太阳能增湿除湿海水淡化系统性能研究

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1、万方数据大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1海水淡化的研究背景与意义人类社会的生存和发展都离不开水，人体过分缺水会很快死亡，植物无水会枯死，工业生产无水会面临瘫痪，因此，水既是生命之源也是文明之源。地球上水资源丰富，总储水量约有近14亿立方公里，但海水、苦咸水等不能直接用于饮用及灌溉的水占地球总储水量的97％以上，余下的不足3％的淡水大部分被冻结在地球两极及高寒地带的冰川I之中，剩下的淡水分布在地下的也要比地表水多，因此，地球上存在于河流、湖泊等处可供人类直接利用的淡水已不足0．36％⋯。更为严峻的是，随着世界人口的急剧增加，社会和经济的迅速发展，淡水的需耗量急剧增大，同时许多湖泊、河流被

2、工业生产排放的废弃物污染，致使珍贵的淡水资源遭到破坏，从而进一步加剧了人类淡水供求的矛盾。淡水资源紧缺严重制约着社会经济发展，影响人类的身体健康，导致严重的社会危机，因此，淡水供应不足是全球面临的严峻问题。海水淡化技术是近年来解决全球淡水危机的主要方法之一。海水淡化的主要方法有蒸馏法、反渗透法、电渗析法及冷冻法等。其中多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)及反渗透(RO)等海水淡化技术都已在全球多个地方投入商业化生产。相关统计资料数据显示，截止2012年，全世界海水淡化日产量己达到了66．4×107m3td12J。目前技术成熟且已商业化生产的海水淡化装置，大部分是日产万吨级以上适用于能源丰

3、富经济发达地区的传统大型装置13J，但传统大型海水淡化技术不能切实解决边远、区域分散地区的淡水紧缺问题。此外，传统大型海水淡化技术离不开化石燃料的使用，不仅使其对燃料、电等价格敏感，而且会产生大量烟尘，给空气治理带来负担。在如今雾霾日益严重、淡水危机加剧的今天，清洁能源与新型海水淡化技术的有效结合将使得人类在环境保护与资源节约方面得到双赢，因此利用清洁能源的小型分散化海水淡化装置的研究与应用是当前海水淡化技术的研究热点之一。1．2中小型海水淡化技术方法及应用中小型海水淡化装置应用需求涉及船舶、海岛及边远内陆地区等。1．2．1船用海水淡化方法淡水的足量供应是远航船舶生活和航行的重要保障，由于

4、海上船舶的特殊条件，单纯的靠淡水储备不仅经济性低，且储水遭到破坏下无法及时补充，故海水淡化装置是现代船舶的重要装置之一。船舰空间有限，航行时有废热产生，利用废热作为其蒸馏装置万方数据太阳能增湿除湿海水淡化系统性能研究加热热源进行海水淡化，可以在减少能耗的同时提高船舶的能源利用率。船舶海水淡化主要方法有蒸馏法、反渗透法等。蒸馏法是海水受热蒸发制取淡水【4】。反渗透法是通过进料海水侧加高压使淡水通过反渗透膜制取淡水。蒸馏法又分为浸管式、闪蒸式、电动压汽式【51。(一1船用蒸馏法的应用浸管式海水淡化装置利用蒸馏法加热、分离海水，其蒸发器加热部件由管束组成。船舶航行时船体摇晃会导致横管降膜液膜分布

5、不均匀，故多采用垂直升膜管束。海水在管内加热，经自然循环而蒸发，加热蒸汽在管外凝结『6】。浸管式海水淡化装置多以航船自身产生废热为热源，不消耗船舰上能源，经济性好，蒸发效率高，是船舶上最早使用的方法。但海水与管束接触蒸发面结垢速率高，不易清洗。我国江苏镇江船厂设计的32500DWT运木散货船，采用蒸馏式，设计淡水产量20t／d，淡水含盐量不超过600mg／L，脱盐率超过98。6％【71。仍在服役的法国老舰一一常规蒸汽动力装置航母“贞德”号采用的是双效浸管式蒸馏装置[6]。船用闪蒸式海水淡化装置的工作原理是采用强制循环使热海水流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发和冷凝、逐级降温，冷凝水为

6、产品水，浓缩海水则直接排至舷外[6I。闪蒸式较浸管式的优势在于给水的加热和蒸发在不同的界面进行，大大降低了结垢速率，拆卸清洗较方便，同时能够应用核能大规模产水。李庆凯等人对船用多级闪蒸海水淡化技术进行研究发现每增加一级，可提高单级回收率的25％左右，采用多级闪蒸能达到节能的效果，但多级闪发设备尺寸相对较大，一次性投资费用较高18j。陈金增[9】，何晨枭【10]等人研究了船用多级闪蒸海水淡化技术的改进。目前世界上排水量最大、载机最多、现代化程度最高美国现役尼米兹核动力航空母舰采用的就是多级闪蒸式蒸馏装置。压气蒸馏利用的是初始产生的蒸汽，将蒸汽压缩，提高蒸汽的压力和温度，压缩后的蒸汽作为正常运

7、行时的加热介质。压缩方式可分为机械压缩和热力压缩_二类。机械压缩可分为离心压缩和罗茨压缩；热力压缩即采用蒸汽喷射压缩⋯]。(--)船用反渗透法的应用二十世纪六十年代反渗透式海水淡化装置在船舶上开始应用，由于其能耗低，控制方便，结垢紧凑，且不使用船上蒸汽等优点成为近年来发展的热点，特别是对于潜艇这种只有电力而没有废热和蒸汽能源的海下舰船。但在现今相同规格的情况下，反渗透海水淡化装置价格比蒸馏法海水淡化装置高出一半左右。这是