【摘要】：水是人類的生命之源,若缺乏水資源,生命也將受到威脅。地球上97.5%的水資源為海水或苦鹵水,但不能被人類直接使用,能被利用的淡水資源僅占全球水資源的0.26%,近幾十年來,全球淡水資源日益減少,而人類對(duì)于淡水的需求卻越來越大。若能利用海水淡化技術(shù)將這些水資源轉(zhuǎn)變?yōu)榈Y源,這無疑解決了全球淡水匱乏的危機(jī)。海水淡化技術(shù)主要分為熱法和膜法,后來發(fā)展出一種新型的海水淡化技術(shù)—加濕除濕海水淡化,此方法建立在膜蒸餾的基礎(chǔ)上,它結(jié)合了熱法和膜法兩者的優(yōu)點(diǎn)(用熱能來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),用膜來過濾海水),加濕除濕海水淡化技術(shù)有望取代傳統(tǒng)的海水淡化方法。與其他海水淡化技術(shù)相比,例如多級(jí)閃蒸等,該技術(shù)可以利用低品位能源如太陽能、空氣能等進(jìn)行驅(qū)動(dòng),且操作溫度和壓力較低(通常在常壓下運(yùn)行,操作溫度為60-80℃),是一種新型節(jié)能且環(huán)保的海水淡化技術(shù)。本文主要利用太陽能與熱泵互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)膜式加濕除濕海水淡化技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。本系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)有以下幾點(diǎn):(1)系統(tǒng)的運(yùn)行溫度一般低于80℃,系統(tǒng)主要利用清潔能源太陽能和部分空氣能為海水淡化系統(tǒng)提供能量,因此減少了對(duì)石油、煤炭等化石燃料的消耗,減少了對(duì)土壤大氣環(huán)境的污染;(2)采用了中空纖維膜組件作為加濕器,取代了傳統(tǒng)的直接接觸式的加濕塔,相比于傳統(tǒng)的加濕塔,膜式加濕器實(shí)現(xiàn)了空氣與溶液的間接式傳熱傳質(zhì),避免了傳統(tǒng)加濕塔存在的液滴夾帶問題,因此利用膜式加濕器生產(chǎn)的淡水品質(zhì)較高。本論文主要工作由以下幾個(gè)方面組成:(1)根據(jù)海水淡化膜的要求,選擇疏水性的中空纖維膜為膜組件基礎(chǔ)材料,使用本課題組自主研發(fā)的改性PVDF中空纖維膜并制作了膜組件加濕器。中空纖維膜管束采用正三角形的排列方式,用3.5%的NaCl的溶液模擬海水,海水走管程,空氣走殼程,兩者以錯(cuò)流的方式進(jìn)行傳熱傳質(zhì),制作的加濕器的膜面積為1 m~2,填充密度為25%。(2)設(shè)計(jì)并搭建了一套太陽能與熱泵互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)的中空纖維膜海水淡化系統(tǒng)(MHDH),整個(gè)系統(tǒng)主要包括太陽能集熱器模塊、熱泵模塊和海水淡化模塊三個(gè)部分。其中太陽能集熱器模塊主要供能時(shí)間為8:00~19:00,熱泵模塊工作時(shí)間為19:00~21:00,整個(gè)海水淡化系統(tǒng)工作時(shí)間為8:00~23:00。在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中,研究了進(jìn)口空氣流量、進(jìn)口海水流量和不同膜組件的填充密度等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響的研究,由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在進(jìn)口風(fēng)量為30 m~3/h、海水流量為200 L/h的工況下,系統(tǒng)總高純度淡水產(chǎn)量為24.15 kg/d,其電導(dǎo)率低于12μS/cm,系統(tǒng)單位體積產(chǎn)水電耗為14.57 kWh,系統(tǒng)的COP和電功率COP_E分別為0.565和47.77。太陽能集熱器在中午11點(diǎn)的集熱效率達(dá)到了0.53,空氣源熱泵的制熱COP最大為2.48。(3)在19:00~23:00點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi),通過對(duì)有無熱泵驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),利用水箱余熱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)海水淡化系統(tǒng)時(shí),淡水最終產(chǎn)量為19.01 kg,系統(tǒng)COP和COP_E分別為0.514和37.60,系統(tǒng)單位體積產(chǎn)水電耗為18.47 kWh/m~3。而通過引入熱泵后,系統(tǒng)的總淡水產(chǎn)量為24.15 kg,系統(tǒng)COP和COP_E分別為0.565和47.77,系統(tǒng)單位體積產(chǎn)水電耗為14.57 kWh/m~3。說明系統(tǒng)引入輔助能源熱泵后,系統(tǒng)的性能大大提高。(4)利用第一定律和第二定律對(duì)太陽能與熱泵互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)的MHDH海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行分析,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:太陽能占總輸入能量80.55%,電能占14.21%,水箱占5.24%。在能量輸出方面系統(tǒng)只有55.34%的能量被有效利用來生產(chǎn)淡水,其余的能量在系統(tǒng)運(yùn)行過程消散了。中午13點(diǎn)時(shí)太陽能集熱器的?利用效率為32.71%左右,大部分的能量被儲(chǔ)熱水箱收集起來,只有一部分從水箱輸出到海水淡化模塊中進(jìn)行生產(chǎn)淡水。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)膜組件的?損占海水淡化模塊?損的65.12%,說明膜組件加濕器損失了大部分的能量,因此需要對(duì)膜組件加濕器進(jìn)行優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ051.893;P747
【圖文】：

第一章 緒論，但因造價(jià)費(fèi)用較高，難以抵御臺(tái)風(fēng)等因素進(jìn)展緩慢。置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，早期的太陽能蒸餾器由涂有吸熱物質(zhì)并裝閉的玻璃層組成。圖 1-1 為早期的太陽能蒸餾器，該裝陽輻射能量來加熱海水，海水被加熱并蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸氣透明的玻璃層，熱蒸汽擴(kuò)散到上部玻璃層冷凝成淡水，法裝置雖然結(jié)構(gòu)與操作簡(jiǎn)單、無污染且所獲得淡水純度損失較大和太陽能利用率低等問題[11,12]。

華南理工大學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文高于原料海水)和低溫(溫度高于進(jìn)料原料海水)的濃海水。由于在 MSF 過程中，鹽溫度是按級(jí)數(shù)有序降低的，因此提高淡水生產(chǎn)力主要是通過在最后階段供應(yīng)幾個(gè)蒸頂部的鹽水來實(shí)現(xiàn)的。此方法將加熱和蒸發(fā)過程區(qū)分開來，所以 MSF 在一定程度減少結(jié)垢和腐蝕作用，同時(shí)具有適合于大型化海水淡化裝置、操作彈性高等優(yōu)點(diǎn)方法也有不足之處，多級(jí)閃蒸法需要與大型火電站提供能源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，初期的建設(shè)高，難以小型化使用，對(duì)外界依賴度高，設(shè)備高耗能且操作溫度高，因而設(shè)備腐蝕，所產(chǎn)水易受污染。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2735390