發(fā)布時(shí)間：2020-06-19 04:50

【摘要】：淡水資源短缺在世界范圍內(nèi)已是不爭的事實(shí),也是制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一。海水淡化是解決淡水資源缺乏的重要途徑之一,并受到越來越多的重視。目前,已經(jīng)工業(yè)化的海水淡化技術(shù)主要有多級閃蒸、多效蒸發(fā)、反滲透等。隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,海水淡化技術(shù)已趨成熟并被廣泛應(yīng)用。但海水淡化的成本高是制約其進(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸。因此,研究、開發(fā)海水淡化新工藝,對提高能量的利用效率和降低海水淡化能耗具有重要的意義。 本文首先對多級閃蒸海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行模擬和分析,建立帶有排熱段的多級閃蒸過程的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型,以年費(fèi)用最小為目標(biāo),將系統(tǒng)優(yōu)化表述為一個(gè)非線性規(guī)劃問題,采用GAMS軟件進(jìn)行求解。結(jié)果表明:本文提出的設(shè)計(jì)方法的計(jì)算結(jié)果明顯優(yōu)于文獻(xiàn)中的數(shù)值,噸水費(fèi)用比文獻(xiàn)中降低了18%,造水比增加了17.2%,說明本文建立的模型和優(yōu)化方法是可行的、有效的。在此基礎(chǔ)上,本文對參數(shù)的靈敏度進(jìn)行了分析,探討了閃蒸級數(shù)、頂溫對多級閃蒸系統(tǒng)的影響規(guī)律,隨著頂溫的升高多級閃蒸海水淡化系統(tǒng)的造水比增大,而蒸汽用量、循環(huán)鹽水量和總的換熱面積均隨頂溫的升高而降低;隨著閃蒸級數(shù)增大,多級閃蒸系統(tǒng)的造水比和總的換熱面積均增大,而蒸汽用量和循環(huán)鹽水量則隨著級數(shù)的增加而減小。 本文提出將MMSF、OTMSF和CMSF三種不同結(jié)構(gòu)的多級閃蒸裝置與發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行集成的海水淡化工藝,并建立了集成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和經(jīng)濟(jì)模型,以最大的年經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo),進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明:(1)當(dāng)?shù)a(chǎn)量Md一定時(shí),隨著閃蒸級數(shù)的增加,這三種結(jié)構(gòu)的年經(jīng)濟(jì)效益均呈先增大后減小的趨勢;(2)當(dāng)?shù)a(chǎn)量發(fā)生變化時(shí),隨著淡水產(chǎn)量的增加,OTMSF和CMSFD的總效益均增大,且高于MMSF結(jié)構(gòu),而MMSF結(jié)構(gòu)的年效益則呈先增大后下降的趨勢,且在Md=60kg/s左右時(shí),年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大。綜合比較可知,OTMSF結(jié)構(gòu)最優(yōu),CMSF優(yōu)于MMSF結(jié)構(gòu)。(3)隨著頂溫的升高,三種集成結(jié)構(gòu)的年經(jīng)濟(jì)效益均呈下降的趨勢,且CMSF和OTMSF的年經(jīng)濟(jì)效益明顯大于MMSF。因此OTMSF和CMSF更適合與發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行集成,且結(jié)構(gòu)相對簡單的OTMSF與電廠集成時(shí)效果更佳。 開展了熱膜耦合海水淡化技術(shù)的研究,將熱膜耦合海水淡化與發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行集成,建立集成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及經(jīng)濟(jì)模型,將該設(shè)計(jì)表述為一個(gè)非線性規(guī)劃問題,在模型中引入了一個(gè)變量rr,rr表示反滲透和多級閃蒸產(chǎn)水量的比值,并將rr作為系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)化變量,以最大的年經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo),采用GAMS軟件進(jìn)行求解。結(jié)果表明:對于給定進(jìn)出口條件、淡水產(chǎn)量、多級閃蒸的級數(shù)的系統(tǒng),得到總的淡水產(chǎn)量為76.52 kg/s,造水比為10.6,rr為0.77,系統(tǒng)的總效益最大。分析了rr值對集成系統(tǒng)的影響,隨著rr增大,即反滲透的淡水產(chǎn)量比多級閃蒸多時(shí),年經(jīng)濟(jì)效益單調(diào)遞減,制水成本則逐漸增大。因此,對于熱膜耦合水電聯(lián)產(chǎn)的集成系統(tǒng),適當(dāng)提高多級閃蒸的淡水產(chǎn)量,有利于系統(tǒng)總的年經(jīng)濟(jì)效益的提高。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P747
【圖文】：

Table 2-2 Comparation of the results文獻(xiàn) 本文結(jié)果進(jìn)料水流量（kg/h） 9.04E+6 6.08E+6循環(huán)水流量（kg/h）蒸汽用量（kg/h）濃鹽水排放流量（kg/h）循環(huán)水濃度（mg/l）放的濃鹽水濃度（mg/l）造水比級數(shù)直接投資費(fèi)用（$/Y）操作費(fèi)用（$/Y）9.14E+61.35E+51.67E670178702518.29181.238E670380348.9E+61.10E+51.51E+671175.355780209.719231.4618E+66.6897E+6噸水費(fèi)用（$/m3) 1.044 0.856

圖 2-5 換熱面積與頂溫的關(guān)系圖Fig.2-5 The relationship between heat transfer area and Top temperature圖 2-5 表示了多級閃蒸過程所需的總傳熱面積隨頂溫的變化關(guān)系。從圖 2中看出，隨著頂溫的升高，換熱面積呈下降的趨勢。這是因?yàn)榭倻夭钌�，而級�?shù)不變，每一級的級間溫差增大，鹽水預(yù)熱器的平均傳熱溫差增大，總的傳熱系數(shù)的變化相對較小，由傳熱公式Q = k A ΔT 得知，兩者綜合作用的結(jié)果使換熱面積減小。因此，提高頂溫，有利于減少換熱面積，從而降低設(shè)備費(fèi)用。因此，在一定條件下，提高頂溫和增加級數(shù)，都可以提高海水淡化過程的造水比。在一定的淡水產(chǎn)量條件下，隨著頂溫的升高，循環(huán)鹽水量是逐漸降低的換熱面積也是隨之減小的，而所需的加熱蒸汽量也是下降的，總的費(fèi)用相應(yīng)降低但提高頂溫結(jié)垢的危險(xiǎn)性也就越大，對設(shè)備的材質(zhì)要求也高。所以頂溫的選擇還需綜合考慮，找出最佳的值。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 伍聯(lián)營;肖勝楠;王慧敏;;熱膜耦合水電聯(lián)產(chǎn)集成系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化[J];計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué);2011年12期

本文編號：2720325