反渗透海水淡化系统能量分析及优化

发布时间：2020-04-15 11:44

【摘要】： 发展海水淡化技术是解决全球水资源短缺的重要途径。反渗透海水淡化技术由于其设备投资省、能量消耗低、建造周期短等诸多优点,近十年来发展速度很快,未来将成为海水淡化的主导技术。从理论上讲,它是最节能的海水淡化方法。但目前,对于反渗透海水淡化,其技术经济指标和社会的期盼值之间,还存在一定的距离,淡化水成本仍偏高。而系统能耗是成本最主要的组成部分,能耗过高也就成为制约制水成本的最主要因素。这说明当前的反渗透海水淡化工艺、工程设计以及系统操作等方面仍有很多值得改进的地方。因此,本课题分析了系统中各操作参数对系统能耗的影响,并以降低能耗为目标,对反渗透膜系统进行了优化设计。应用海德能公司的反渗透设计软件IMSdesign,结合工程实例,考察系统能耗随给水温度、系统回收率、给水含盐量、能量回收效率等操作参数的变化特点。发现其有随给水温度的升高持续下降,随系统回收率的升高基本呈负指数规律下降,随能量回收效率的提高呈线性比例下降,随给水含盐量的升高呈线性比例上升的规律。对传统建立系统费用模型的寻优方法进行了转换,得出以单位产品水系统能耗最低为优化目标的数学模型。以元件特征方程和系统特征方程为基础建立约束,结合膜生产厂家的技术手册要求的各种限值约束一起,构成系统完整的约束条件。膜品种、膜数量、膜排列作为优化变量,整个模型是一个混合整数非线性规划(MINLP)。结合工程实例,将优化模型运用Matlab优化工具箱实现求解以实现工艺优化和操作优化。并与实际设计模式紧密联系,使用陶氏公司的反渗透设计软件ROSA6.1对优化结果进行验证,其误差在可以接受的范围内。对一级一段工艺和一级两段工艺选用相同的膜元件,不同的膜元件排列方式。比较之后可以看出对所选实例来说,单位产品水系统能耗可以达到2.97kWh/m3,低于文献报道的3.31 kWh/m3的能耗值。可见,利用本文的方法选择的工艺和设计参数效果更好。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P747

【引证文献】