【摘要】：在當(dāng)前淡水資源匱乏、能源短缺與環(huán)境污染的形勢下,發(fā)展高效的清潔能源海水淡化技術(shù)成為熱點。有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)因其在低品位熱源利用方面的優(yōu)勢,可將工業(yè)余熱、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿韧礉B透海水淡化耦合聯(lián)系起來,成為當(dāng)下節(jié)能與海水淡化交叉領(lǐng)域研究的熱點。本文圍繞有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)驅(qū)動反滲透海水淡化技術(shù)開展研究。針對有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)側(cè),首先針對前人研究相對較少的帶回?zé)嵊袡C(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)建立分別基于熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律的平衡、評價模型。隨后采用耦合熱源的窄點溫差方法求解并比較帶回?zé)嵫h(huán)與普通循環(huán)的運行參數(shù)、輸出功及各部件的(火用)損。最后得出結(jié)論,帶回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)相對普通循環(huán)具有更高的(火用)效率與更低的運行壓力水平,膨脹機(jī)輸出功可提升5.1%,膨脹機(jī)進(jìn)口壓力可降低17%；帶回?zé)嵫h(huán)能提升(火用)效率的原因主要在于降低了凝汽器處的(火用)損,而優(yōu)化凝汽器的運行可進(jìn)一步提升系統(tǒng)(火用)效率。因此,本文又針對有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)凝汽器處的傳熱優(yōu)化問題展開研究,采用氣液兩相流理論對內(nèi)分液結(jié)構(gòu)流型調(diào)控管建立數(shù)學(xué)模型,并分析證明了其可實現(xiàn)流型調(diào)控與管內(nèi)氣液兩相流冷凝的傳熱強(qiáng)化。模型計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好,最終得出結(jié)論在氣相流速較低、液相流速較高的條件下可在豎直管內(nèi)實現(xiàn)最優(yōu)化流動與傳熱的第二類工況。針對反滲透海水淡化側(cè),本文首先采用經(jīng)典反滲透海水淡化理論對組成海水淡化廠的最基本單元——卷式膜元件建立數(shù)學(xué)模型,隨后采用實驗數(shù)據(jù)與海水淡化廠實測數(shù)據(jù)從多角度驗證了模型的準(zhǔn)確性。采用模型分析得出結(jié)論,適當(dāng)增加供水壓力,盡量降低供水鹽度,合理選擇供水容積流量,是提升產(chǎn)水回收率,降低鹽通率進(jìn)而提升膜元件工作性能的有效措施。本文隨后在膜元件的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,建立評價有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)驅(qū)動反滲透海水淡化廠經(jīng)濟(jì)性的數(shù)學(xué)模型,采用模型比對了該類海水淡化廠與常規(guī)海水淡化廠的產(chǎn)水成本,得出結(jié)論,引入有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動可降低海水淡化廠的產(chǎn)水成本,另外,提高海水淡化廠各部件的能源效率、增大廠容量、選址于鹽度較低海域也是提升海水淡化廠經(jīng)濟(jì)性的有效措施。
[Abstract]:In the current situation of shortage of fresh water resources, energy shortage and environmental pollution, the development of efficient clean energy seawater desalination technology has become a hot spot. Because of its advantages in the utilization of low-grade heat sources, the organic working fluid Rankine cycle can combine industrial waste heat, solar energy, biomass energy and geothermal energy with reverse osmosis seawater desalination. Energy conservation and seawater desalination become the research hotspot. This paper focuses on the Rankine cycle driven reverse osmosis seawater desalination technology. Aiming at the Rankine cycle side of organic working fluids, the evaluation model based on the first law of thermodynamics and the second law of thermodynamics is established for the Rankine cycle of organic working fluids, which has been studied relatively little before, which is based on the first law of thermodynamics and the second law of thermodynamics, respectively. Then, the narrow-point temperature difference method of coupled heat source is used to solve and compare the operating parameters, output work and exergy losses of the return thermal cycle and the ordinary cycle. Finally, it is concluded that the Rankine cycle has higher exergy efficiency and lower operating pressure than the ordinary cycle, the output work of the expander can be increased by 5.1 and the inlet pressure of the expander can be reduced by 17 percent. The main reason for bringing back the heat cycle to improve exergy efficiency lies in the reduction of exergy loss at the condenser, and the optimization of the operation of the condenser can further enhance the exergy efficiency of the system. Therefore, in this paper, the optimization of heat transfer in Rankine circulating condenser with organic working fluid is studied, and the mathematical model of flow pattern control tube with internal separation structure is established by using the theory of gas-liquid two-phase flow. It is proved that it can realize the heat transfer enhancement of flow pattern regulation and gas-liquid two-phase flow condensation in pipe. The results of the model are in good agreement with the experimental data. Finally, it is concluded that the optimal flow and heat transfer can be realized in the vertical tube under the condition of lower gas flow rate and higher liquid flow rate. Aiming at the reverse osmosis seawater desalination side, this paper first uses the classical reverse osmosis seawater desalination theory to establish the mathematical model of the most basic unit of seawater desalination plant, the reel membrane element. Then the accuracy of the model was verified from different angles by using the experimental data and the measured data of seawater desalination plant. By using model analysis, it is concluded that increasing water supply pressure properly, reducing water supply salinity as far as possible, and reasonably selecting water supply volume flow are effective measures to increase water yield, reduce salt flux and improve the performance of membrane components. On the basis of the mathematical model of membrane element, a mathematical model to evaluate the economy of reverse osmosis desalination plant driven by organic working fluid Rankine cycle is established, and the water production cost of this kind of desalination plant is compared with that of conventional seawater desalination plant. It is concluded that the introduction of organic Rankine cycle drive can reduce the water production cost of seawater desalination plant, in addition, improve the energy efficiency and increase the capacity of seawater desalination plant. It is also an effective measure to improve the economy of seawater desalination plant.
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P747

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本文編號：2386326