小型船舶余热海水淡化系统性能研究

发布时间：2017-03-23 07:15

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【摘要】：水是生命的源泉,21世纪将是水的世纪。地球总储水量中的97.5%的是海水,在仅占2.5%的人类可用淡水资源中,又有99%存在于两极冰川,不能被人们使用。传统海水淡化技术已经在世界范围内为缺水地区淡水资源短缺的问题提供了解决方法,但在缺少化石燃料、淡水需求分散、需求量小和空间狭小的地区,传统的海水淡化技术并不适用。小型海水淡化技术作为传统海水淡化技术的补充,可以为这些地区提供淡水。 船舶在大海中航行,每天需要消耗大量淡水,运水储水经济性差、安全性低。作为小型海水淡化技术的重要组成部分,船舶蒸馏法海水淡化技术可以有效利用余热、增加运货量、增强续航能力和航行的安全性。近年来,板式蒸发器已经逐渐替代了传统的船用管壳式蒸发器,在船舶蒸馏法海水淡化技术中得到了越来越多的应用。 本文以利用船舶余热的两效板式升膜海水淡化系统作为对象进行研究。本文依据质量守恒和能量守恒的原则,为利用船舶动力装置的烟气余热和冷却水余热的两效板式升膜海水淡化系统建立了数学模型和经济性计算模型,其中包括余热蒸汽发生器、板式升膜蒸发器和冷凝器；考虑了盐水沸点升高及蒸汽流经除沫器以及在效间通道和板间流动时因阻力而造成的温度损失,利用MATLAB语言对其进行了编程求解,根据计算结果给出了不同热源和流程下,淡水产量、首效加热蒸汽温度和效间温差对船舶烟气余热海水淡化系统的热力性能的影响,为船舶余热海水淡化系统的热力性能提供参照。 在本文的条件下,计算结果表明：随淡水产量增加,船舶余热海水淡化系统的造水比不变,余热蒸汽发生器、蒸发器和冷凝器的面积均增加：随着首效加热温度的增加,船舶与热海水淡化系统的造水比、蒸发器面积和冷凝器面积均减小,余热蒸汽发生器面积增大；效间温差增大时,造水比和蒸发器面积呈减小趋势,余热蒸汽发生器面积与冷凝器面积逐渐增大；在相同运行情况下,顺流流程的造水比要小于并流流程,各换热面积大于并流流程。因此,在安全运行的前提条件下,应尽量采用并流流程,以达到系统热力性能的最大化。 本文研究了给定条件下船舶余热海水淡化系统利用船舶动力装置余热的不同流程下的成本构成,同时分析了给定系统参数时,淡水产量、首效加热温度、效间温差、船舶电价、余热蒸汽发生器材料价格和蒸发器及冷凝器的制造成本对产水成本的影响。本文的结论对于船舶板式海水淡化系统的应用具有指导意义。
【关键词】：小型海水淡化 船舶余热 板式蒸发器 升膜蒸发
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.591;P747
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 小型海水淡化的研究背景和意义9-10
• 1.2 小型海水淡化技术10-11
• 1.3 热法小型海水淡化技术11-15
• 1.3.1 古老的小型海水淡化方式11-12
• 1.3.2 增湿除湿法小型海水淡化12-13
• 1.3.3 蒸馏法小型海水淡化13-15
• 1.4 船舶海水淡化技术15-19
• 1.4.1 船舶海水淡化技术的要求15-16
• 1.4.2 船舶海水淡化技术的发展16-17
• 1.4.3 船舶海水淡化技术的研究进展17-19
• 1.5 本文研究内容19-21
• 2 船舶余热海水淡化系统数学模型21-33
• 2.1 船舶余热海水淡化系统21-23
• 2.2 船舶余热海水淡化系统数学模型23-29
• 2.2.1 余热蒸汽发生系统数学模型23
• 2.2.2 首效蒸发器数学模型23-25
• 2.2.3 二效蒸发器数学模型25-28
• 2.2.4 冷凝器数学模型28
• 2.2.5 淡水产量和造水比28-29
• 2.3 船舶余热海水淡化系统数学模型的求解29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 船舶余热海水淡化系统经济性计算模型33-36
• 3.1 投资成本33-34
• 3.1.1 余热蒸汽发生器成本33
• 3.1.2 蒸发器和冷凝器成本33-34
• 3.1.3 系统配件及安装费用34
• 3.1.4 泵的投资成本34
• 3.2 运行成本34-35
• 3.2.1 泵的耗电成本34-35
• 3.2.2 人员成本35
• 3.2.3 海水预处理成本35
• 3.3 全年淡水成本35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 余热海水淡化系统的性能分析36-53
• 4.1 烟气余热海水淡化系统的性能分析37-42
• 4.1.1 淡水产量对系统的影响37-38
• 4.1.2 首效加热蒸汽温度对系统的影响38-40
• 4.1.3 效间温差对系统的影响40-42
• 4.2 不同余热热源海水淡化系统性能的对比分析42-44
• 4.2.1 淡水产量变化时系统的对比分析42-43
• 4.2.2 首效加热温度变化时系统的对比分析43
• 4.2.3 效间温差变化时系统的对比分析43-44
• 4.3 船舶余热海水淡化系统成本分析44-51
• 4.3.1 系统成本构成44-46
• 4.3.2 淡水成本的影响分析46-49
• 4.3.3 系统成本敏感性分析49-51
• 4.4 本章小结51-53
• 5 结论与展望53-55
• 5.1 结论53
• 5.2 展望53-55
• 参考文献55-60
• 附录A 主要符号60-62
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

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本文编号：263206