熱法太陽能海水淡化技術(shù)及系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著世界淡水資源的日益枯竭，海水淡化已成為解決淡水資源緊缺最重要手段之一。常規(guī)的海水淡化是高能耗產(chǎn)業(yè)，而當(dāng)前石化資源面臨即將耗盡的威脅。使用常規(guī)能源進(jìn)行海水淡化不僅加劇能源緊缺，而且排放溫室氣體、氮氧化合物等污染物質(zhì)，因此，利用可再生清潔能源(如太陽能等)實(shí)現(xiàn)海水淡化必將成為海水淡化技術(shù)的重要發(fā)展方向，成為解決淡水危機(jī)的重要途徑，對確保人類社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　 針對不同的地域條件和保障需求，研制出兩種熱法太陽能海水

2、淡化裝置，即多級強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化裝置和降膜蒸發(fā)太陽能海水淡化裝置，進(jìn)行裝置淡化機(jī)理、穩(wěn)態(tài)性能測試、實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)和性能模擬分析等方面詳細(xì)研究，并分析了兩類系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
　　 建立了多級強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化系統(tǒng)各部件和總系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，給出裝置內(nèi)各級傳熱速率方程、裝置最上一級傳熱傳質(zhì)關(guān)系式，以及裝置性能系數(shù)的理論計(jì)算公式。
　　 實(shí)驗(yàn)測試了三級強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化裝置的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，完成裝置在實(shí)際

3、天氣下的實(shí)驗(yàn)測試。瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)表明：裝置運(yùn)行3h后基本達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)水率；運(yùn)行溫度越高，產(chǎn)水率和穩(wěn)態(tài)性能系數(shù)越大，運(yùn)行溫度70℃以上時(shí)性能系數(shù)達(dá)1以上。裝置在實(shí)際天氣下的實(shí)驗(yàn)表明：太陽輻射量為19～20MJ/(m2·d)、海水深度為2cm、3cm、4cm時(shí)，淡水總產(chǎn)量為7.29kg/d、6.56kg/d、5.12kg/d，裝置性能系數(shù)為1.12、0.98、0.78；裝置各級運(yùn)行溫度、各級產(chǎn)水率變化趨勢與接受太陽能輻射量變化趨勢相似，但時(shí)間

4、有不同程度滯后；海水深度越淺，其產(chǎn)水率、累積產(chǎn)水量和性能系數(shù)也越大。
　　 對多級強(qiáng)化冷凝面太陽能海水淡化裝置運(yùn)行性能進(jìn)行模擬分析，理論預(yù)測了迭盤級數(shù)、能量匹配系數(shù)、各級盤海水深度、迭盤蒸發(fā)面與冷凝面距離等因素對裝置性能的影響，分析計(jì)算了不同海水深度下最佳匹配關(guān)系及裝置性能系數(shù)。對比分析三級裝置運(yùn)行性能的理論預(yù)測結(jié)果與實(shí)測結(jié)果表明：實(shí)測值與理論預(yù)測值變化趨勢大體相似，實(shí)測值低于理論預(yù)測值；理論預(yù)測結(jié)果基本合理，具有參考價(jià)值。

5、r>　　 基于膜蒸發(fā)與膜凝結(jié)理論，研發(fā)出太陽能和風(fēng)能聯(lián)合驅(qū)動的降膜蒸發(fā)海水淡化裝置。對裝置的傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行分析，從而建立裝置傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，給出裝置整體及各部件系統(tǒng)質(zhì)量守恒方程、鹽質(zhì)量守恒方程、能量平衡方程、傳熱方程及產(chǎn)水量計(jì)算等傳熱傳質(zhì)關(guān)系式。
　　 對降膜蒸發(fā)太陽能海水淡化裝置產(chǎn)水率的主要影響因素進(jìn)行分析測試，獲得裝置適宜的運(yùn)行條件：淡化裝置主機(jī)運(yùn)行溫度70～80℃、冷卻水溫度15～25℃為佳；加熱水流量和冷卻水流量為

6、2.5～3.5m3/h合適；主機(jī)運(yùn)行壓力15～20kPa為佳；裝置有較高性能系數(shù)，運(yùn)行溫度70～75℃時(shí)，裝置性能系數(shù)約為2.0。進(jìn)行裝置性能優(yōu)化研究，獲得降膜蒸發(fā)太陽能加熱系統(tǒng)的最佳匹配參數(shù)及總系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化參數(shù)。完成降膜蒸發(fā)太陽能海水淡化裝置實(shí)際運(yùn)行動態(tài)測試，檢驗(yàn)了太陽能集熱器、海水淡化主機(jī)運(yùn)行情況及自動控制系統(tǒng)，并測試裝置在兩年中典型月份基本運(yùn)行情況。實(shí)測結(jié)果表明，裝置產(chǎn)水率較高，在太陽輻射20MJ/(d·m2)條件下，系統(tǒng)平均每平