淡化時,抽汽量的兩個極限值可分別滿足19個和3.75個產(chǎn)水量為12000m3/d的低溫多效蒸餾系統(tǒng)額定工況運行時的耗汽。建立了三種新型低溫多效蒸餾系統(tǒng)的模型,并研究了基本運行參數(shù)對發(fā)電和制水性能的影響。與產(chǎn)水量為12000m3/d的系統(tǒng)相比,引入煙氣作為預(yù)熱源的低溫多效蒸餾系統(tǒng)最大制水量約為其制水量的1.28倍,造水成本由3.14$/m3下降至2.45$/m3。當(dāng)同樣產(chǎn)生12000m3/d的淡水時,耗汽量由50t/h下降至36.1t/h,減少了 13.9t/h,相當(dāng)于增加發(fā)電量2.98MW,節(jié)約供電煤耗約1.53g/kWh。而當(dāng)煙氣用作首效熱源時,低溫多效蒸餾系統(tǒng)制水量僅約為5328m3/d,但是造水成本同樣最低約為2.19$/m3,此時節(jié)約的汽輪機(jī)抽汽可增加發(fā)電量約10.75MW,供電煤耗下降約6.05g/kWh。而煙氣用于加熱600MW機(jī)組的7#,8#凝結(jié)水時約節(jié)約煤耗1.26g/kWh。煙氣余熱的回收,降低了進(jìn)入脫硫塔的煙氣溫度,可節(jié)約脫硫水耗約42.35t/h。針對使用煙氣預(yù)熱海水的低溫多效蒸餾系統(tǒng),研究了效間溫差,蒸汽噴射器(Thermal Vapor Compressor,TVC)安裝位置以及進(jìn)料流量對系統(tǒng)的影響。在最高蒸發(fā)溫度為61.7℃和最低蒸發(fā)溫度為46℃且均保持不變的情況下,溫差減小可以提高造水比,但同時總制水成本先下降后上升,當(dāng)溫差為2.5℃即總效數(shù)為7時,成本最低。不同的TVC安裝位置也意味著不同的產(chǎn)水性能,當(dāng)各效進(jìn)料流量都相同時,為了產(chǎn)生最多的淡水,TVC安裝位置的后移減少了總進(jìn)料流量,但使各效進(jìn)料海水溫度增加,從而提高了造水比,降低了制水成本;考慮到蒸汽噴射器安全運行需滿足壓縮比大于1.81,TVC的建議安裝位置為第5效至第7效。當(dāng)安裝在第5效之后,前后進(jìn)料流量的質(zhì)量比由0增加到1時,造水比下降由14.45下降至11.02,制水成本由2.039 $/m3上升至2.187 $/m3。系統(tǒng)(?)分析則表明,TVC中的(?)損失最大,冷凝器的(?)效率最低。為進(jìn)一步強化煙氣-海水的換熱,基于板翅式換熱器中的波紋翅片,研究了開孔,錯列分布以及間斷技術(shù)對翅片性能的影響。對于多孔形波紋翅片,孔徑越大,通道內(nèi)的流體混合越強,換熱性能越好,流動阻力也越大。在研究范圍之內(nèi),開孔半徑為1.5mm的翅片性能更好;鋸齒形波紋翅片的錯開比增大,可促進(jìn)流體和翅片之間的換熱,但同時也增加了流動阻力,錯開比為0.4時,雖然翅片的性能評價指標(biāo)隨雷諾數(shù)的減小,但是研究范圍之內(nèi)仍然最具優(yōu)勢;間斷式波紋翅片,提高換熱的能力有限,且斷開間距的增加,促進(jìn)了翅片表面的渦流產(chǎn)生,流動阻力增大;研究范圍之內(nèi),斷開距離為1mm時的翅片整體熱力性能更優(yōu)。波紋翅片的縱橫比也會影響翅片的熱力性能。不同縱橫比下,多孔形波紋翅片提高換熱的能力最為突出,流動阻力也最大;間斷式波紋翅片提升換熱能力有限,但同時流動阻力也無無明顯變化;鋸齒形波紋翅片的換熱性能介于兩者之間,且當(dāng)風(fēng)速較小,縱橫比較大時,能夠有效降低流動阻力。當(dāng)縱橫比為0.45時,多孔形波紋翅片最具優(yōu)勢,PEC值最高可達(dá)1.24。研究結(jié)果表明,打孔有利于增強換熱,提高努塞爾數(shù);錯列布置有利于降低摩擦系數(shù);斷開技術(shù)則在提高換熱性能的同時可以減少換熱面積,節(jié)約耗材。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK115;TM621;P747
【部分圖文】：

及四季變化帶來的氣候變化對它的影響都很小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)淡水資源的穩(wěn)定供逡逑應(yīng)［４］，有效緩解淡水資源短缺的情況。１９８０－２０１６年全球海水淡化產(chǎn)能不斷提高逡逑（見圖１－１）邋［５］。可以看出海水淡化是一種蓬勃發(fā)展的工藝，但是能源消耗仍然是逡逑遏制其發(fā)展的核心因素，海水淡化過程主要分為熱法和膜法，其中熱法中又以多逡逑級閃蒸（Ｍｕｌｔｉ－Ｓｔａｇｅ邋Ｆｌａｓｈ，邋ＭＳＦ），多效蒸饋（Ｍｕｌｔｉ－Ｅｆｆｅｃｔ邋Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，邋ＭＥＤ）為代逡逑１逡逑

—蒸氣ＩＳ＾（ｖｃ）逡逑—？［冷凍法（Ｆｒｅｅｚｉｎｇ）逡逑圖１－２海水淡化技術(shù)分類逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅｒｍａｌ邋ａｎｄ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑１．３．１膜法海水淡化技術(shù)發(fā)展概述逡逑１．３．１．１反滲透法逡逑滲透現(xiàn)象是指利用一張?zhí)厥庑再|(zhì)的膜隔開兩種不同濃度的溶液，這種膜對于逡逑溶劑具有很好的滲透性，但是對溶質(zhì)的透過性則很差，那么水會自發(fā)的從具有較逡逑低滲透壓的低濃度溶液通過這種特殊性質(zhì)的膜進(jìn)入到另一側(cè)的具有較高滲透壓逡逑的高濃度溶液中，如圖ｌ－３（ａ）所示。當(dāng)達(dá)到平衡態(tài)時，兩側(cè)液面之間的高度差就逡逑是滲透壓（如圖ｌ－３（ｂ））［３５］。反滲透就是指在較高濃度溶液側(cè)給予的壓力大于滲透逡逑壓，改變水的流動方向，如圖ｌ－３（ｃ）所示［３６］。逡逑Ｐｒｅｓｓｕｒｅ逡逑■邋Ｏｓｍｏｔｉｃ邐｜邋｜逡逑；ｔ邐Ｊ邋Ｌ逡逑Ｈ丨９＾邐Ｌｏｗ邐ＶＶ邋＇邐Ｈｉ９ｈ邐ｃｏｎｃ＾ａｔｉｏｎ逡逑ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邐ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邐ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邐ｃｏｎｃｅｎｉｒａｕｏｎ逡逑ｓｏｌｕｔｉｏｎ邐ｓｏｌｕｔｉｏｎ邐—邐（ＳＳ逡逑１邋ｇ邐１邐＾逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑圖１－３反滲透法原理圖［３６］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍｅｔｉｃ邋ｏｆ邋Ｒｅｖｅｒｓｅ邋Ｏｓｍｏｓｉｓ邋ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ＾３＾逡逑１９７４年建于百慕大的反滲透海水淡化廠目前仍在使用中，堪稱最古老的反逡逑滲透工廠，而隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展則有

—蒸氣ＩＳ＾（ｖｃ）逡逑—？［冷凍法（Ｆｒｅｅｚｉｎｇ）逡逑圖１－２海水淡化技術(shù)分類逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅｒｍａｌ邋ａｎｄ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑１．３．１膜法海水淡化技術(shù)發(fā)展概述逡逑１．３．１．１反滲透法逡逑滲透現(xiàn)象是指利用一張?zhí)厥庑再|(zhì)的膜隔開兩種不同濃度的溶液，這種膜對于逡逑溶劑具有很好的滲透性，但是對溶質(zhì)的透過性則很差，那么水會自發(fā)的從具有較逡逑低滲透壓的低濃度溶液通過這種特殊性質(zhì)的膜進(jìn)入到另一側(cè)的具有較高滲透壓逡逑的高濃度溶液中，如圖ｌ－３（ａ）所示。當(dāng)達(dá)到平衡態(tài)時，兩側(cè)液面之間的高度差就逡逑是滲透壓（如圖ｌ－３（ｂ））［３５］。反滲透就是指在較高濃度溶液側(cè)給予的壓力大于滲透逡逑壓，改變水的流動方向，如圖ｌ－３（ｃ）所示［３６］。逡逑Ｐｒｅｓｓｕｒｅ逡逑■邋Ｏｓｍｏｔｉｃ邐｜邋｜逡逑；ｔ邐Ｊ邋Ｌ逡逑Ｈ丨９＾邐Ｌｏｗ邐ＶＶ邋＇邐Ｈｉ９ｈ邐ｃｏｎｃ＾ａｔｉｏｎ逡逑ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邐ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邐ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邐ｃｏｎｃｅｎｉｒａｕｏｎ逡逑ｓｏｌｕｔｉｏｎ邐ｓｏｌｕｔｉｏｎ邐—邐（ＳＳ逡逑１邋ｇ邐１邐＾逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑圖１－３反滲透法原理圖［３６］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍｅｔｉｃ邋ｏｆ邋Ｒｅｖｅｒｓｅ邋Ｏｓｍｏｓｉｓ邋ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ＾３＾逡逑１９７４年建于百慕大的反滲透海水淡化廠目前仍在使用中，堪稱最古老的反逡逑滲透工廠，而隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展則有

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2813664