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多效降膜太阳能海水淡化技术研究

朱伟军  
【摘要】:世界淡水比例较低,水资源分布不均匀,同时水体污染问题不断加重,全球用水形势日益严峻,海水淡化已成为获得淡水资源的重要手段之一。但与此同时常规的海水淡化技术是一个高耗能产业,在化石燃料供应逐渐短缺、能源价格飞涨、环境质量恶化的今天,利用新型的清洁可再生能源进行海水淡化将成为重要的发展方向。尤其在淡水缺乏的海上孤岛、船舰及电力供应困难的偏远地区,利用天然的太阳能进行海水淡化具有深远的现实意义。 本文沿着避免使用其它动力装置利用太阳能进行海水淡化,同时克服传统盘式蒸馏器海水厚度大、热容量大升温慢、潜热无重复利用等缺点的思路,提出了多效竖板降膜蒸发太阳能海水淡化技术。 建立了单效竖板降膜蒸发海水淡化数学模型并对其进行了计算。模拟了不同进水流量与投入能流下装置的产水。装置的产水速率随进水流量的增大有一个先增大后减小的趋势,一定的投入能流下有一个最佳的进水流量值。在单效模型的基础上,深化并建立了多效降膜蒸发海水淡化数学模型。计算了不同级数对多效降膜海水淡化产水的影响,计算显示随着级数的增加装置的产水速率增大,级数越大增加的幅度越小 以得到的理论模拟结果为指导,设计并搭建了一套宽0.27m、高0.44m蒸发面积为0.1188m2的多效竖板降膜蒸发海水淡化实验系统。并在实验台上完成了单效和六效竖板降膜海水淡化实验研究。装置的产水特性随不同进水流量和投入能流的变化趋势与数学模型的模拟结果具有较好的吻合。单效的实验结果显示装置在海水进水流量为4.0×10-4kg.s-1.1.m-1时既不会出现干点又能保证装置具有相对较高的性能系数。在装置的平均投入能流为600W.m-2时,该降膜蒸馏器每平米一天的产水可达到4.77kg,性能系数可达到0.53,相比盘式蒸馏器提高了77%。同时在实验台上进行了六效降膜蒸发研究,海水进水流量为8.0×10-4kg.s-1.m-1时蒸发面既不会出现干点又能保证装置具有相对较高的性能系数。600W.m-2的投入能流下,装置每天每平米的产水量为16.62kg,为传统的盘式太阳能蒸馏器产水量的5-6倍。 测量了杭州2012年7月5日的太阳总辐射强度随时间的变化,拟合实验得到的六效竖板降膜蒸发海水淡化装置产水与投入能流的关系式,把实际太阳能辐射强度值耦合到产水与投入能流的关系式中,得到装置的产水速率与随时间的变化关系,积分累积得到在这一天太阳能辐射强度下装置的产水为15kg,为盘式蒸馏器的5倍左右。证明多效竖板降膜蒸发太阳能海水淡化技术方法作为一种新型海水淡化技术具有一定的现实研究意义。


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