海水淡化系统能量综合利用与经济性研究

发布时间：2020-07-17 09:36

【摘要】： 目前，随着人们对水资源需求的不断扩大，淡水资源缺乏问题逐渐显现出来，因此寻求节能高效的造水方法途径势在必行。多效蒸发是化工过程蒸发系统常用的工艺，也是最早采用的海水淡化方式之一。低温多效海水淡化系统(LT-MED系统)是目前商业运行的海水淡化系统的主要形式之一，其中热压缩多效蒸馏系统(MED-TVC系统)由于附加设备蒸汽压缩器(TVC)结构简单、投资少、易于维护且能较大提高系统造水能力而被广泛应用。在海水淡化解决淡水资源短缺的同时，大量的浓海水排放也带来了环境问题，因此海水淡化零排放成为研究的热点。 本文在常规热力性能评价指标和经济性能评价单目标评价准则的基础上，建立和推导了综合系统热力和经济性能的多目标统一量化的评价准则COP的公式；着重研究高浓缩倍数下顺流进料多效蒸发海水淡化MED-TVC工艺的能量利用状况，进一步研究了效数、顶温、进料海水的盐度和温度等对海水淡化系统造水比和(火用)耗的影响规律，分别对逆流进料和顺流进料海水淡化系统进行全面经济分析比较研究；深入研究多效蒸发真空制盐工艺处理浓海水的能量利用状况，进一步研究了浓海水的盐度和温度对真空制盐系统(火用)耗的影响规律；利用多联产的基本原则和集成理论，研究了动力发电系统、海水淡化和真空制盐的多联产集成系统，构建了新型串联型系统的流程结构，分析研究比较系统深度集成的优势，从而实现海水全面的综合利用。 通过对高浓缩顺流进料的MED-TVC系统进行模拟，利用EUD分析方法对该MED-TVC系统的能量利用状况进行了分析，结果表明：(1)对于高浓缩倍数下的顺流MED-TVC系统，喷射器损失为31．2%，15效损失共30．26%，两者是系统能量损失的主要部分。动力蒸汽品位与抽气品位差较大，由于加入TVC抽气后蒸汽量减少，导致抽气后(火用)损失有所减少。(2)高浓缩倍数下的顺流MED-TVC系统的造水比随着顶温升高而降低，(火用)耗随之升高；升高入料海水温度可以提高造水比，降低(火用)耗。随着入料海水盐度升高，造水比逐渐下降，(火用)耗增加；在效数增加时，可以提高造水比，降低(火用)耗。(3)对MED和MED-TVC进行经济性分析，TVC的引入可以使热消耗费用明显减少，降低MED海水淡化的制水成本。(4)由DEEP分析结果可知，随着系统效数增多，设备的生产强度降低，而加热蒸汽经济性提高，制水成本下降。但效数增加，各效的传热温差损失的总和也将增加，致使有效的传热温差减少，同时设备投资也相应增加，15效是较为适宜的方案。 通过对五效多效蒸发真空制盐系统进行物料和能量平衡计算，利用EUD分析方法对整个系统进行了(火用)流分析，得出了以下结论：(1)多效蒸发真空制盐系统(火用)总效率为14．19%，即系统(火用)的损失量占85．81%。(2)第五效的二次蒸汽直接大气式混合冷凝器引起的(火用)损失不可小视，约占总输入的11．71%。末效的二次蒸汽直接进入大气式混合冷凝器，二次蒸汽和循环水两者品位差较大，导致(火用)损失较大，若将末效二次蒸汽的(火用)加以利用，将大大提高整个系统的用能水平。(3)系统各效的冷凝水被闪蒸后作为下效的动力蒸汽，因而末效闪蒸后的冷凝水温度和压力较低，用闪蒸后的冷凝水来预热海水淡化后的浓缩盐水，两者的温差较小引起的(火用)损失较小，约占总输入的4．23%。系统的冷凝水和循环下水虽然量大，但其品位太低，可利用程度小。(4)系统单位析盐的(火用)损随进料盐度、温度和效数的增大而减小，但效数和进料盐度对系统单位析盐的(火用)损影响较大，进料温度对其影响较小。 通过采用多联产集成的基本理论和原则，提出了新颖的串联型海水淡化一制盐多联产系统，对其进行了模拟和分析，结果表明：(1)较直排方案循环水温度下降了1．88℃，机组煤耗下降3．07g/kw·h。(2)海水冷却塔无需向大海排出部分浓缩海水，完全杜绝了给海洋造成的热污染和生态影响。(3)随着入料海水温度的提高，海水淡化系统的造水比在效数不同的情况下均提高了3%以上，而(火用)耗却降低了3%以上；随着入料海水盐度的提高，海水淡化系统的造水比在效数不同的情况下降低了3%左右，而(火用)耗却增加了3%以上；但在相同的效数情况下，温度提高引起造水比提高的幅度要比盐度提高引起的造水比降低的幅度要大，而温度提高引起(火用)耗降低的幅度要比盐度提高引起的(火用)耗增加的幅度要大，综合来看，直流方式较之于直排方式能提高了海水淡化系统的性能。(4)随着入料浓海水温度的提高，真空制盐系统的(火用)耗降低了4%以上，效数越多，(火用)耗降低的幅度越大；随着入料浓海水盐度的提高，真空制盐系统的(火用)耗降低了4%以上，效数越多，(火用)耗降低的幅度减小。入料浓海水温度和盐度的提高均能降低真空制盐系统的(火用)耗，提高系统的性能。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P747
【图文】：

图1一6膜蒸馏四种不同的操作方式根据挥发性组分在膜冷侧冷凝方式的不同，膜蒸馏可分为四种不同结构和操作方式如图1一6所示即:直接接触式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、吹扫式膜蒸馏和真空膜蒸馏。膜蒸馏过程是气体在膜孔内扩散的过程，传质速度快，单位膜面积通量大。由于膜的疏水性能，当膜两侧的压力相近时，原水也不会从膜孔中通过，使该技术具有很高的脱盐率和浓缩比。在膜蒸馏过程中，不存在液体的混合和雾沫夹带现象，对离子、胶体、大分子等不挥发组分和无法扩散透过膜的组分的截留达到100%;且具有设备简单、操作容易、膜使用寿命长、能耗低等优点。因此，膜蒸馏技术在诸多海水淡化工程中有一定的竞争力。膜材料的疏水性、孔径、孔隙率、海水温度、真空度和冷凝水流量等因素对膜蒸馏过程14’]有很大影响。有研究表明，在海水淡化试验中，海水被加热至55℃，经过一次膜蒸馏过程获得的淡化水含盐量均低于自来水的含盐量

由此可见，热压缩蒸发(或称蒸汽喷射式热泵蒸发)是又一种有效的制盐蒸发节能措施。热压缩蒸发技术常常和多效蒸发技术联合使用。有关专家经过经济性计算，使用多效蒸发及热压缩真空制盐技术只需1一2年即可收回初期投资。图1一9为MED一TVC真空制盐的工艺流程图。新蒸汽势压稗荞算泛汽知卜耳，蒸加热汽咯月一终州目刽引补泛﨑佗:

本文编号：2759268