【摘要】：通過對機(jī)械蒸汽壓縮(mechanical vapor compression,MVC)-多效蒸餾(multi-effect evaporator,MEE)海水淡化系統(tǒng)建立模型,研究了壓縮機(jī)輸入功率與海水淡化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)之間的關(guān)系,分析了系統(tǒng)中壓縮機(jī)與多效蒸發(fā)器之間相互耦合的匹配關(guān)系,探討了輔助能源加熱對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及產(chǎn)水率的影響,并通過耦合風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型,研究了系統(tǒng)淡水產(chǎn)率隨風(fēng)電功率隨機(jī)變化的響應(yīng)曲線。結(jié)果表明:隨壓縮機(jī)輸入功率的增加,多效蒸發(fā)器效間的傳熱溫差增大,產(chǎn)水率也近似線性增加;輔助能源雖然有助于提高產(chǎn)水率,但其添加量不能超過一定的上限;對于一組平均為7.1m/s的隨機(jī)風(fēng)速,海水淡化系統(tǒng)的平均產(chǎn)水率為5.00t/h,平均產(chǎn)水能耗10.2kWh/t,而若采用20%輔助能源加熱,可以使平均產(chǎn)水率提高0.21t/h。
【圖文】：

化系統(tǒng)性能對風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率輸出的響應(yīng)。１機(jī)械蒸汽壓縮海水淡化系統(tǒng)圖１給出了一個包含５效蒸發(fā)器的機(jī)械蒸汽壓縮海水淡化示意圖。新鮮海水經(jīng)過與分離后的淡水和濃鹽水換熱后進(jìn)入多效蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中，海水在管外受管內(nèi)熱蒸汽加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽；而管內(nèi)蒸汽冷凝成為淡水。每一效產(chǎn)生的二次蒸汽均通過除沫器進(jìn)入下一效蒸發(fā)器中，作為加熱蒸發(fā)下一效海水的管內(nèi)熱源并同時冷凝為淡水。最后一效的二次蒸汽不再冷凝，而是由機(jī)械壓縮機(jī)吸入進(jìn)行再壓縮，提高其壓力和溫度，作為第一效蒸發(fā)器的管內(nèi)熱源。由于蒸發(fā)器的傳熱和壓降損失，最后一效蒸發(fā)器的蒸汽流量小于第一效蒸發(fā)器的進(jìn)口蒸汽流量，因此，為保證系統(tǒng)的質(zhì)量守恒，需要在壓縮機(jī)出口處進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水來源可以是外部的或者是系統(tǒng)自身產(chǎn)生的淡水，如圖１所示補(bǔ)水為系統(tǒng)自身產(chǎn)水。在整個系統(tǒng)中，能量的輸入為機(jī)械壓縮機(jī)處的電功或機(jī)械功，，而輸出為分離后的淡水和濃海水。圖１機(jī)械蒸汽壓縮海水淡化系統(tǒng)示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖａｐｏｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎｐｌａｎｔ可以看出，機(jī)械蒸汽壓縮海水淡化系統(tǒng)主要包括了機(jī)械壓縮機(jī)、補(bǔ)水混合器以及多效蒸發(fā)器多個組件，考慮到采用風(fēng)能作為能源的輸入形式，還包括了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組件。本文將對這些組件分別建立數(shù)學(xué)模型。２系統(tǒng)模型２．１機(jī)械壓縮機(jī)模型本文選用離心式壓縮機(jī)作為建模對象。離心式壓縮機(jī)流量大、效率高，在蒸汽壓縮系統(tǒng)中常被采用。根據(jù)流體力學(xué)的歐拉方程，以及流體在離心式壓縮機(jī)內(nèi)的流動損失，可以推導(dǎo)出方程［１３－１４］：Ｗｃ＝ｑｍ（ｕ２ｕθ２－ｕ１ｕθ１）（１）Δ

ｉ－１＋ｑｍｓ，ｉ＝ｑｍｂ，ｉ＋ｑｍｖ，ｉ（９）Φｉ＝ｑｍｗ，ｉ（ｈｖ，ｉ－１－ｈｗ，ｉ）（１０）Φｉ＋ｑｍｓ，ｉｈｓ，ｉ＋ｑｍｂ，ｉ－１ｈｂ，ｉ－１＝ｑｍｖ，ｉｈｖ，ｉ＋ｑｍｗ，ｉｈｗ，ｉ（１１）Φｉ＝ｋｉＡｉΔｔｉ（１２）式中：Φｉ為管內(nèi)蒸汽冷凝過程的放熱量，ｋｉ為有效表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，Ａｉ為有效換熱面積，Δｔｉ為換熱溫差。圖２蒸發(fā)器模型示意圖Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｅｖａｐｏｒａｔｏｒ２．３補(bǔ)水混合器模型補(bǔ)水混合器起到了保證系統(tǒng)循環(huán)的質(zhì)量平衡，以及降低壓縮機(jī)出口蒸汽過熱度的作用。由于多效蒸發(fā)器末效產(chǎn)生的蒸汽小于第一效進(jìn)口蒸汽流量，因此需要在蒸發(fā)器進(jìn)口補(bǔ)充一定量的蒸汽以使系統(tǒng)質(zhì)量流量穩(wěn)定。另一方面，壓縮機(jī)出口的蒸汽處于過熱狀態(tài)，如果溫度過高會導(dǎo)致蒸發(fā)器換熱管出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，補(bǔ)水混合器降低了蒸發(fā)器進(jìn)口蒸汽的溫度，有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在補(bǔ)水混合器中，由流體混合過程的能量守恒可以得到，ｈｖ，ｃ＿ｏｑｍｖ，ｃ＿ｏ＋ｈｗΔｑｍｖ＝ｈｖ，ｍｅｅ＿ｉｎｑｍｖ，ｍｅｅ＿ｉｎ（１３）式中：ｈｖ，ｃ＿ｏ、ｈｗ、ｈｖ，ｍｅｅ＿ｉｎ分別為壓縮機(jī)出口蒸汽比焓、補(bǔ)水比焓和多效蒸發(fā)器進(jìn)口蒸汽比焓，ｑｍｖ，ｃ＿ｏ和ｑｍｖ，ｍｅｅ＿ｉｎ分別為壓縮機(jī)出口和蒸發(fā)器進(jìn)口蒸汽的質(zhì)量流量，Δｑｍｖ＝ｑｍｖ，ｍｅｅ＿ｉｎ－ｑｍｖ，ｃ＿ｏ，為補(bǔ)水流量

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本文編號：2692064