多级闪蒸水电联产集成系统的模拟与优化

发布时间：2020-06-19 04:50

【摘要】：淡水资源短缺在世界范围内已是不争的事实,也是制约社会经济发展的主要因素之一。海水淡化是解决淡水资源缺乏的重要途径之一,并受到越来越多的重视。目前,已经工业化的海水淡化技术主要有多级闪蒸、多效蒸发、反渗透等。随着社会的发展和技术的进步,海水淡化技术已趋成熟并被广泛应用。但海水淡化的成本高是制约其进一步推广应用的瓶颈。因此,研究、开发海水淡化新工艺,对提高能量的利用效率和降低海水淡化能耗具有重要的意义。本文首先对多级闪蒸海水淡化系统进行模拟和分析,建立带有排热段的多级闪蒸过程的稳态数学模型,以年费用最小为目标,将系统优化表述为一个非线性规划问题,采用GAMS软件进行求解。结果表明:本文提出的设计方法的计算结果明显优于文献中的数值,吨水费用比文献中降低了18%,造水比增加了17.2%,说明本文建立的模型和优化方法是可行的、有效的。在此基础上,本文对参数的灵敏度进行了分析,探讨了闪蒸级数、顶温对多级闪蒸系统的影响规律,随着顶温的升高多级闪蒸海水淡化系统的造水比增大,而蒸汽用量、循环盐水量和总的换热面积均随顶温的升高而降低;随着闪蒸级数增大,多级闪蒸系统的造水比和总的换热面积均增大,而蒸汽用量和循环盐水量则随着级数的增加而减小。本文提出将MMSF、OTMSF和CMSF三种不同结构的多级闪蒸装置与发电系统进行集成的海水淡化工艺,并建立了集成系统的数学模型和经济模型,以最大的年经济效益为目标,进行优化设计。结果表明:(1)当淡水产量Md一定时,随着闪蒸级数的增加,这三种结构的年经济效益均呈先增大后减小的趋势;(2)当淡水产量发生变化时,随着淡水产量的增加,OTMSF和CMSFD的总效益均增大,且高于MMSF结构,而MMSF结构的年效益则呈先增大后下降的趋势,且在Md=60kg/s左右时,年经济效益达到最大。综合比较可知,OTMSF结构最优,CMSF优于MMSF结构。(3)随着顶温的升高,三种集成结构的年经济效益均呈下降的趋势,且CMSF和OTMSF的年经济效益明显大于MMSF。因此OTMSF和CMSF更适合与发电系统进行集成,且结构相对简单的OTMSF与电厂集成时效果更佳。开展了热膜耦合海水淡化技术的研究,将热膜耦合海水淡化与发电系统进行集成,建立集成系统的数学模型及经济模型,将该设计表述为一个非线性规划问题,在模型中引入了一个变量rr,rr表示反渗透和多级闪蒸产水量的比值,并将rr作为系统的一个优化变量,以最大的年经济效益为目标,采用GAMS软件进行求解。结果表明:对于给定进出口条件、淡水产量、多级闪蒸的级数的系统,得到总的淡水产量为76.52 kg/s,造水比为10.6,rr为0.77,系统的总效益最大。分析了rr值对集成系统的影响,随着rr增大,即反渗透的淡水产量比多级闪蒸多时,年经济效益单调递减,制水成本则逐渐增大。因此,对于热膜耦合水电联产的集成系统,适当提高多级闪蒸的淡水产量,有利于系统总的年经济效益的提高。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P747
【图文】：

比例图,费用,浓盐水,循环水浓度

Table 2-2 Comparation of the results文献本文结果进料水流量（kg/h） 9.04E+6 6.08E+6循环水流量（kg/h）蒸汽用量（kg/h）浓盐水排放流量（kg/h）循环水浓度（mg/l）放的浓盐水浓度（mg/l）造水比级数直接投资费用（$/Y）操作费用（$/Y）9.14E+61.35E+51.67E670178702518.29181.238E670380348.9E+61.10E+51.51E+671175.355780209.719231.4618E+66.6897E+6吨水费用（$/m3) 1.044 0.856

关系图,换热面积,关系图

图 2-5 换热面积与顶温的关系图Fig.2-5 The relationship between heat transfer area and Top temperature图 2-5 表示了多级闪蒸过程所需的总传热面积随顶温的变化关系。从图 2中看出，随着顶温的升高，换热面积呈下降的趋势。这是因为总温差升高，而级数不变，每一级的级间温差增大，盐水预热器的平均传热温差增大，总的传热系数的变化相对较小，由传热公式Q = k A ΔT 得知，两者综合作用的结果使换热面积减小。因此，提高顶温，有利于减少换热面积，从而降低设备费用。因此，在一定条件下，提高顶温和增加级数，都可以提高海水淡化过程的造水比。在一定的淡水产量条件下，随着顶温的升高，循环盐水量是逐渐降低的换热面积也是随之减小的，而所需的加热蒸汽量也是下降的，总的费用相应降低但提高顶温结垢的危险性也就越大，对设备的材质要求也高。所以顶温的选择还需综合考虑，找出最佳的值。

【引证文献】