用于MEE海水淡化系统的蒸汽热力压缩机及混合可再生能源系统的研究

发布时间：2017-04-06 11:01

  本文关键词：用于MEE海水淡化系统的蒸汽热力压缩机及混合可再生能源系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：热力压缩机(TVC,Thermal Vapor Compressor)是MEE-TVC海水淡化系统的关键辅助设备,其设计和运行参数是影响基于TVC的多效蒸发(MEE,Multi-Effect Evaporation)海水淡化系统性能的重要因素。在TVC结构设计确定的情况下,水蒸气在TVC内部的流动状况及TVC引射位置对TVC和MEE-TVC海水淡化系统性能有重要影响。但是,到目前为止,关于这两方面的研究还相对较少,更缺少深入系统全面的理论和实验研究,这使人们对TVC内部流动状态与其性能之间、及其与MEE系统之间的关系缺乏准确的理解,影响了MEE-TVC海水淡化系统性能的改善和提高。随着化石能源储量的减少和环境污染的加剧,可再生能源,尤其是包括两种或两种以上可再生能源的混合可再生能源系统(HRES,Hybrid Renewable Energy System)在多效蒸发海水淡化系统中的应用也得到了关注,成为MEE海水淡化系统新的研究热点。针对MEE-TVC海水淡化系统的以上研究热点和空白,本文开展了以下主要工作:提出了利用外部热源加热卷吸蒸汽以改善水蒸气在TVC中的流动状况、提高其引射系数的全新技术方案,并在此方案基础上提出了基于蒸汽再热的热力压缩机和MEE-TVC海水淡化系统。对TVC性能进行了热力学分析,并对卷吸蒸汽过热度对TVC理论引射系数的影响进行了分析计算,定义了表征TVC热力学性能的热力学完善度。结果表明,卷吸蒸汽过热度对TVC理论引射系数的影响很小,几乎可以忽略不计,而通常情况下,TVC的热力学完善度很低。据此,提出来了通过对卷吸蒸汽过热以提高TVC热力学完善度从而改善TVC性能的技术方案。如果卷吸蒸汽过热对TVC热力学完善度的提高能够抵消它所引起的TVC理论引射系数的减小,那么TVC的实际引射系数将得到提高。基于以上想法,提出了基于蒸汽再热的TVC和MEE-TVC海水淡化系统,给出了结构图,说明了其特征和应用范围。搭建了以太阳能集热系统和电蒸汽锅炉主蒸汽为再热热源的MEE-TVC海水淡化实验系统,通过实验研究了卷吸蒸汽过热对MEE-TVC海水淡化系统性能的影响。为了验证新技术方案的有效性,搭建了设计淡水产量为120kg/h的四效并联MEE-TVC海水淡化实验系统。实验系统由降膜蒸发器系统、真空管太阳能集热系统、电蒸汽锅炉系统和数据采集系统四个子系统组成。利用该实验系统分别以太阳能热水和电蒸汽锅炉主蒸汽为再热热源,实验研究了卷吸蒸汽过热度(0℃、5℃、10℃、15℃)对TVC引射系数、MEE-TVC系统工作蒸汽耗量、造水比和冷却水流量的影响。实验结果表明,随着卷吸蒸汽过热度的提高,TVC引射系数增大,过热度15℃时的引射系数比没有过热时的引射系数增加31.2%,系统工作蒸汽耗量减少、造水比提高、冷却水流量减少,验证了前述新技术方案的有效性。TVC引射位置对TVC和MEE-TVC海水淡化系统性能影响的理论和实验研究。建立了考虑海水物性及蒸发器、管道内各种热力学损失在内的MEE-TVC海水淡化系统数学模型,通过理论分析和计算,研究了引射位置对TVC和MEE-TVC海水淡化系统性能的影响。利用前述四效并联MEE-TVC海水淡化实验系统,通过实验研究了TVC引射位置对海水淡化系统性能的影响,得到了引射位置对引射系数、造水比和系统比传热面积的影响规律,并与理论分析结果进行了对比,验证数学模型的可靠性。理论和实验研究结果表明,TVC引射位置对TVC和MEE-TVC海水淡化系统性能有重要影响,随着TVC引射位置的前移,TVC压缩比减小,TVC引射系数增大,MEE-TVC系统造水比先增大后减小,系统比传热面积先减小,后增大,存在一个使系统造水比最大、比传热面积最小的TVC最佳引射位置和压缩比。提出了太阳能、风能混合可再生能源系统驱动的新型MEE-TVC-MVC海水淡化系统。提出了将机械蒸汽压缩机(MVC,Mechanical Vapor Compressor)和TVC串联于MEE海水淡化系统末效降膜蒸发器之后,以分担低压蒸汽压力提升负荷的新型MEE-TVC-MVC海水淡化系统。为了减少化石燃料的使用、减轻环境污染,提出了包括太阳能和风能在内的混合可再生能源系统(HRES)作为MEE-TVC-MVC海水淡化系统驱动能源的方案,建立数学模型就风力发电占比、机械蒸汽压缩机压缩比、系统效数、淡水产量和首效加热蒸汽温度对制水成本的影响进行了技术经济分析。分析结果表明,与风力发电MVC海水淡化系统相比,本文提出的基于太阳能、风能HRES的MEE-TVC-MVC海水淡化系统制水成本更低,经济性更好;与传统化石能源驱动的MEE-MVC海水淡化系统相比,制水成本存在一定的差距,但是随着可再生能源技术的发展此差距会逐渐减小,未来有希望达到与传统化石能源驱动的海水淡化系统相当的制水成本。
【关键词】：多效蒸发 热力压缩机 混合可再生能源系统 海水淡化
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 物理量名称及符号11-18
• 第1章 绪论18-40
• 1.1 课题研究背景和意义18-24
• 1.1.1 淡水资源现状及开展海水淡化的必要性18-19
• 1.1.2 海水淡化的定义及主要海水淡化方法19-20
• 1.1.3 海水淡化产业发展概况20-24
• 1.2 国内外海水淡化技术研究现状24-35
• 1.2.1 多级闪蒸（MSF）海水淡化技术24-26
• 1.2.2 反渗透（RO）海水淡化技术26-30
• 1.2.3 太阳能（SD）海水淡化技术30-31
• 1.2.4 压汽蒸馏（VC）海水淡化技术31-32
• 1.2.5 低温多效蒸发（LT-MEE）海水淡化技术32-35
• 1.3 现有研究中存在的问题35-37
• 1.4 本文主要研究内容37-40
• 第2章 基于蒸汽再热的MEE-TVC海水淡化系统40-50
• 2.1 热力压缩机性能分析40-42
• 2.2 卷吸蒸汽过热对热力压缩机理论引射系数的影响42-46
• 2.3 基于蒸汽再热的热力压缩机和MEE-TVC系统46-48
• 2.4 本章小结48-50
• 第3章 基于蒸汽再热的MEE-TVC海水淡化系统实验研究50-86
• 3.1 实验系统组成50-66
• 3.1.1 电蒸汽锅炉系统51-52
• 3.1.2 降膜蒸发器系统52-54
• 3.1.3 蒸汽再热系统54-58
• 3.1.4 数据采集系统58-66
• 3.2 实验系统调试66-74
• 3.2.1 电蒸汽锅炉系统调试66-67
• 3.2.2 降膜蒸发器系统调试67-69
• 3.2.3 真空管太阳能集热系统调试69-70
• 3.2.4 数据采集系统调试70-72
• 3.2.5 系统保温72-74
• 3.3 基于蒸汽再热的MEE-TVC海水淡化系统性能实验74-83
• 3.3.1 实验过程74-76
• 3.3.2 不确定度分析76-77
• 3.3.3 实验结果及分析77-83
• 3.4 本章小结83-86
• 第4章 TVC引射位置对MEE-TVC海水淡化系统性能的影响86-108
• 4.1 引言86-87
• 4.2 MEE-TVC海水淡化系统过程模拟87-95
• 4.2.1 系统流程88
• 4.2.2 数学模型88-94
• 4.2.3 计算参数94-95
• 4.3 实验系统与实验过程95-97
• 4.3.1 实验系统95-97
• 4.3.2 实验过程97
• 4.4 实验结果与分析97-105
• 4.4.1 理论计算结果与分析98-101
• 4.4.2 实验结果与分析101-105
• 4.5 本章小结105-108
• 第5章 基于风光互补发电系统的MEE-TVC-MVC海水淡化系统经济性分析108-134
• 5.1 新型MEE-TVC-MVC海水淡化系统109-115
• 5.1.1 MEE-TVC和MEE-MVC海水淡化系统的优点和局限性109-112
• 5.1.2 新型MEE-TVC-MVC海水淡化系统112-115
• 5.2 太阳能和风能混合可再生能源系统115-117
• 5.3 基于太阳能和风能HRES的MEE-TVC-MVC系统经济性分析117-132
• 5.3.1 基于太阳能和风能HRES的MEE-TVC-MVC海水淡化系统117-120
• 5.3.2 技术经济性分析数学模型120-126
• 5.3.3 结果及分析126-132
• 5.4 本章小结132-134
• 结论与展望134-138
• 主要结论134-136
• 主要创新点136
• 展望136-138
• 附录138-154
• 参考文献154-162
• 攻读博士学位期间取得的成果162-164
• 致谢164

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 徐海涛,桑芝富;蒸汽喷射器喷射系数计算的热力学模型[J];化工学报;2004年05期

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本文编号：288726