【摘要】： 目前，隨著人們對(duì)水資源需求的不斷擴(kuò)大，淡水資源缺乏問題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，因此尋求節(jié)能高效的造水方法途徑勢(shì)在必行。多效蒸發(fā)是化工過(guò)程蒸發(fā)系統(tǒng)常用的工藝，也是最早采用的海水淡化方式之一。低溫多效海水淡化系統(tǒng)(LT-MED系統(tǒng))是目前商業(yè)運(yùn)行的海水淡化系統(tǒng)的主要形式之一，其中熱壓縮多效蒸餾系統(tǒng)(MED-TVC系統(tǒng))由于附加設(shè)備蒸汽壓縮器(TVC)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、易于維護(hù)且能較大提高系統(tǒng)造水能力而被廣泛應(yīng)用。在海水淡化解決淡水資源短缺的同時(shí)，大量的濃海水排放也帶來(lái)了環(huán)境問題，因此海水淡化零排放成為研究的熱點(diǎn)。 本文在常規(guī)熱力性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)單目標(biāo)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，建立和推導(dǎo)了綜合系統(tǒng)熱力和經(jīng)濟(jì)性能的多目標(biāo)統(tǒng)一量化的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則COP的公式；著重研究高濃縮倍數(shù)下順流進(jìn)料多效蒸發(fā)海水淡化MED-TVC工藝的能量利用狀況，進(jìn)一步研究了效數(shù)、頂溫、進(jìn)料海水的鹽度和溫度等對(duì)海水淡化系統(tǒng)造水比和(火用)耗的影響規(guī)律，分別對(duì)逆流進(jìn)料和順流進(jìn)料海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行全面經(jīng)濟(jì)分析比較研究；深入研究多效蒸發(fā)真空制鹽工藝處理濃海水的能量利用狀況，進(jìn)一步研究了濃海水的鹽度和溫度對(duì)真空制鹽系統(tǒng)(火用)耗的影響規(guī)律；利用多聯(lián)產(chǎn)的基本原則和集成理論，研究了動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)、海水淡化和真空制鹽的多聯(lián)產(chǎn)集成系統(tǒng)，構(gòu)建了新型串聯(lián)型系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)，分析研究比較系統(tǒng)深度集成的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)海水全面的綜合利用。 通過(guò)對(duì)高濃縮順流進(jìn)料的MED-TVC系統(tǒng)進(jìn)行模擬，利用EUD分析方法對(duì)該MED-TVC系統(tǒng)的能量利用狀況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：(1)對(duì)于高濃縮倍數(shù)下的順流MED-TVC系統(tǒng)，噴射器損失為31．2%，15效損失共30．26%，兩者是系統(tǒng)能量損失的主要部分。動(dòng)力蒸汽品位與抽氣品位差較大，由于加入TVC抽氣后蒸汽量減少，導(dǎo)致抽氣后(火用)損失有所減少。(2)高濃縮倍數(shù)下的順流MED-TVC系統(tǒng)的造水比隨著頂溫升高而降低，(火用)耗隨之升高；升高入料海水溫度可以提高造水比，降低(火用)耗。隨著入料海水鹽度升高，造水比逐漸下降，(火用)耗增加；在效數(shù)增加時(shí)，可以提高造水比，降低(火用)耗。(3)對(duì)MED和MED-TVC進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，TVC的引入可以使熱消耗費(fèi)用明顯減少，降低MED海水淡化的制水成本。(4)由DEEP分析結(jié)果可知，隨著系統(tǒng)效數(shù)增多，設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度降低，而加熱蒸汽經(jīng)濟(jì)性提高，制水成本下降。但效數(shù)增加，各效的傳熱溫差損失的總和也將增加，致使有效的傳熱溫差減少，同時(shí)設(shè)備投資也相應(yīng)增加，15效是較為適宜的方案。 通過(guò)對(duì)五效多效蒸發(fā)真空制鹽系統(tǒng)進(jìn)行物料和能量平衡計(jì)算，利用EUD分析方法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了(火用)流分析，得出了以下結(jié)論：(1)多效蒸發(fā)真空制鹽系統(tǒng)(火用)總效率為14．19%，即系統(tǒng)(火用)的損失量占85．81%。(2)第五效的二次蒸汽直接大氣式混合冷凝器引起的(火用)損失不可小視，約占總輸入的11．71%。末效的二次蒸汽直接進(jìn)入大氣式混合冷凝器，二次蒸汽和循環(huán)水兩者品位差較大，導(dǎo)致(火用)損失較大，若將末效二次蒸汽的(火用)加以利用，將大大提高整個(gè)系統(tǒng)的用能水平。(3)系統(tǒng)各效的冷凝水被閃蒸后作為下效的動(dòng)力蒸汽，因而末效閃蒸后的冷凝水溫度和壓力較低，用閃蒸后的冷凝水來(lái)預(yù)熱海水淡化后的濃縮鹽水，兩者的溫差較小引起的(火用)損失較小，約占總輸入的4．23%。系統(tǒng)的冷凝水和循環(huán)下水雖然量大，但其品位太低，可利用程度小。(4)系統(tǒng)單位析鹽的(火用)損隨進(jìn)料鹽度、溫度和效數(shù)的增大而減小，但效數(shù)和進(jìn)料鹽度對(duì)系統(tǒng)單位析鹽的(火用)損影響較大，進(jìn)料溫度對(duì)其影響較小。 通過(guò)采用多聯(lián)產(chǎn)集成的基本理論和原則，提出了新穎的串聯(lián)型海水淡化一制鹽多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行了模擬和分析，結(jié)果表明：(1)較直排方案循環(huán)水溫度下降了1．88℃，機(jī)組煤耗下降3．07g/kw·h。(2)海水冷卻塔無(wú)需向大海排出部分濃縮海水，完全杜絕了給海洋造成的熱污染和生態(tài)影響。(3)隨著入料海水溫度的提高，海水淡化系統(tǒng)的造水比在效數(shù)不同的情況下均提高了3%以上，而(火用)耗卻降低了3%以上；隨著入料海水鹽度的提高，海水淡化系統(tǒng)的造水比在效數(shù)不同的情況下降低了3%左右，而(火用)耗卻增加了3%以上；但在相同的效數(shù)情況下，溫度提高引起造水比提高的幅度要比鹽度提高引起的造水比降低的幅度要大，而溫度提高引起(火用)耗降低的幅度要比鹽度提高引起的(火用)耗增加的幅度要大，綜合來(lái)看，直流方式較之于直排方式能提高了海水淡化系統(tǒng)的性能。(4)隨著入料濃海水溫度的提高，真空制鹽系統(tǒng)的(火用)耗降低了4%以上，效數(shù)越多，(火用)耗降低的幅度越大；隨著入料濃海水鹽度的提高，真空制鹽系統(tǒng)的(火用)耗降低了4%以上，效數(shù)越多，(火用)耗降低的幅度減小。入料濃海水溫度和鹽度的提高均能降低真空制鹽系統(tǒng)的(火用)耗，提高系統(tǒng)的性能。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：P747
【圖文】：

圖1一6膜蒸餾四種不同的操作方式根據(jù)揮發(fā)性組分在膜冷側(cè)冷凝方式的不同，膜蒸餾可分為四種不同結(jié)構(gòu)和操作方式如圖1一6所示即:直接接觸式膜蒸餾、氣隙式膜蒸餾、吹掃式膜蒸餾和真空膜蒸餾。膜蒸餾過(guò)程是氣體在膜孔內(nèi)擴(kuò)散的過(guò)程，傳質(zhì)速度快，單位膜面積通量大。由于膜的疏水性能，當(dāng)膜兩側(cè)的壓力相近時(shí)，原水也不會(huì)從膜孔中通過(guò)，使該技術(shù)具有很高的脫鹽率和濃縮比。在膜蒸餾過(guò)程中，不存在液體的混合和霧沫夾帶現(xiàn)象，對(duì)離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無(wú)法擴(kuò)散透過(guò)膜的組分的截留達(dá)到100%;且具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、膜使用壽命長(zhǎng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此，膜蒸餾技術(shù)在諸多海水淡化工程中有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。膜材料的疏水性、孔徑、孔隙率、海水溫度、真空度和冷凝水流量等因素對(duì)膜蒸餾過(guò)程14’]有很大影響。有研究表明，在海水淡化試驗(yàn)中，海水被加熱至55℃，經(jīng)過(guò)一次膜蒸餾過(guò)程獲得的淡化水含鹽量均低于自來(lái)水的含鹽量

由此可見，熱壓縮蒸發(fā)(或稱蒸汽噴射式熱泵蒸發(fā))是又一種有效的制鹽蒸發(fā)節(jié)能措施。熱壓縮蒸發(fā)技術(shù)常常和多效蒸發(fā)技術(shù)聯(lián)合使用。有關(guān)專家經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，使用多效蒸發(fā)及熱壓縮真空制鹽技術(shù)只需1一2年即可收回初期投資。圖1一9為MED一TVC真空制鹽的工藝流程圖。新蒸汽勢(shì)壓稗蕎算泛汽知卜耳，蒸加熱汽咯月一終州目劊引補(bǔ)泛﨑佗:

本文編號(hào)：2759268