【正文】 】。由此看見(jiàn) ,我國(guó)的水資源在空間上 分布很不均勻 ,與耕地和人口分布不相適應(yīng)。如果我國(guó)的水資源開(kāi)發(fā)沒(méi)有突 破性進(jìn)展 ,將很難支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高 ,如何解決水資源危機(jī)已 經(jīng)刻不容緩。 特別是世紀(jì)中后期 ,曾經(jīng)爆發(fā)過(guò)兩次嚴(yán)重的石油危機(jī) ,世界石油的需求量不斷 增長(zhǎng)。 ..中國(guó)能源現(xiàn)狀 總體而言 ,我國(guó)的能源生產(chǎn)總量?jī)H次于美國(guó)與俄羅斯 ,位居世界第位 :常規(guī)能源 的消費(fèi)也僅次于美國(guó) ,居世界第位。而目前石油價(jià)格的波動(dòng) ,時(shí)刻挑動(dòng)著中國(guó)發(fā)展的神經(jīng)。 ..能源危機(jī)下的電力供應(yīng) 根據(jù)美國(guó)能源情報(bào)局年出版的國(guó)際動(dòng)力年鑒報(bào)道 ,年世界電力總需求將達(dá) .,而在年只有 . ?,因此電力需求增長(zhǎng)的總量為 . ?。自年 , 由于電力需求快速增加 ,煤炭的消費(fèi)比重在多年下降后開(kāi)始較快回升。重復(fù)利用污染的工業(yè)廢水 。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,全球已經(jīng)投產(chǎn)的 海水淡化工程達(dá) .萬(wàn)之多 ,總產(chǎn)水量達(dá)到萬(wàn) /。同時(shí)要求到 年實(shí)現(xiàn)淡化能力 ,萬(wàn) /,到年海水淡化能力達(dá)到萬(wàn) /,并 提高海水資源利用規(guī)模和水平。但是其缺陷是鹽水循環(huán) 用 ,日產(chǎn) 的 多效蒸餾 多效蒸餾是指重復(fù)利用二次蒸汽 ,即把二次蒸汽作為下一效的加熱源 ,多效蒸餾海 水淡化方法和多級(jí)閃蒸海水淡化方法同屬蒸餾法 ,產(chǎn)品水純度高。反滲透法在運(yùn)行過(guò)程中不存在相變 ,能量消耗較少 ,有較好的發(fā)展?jié)摿Α?。常?guī)的海水淡化技術(shù)不僅高耗能 , 而且對(duì)環(huán)境的危害十分嚴(yán)重。 人類(lèi)利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。比如 ,年就最早提出了在盤(pán)式太陽(yáng)能蒸餾器中附加加熱器的 想法 ,來(lái)提高盤(pán)式太陽(yáng)能蒸餾裝置單位面積的產(chǎn)量【粥。并在年在嵊泗島建造了我國(guó)第一 個(gè)較為實(shí)用的太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)。 ..太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)的分類(lèi) 太陽(yáng)能海水淡化方法可分為直接法和間接法兩大類(lèi)。 淺盤(pán)型它由盛水的淺盤(pán)和透明罩組成。 多效型由于淺盤(pán)型和傾斜型將蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的熱量浪費(fèi)掉了 ,為了能充分利用這 部分熱量反復(fù)加熱海水 ,研究出了多效型蒸餾器。已經(jīng)取 得階段性成果并有推廣前景的技術(shù)主要是太陽(yáng)能多級(jí)閃蒸系統(tǒng)、太陽(yáng)能多效蒸餾系統(tǒng)和 太陽(yáng)能壓縮蒸餾系統(tǒng)。 ..傳統(tǒng)太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)的缺陷 目前國(guó)內(nèi)外仍是以發(fā)展太陽(yáng)能蒸餾技術(shù)為主 ,而利用太陽(yáng)能發(fā)電進(jìn)行海水淡化 ,雖 在技術(shù)上沒(méi)有太大障礙 ,但經(jīng)濟(jì)上仍不能跟傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)相比擬。位論文 峻。而且利用太陽(yáng)能發(fā)電進(jìn)行淡化的成本過(guò)高 ,因?yàn)槟壳暗奶?yáng)能 熱發(fā)電要利用高溫高壓的過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)葉輪做功來(lái)進(jìn)行。分析得出了系統(tǒng)發(fā)電量的理論計(jì)算公式 。但是這種發(fā)電的思 想仍然利用傳統(tǒng)的熱力循環(huán)理論 ,若要提高發(fā)電效率 ,需產(chǎn)生更高溫度的蒸汽 ,因此限 制了它的 使用范圍 ,迄今還未有大規(guī)模應(yīng)用的例子。這對(duì)反作用產(chǎn)生扭矩帶動(dòng)透平機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) , 而隨著轉(zhuǎn)速的增加 ,同樣會(huì)增大縮放噴嘴出入口之間的壓差 ,因而增加了混合物的噴出 速度。另外 ,非對(duì)流層太陽(yáng)池的上對(duì) 流層一般為清水 ,其 溫度與環(huán)境溫度相近。在熱力學(xué)設(shè)備中 ,工質(zhì)從一處流向 另一處 ,隨著工質(zhì)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)移的能量等于焓而不是熱力學(xué)能 ,因此焓在熱力學(xué)工程中 是一個(gè)很重要的參數(shù)。定熵過(guò)程包括定熵壓縮和定熵膨脹兩種。 盡管許多研究學(xué)者已經(jīng)提出了大量的模型來(lái)計(jì)算單組份、兩相流在噴嘴喉部臨界流量 , 但許多也只是建立在半理論一半實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上【弘。該模型目前應(yīng)用較為廣泛 , 如該模型曾經(jīng)用于蒸汽壓強(qiáng)為 .的’透平機(jī)中。系統(tǒng)的熱力學(xué)溫熵圖如圖 .所示。如果忽略海水在太陽(yáng)池 換熱器中的壓損 ,該過(guò)程可以看作定壓加熱 ,那么系 統(tǒng)提供的總熱流量為 : . ≯鳥(niǎo)。在此過(guò) 程海水壓強(qiáng)降至入口熱海水溫度℃對(duì)應(yīng)的飽和值 . ,海水流速增加 ,并 在噴嘴喉部達(dá)到飽和狀態(tài)。如果混合物的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能則可以得到理論最大電 能 : 一。因此 ,冷凝器 對(duì)本系統(tǒng)真空室保持低溫低壓十分重要。 刁罟憊≈雨 島托 取。 根據(jù)溫熵圖得出了系統(tǒng)三角循環(huán)的熱效率公式。 口 土壤 黑色也底 圖 .典型鹽梯度太陽(yáng)池結(jié)構(gòu)圖 . .太陽(yáng)池蛇管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..計(jì)算步驟 蛇管換熱器遵循一般換熱器的設(shè)計(jì)方法【】 : 定性溫度的選取 由于流體的物性參數(shù)是隨著溫度變化而改變的 ,因此在換熱計(jì)算時(shí)要選取一定性溫 度 ,來(lái)確定流體的物理數(shù)據(jù)。對(duì)于一般蛇管換熱器管內(nèi)液體的流速范圍一般取 .~ ./。太長(zhǎng)時(shí)會(huì)增加管內(nèi)流體的阻 力 , 能量消耗大。足 ,管內(nèi)流動(dòng)為過(guò)渡流 。 傳熱系數(shù)的計(jì)算 待計(jì)算出蛇管內(nèi)側(cè)的平均換熱系數(shù)紅和管外側(cè)平均換熱系數(shù)吃之后 ,則可以計(jì)算換 熱器的傳熱系數(shù)。根據(jù)傳熱平衡方程可得管外側(cè)換熱系數(shù) : 。雷諾數(shù)的計(jì)算公式 .. 尺。因此 需要通過(guò)仔細(xì)核算 ,來(lái)選擇合理的管徑。 管內(nèi)冷流體的速度選擇 基于太陽(yáng)池的海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的研究 管內(nèi)流體流速的大小 ,不僅影響換熱器的換熱效率 ,也影響到操作中的動(dòng)力消耗。 間接取熱就是在太陽(yáng)池中安裝換熱器 ,間接把熱量交換出來(lái) ,見(jiàn)圖 .。 成 圖 .三角循環(huán)模型圖 ..本章小結(jié) 詳細(xì)闡述了太陽(yáng)能海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的工作原理 ,簡(jiǎn)述了系統(tǒng)的主要組成 。結(jié)合式 .,三角循環(huán)的熱效率可用面積比 來(lái)表示 ,即利用三角形 ,?與梯形 ,....的面積之比 ,作為整個(gè)三 角循環(huán)的熱效率 ,其簡(jiǎn)化模型如圖 .所示。由此消耗的理論泵功應(yīng) 該為點(diǎn)和的焓差。 而過(guò)程 .’為海水在噴嘴內(nèi)部實(shí)際膨脹的過(guò) 程 ,實(shí)際上噴嘴出口的溫度要略大于真空室 溫度理論假設(shè)為。一海水密度 ,/:緲一噴嘴旋轉(zhuǎn)角速度 ,/。 ,環(huán)境溫度。所謂閃蒸是指高壓的飽和水進(jìn)入比較低壓的容器中 后因壓力的突降致使飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。 : 低壓下液體的閃蒸狀況 ,至今少有人涉及。 圖 .溫熵圖 ...單組分兩相流模型 一般兩相流分為兩種 ,即雙組分兩相流和單組分兩相流。 如果 ,表示系統(tǒng)吸熱 。而反動(dòng)透平機(jī)主要是依 靠從縮放噴嘴中高速?lài)姵龅牧黧w產(chǎn)生的反作用力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功 ,因此本系統(tǒng)中反動(dòng) 透平機(jī)的核心部 件是縮放噴嘴 ,它的效率直接決定茅系統(tǒng)的淡水率和發(fā)電量 ,具體的設(shè) 計(jì)過(guò)程見(jiàn)第四章。一般的海水淡化蒸餾裝置中的溫度大約 ,而結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的多效蒸發(fā)海 水淡化裝置也可以在溫度時(shí)工作 ,利用太陽(yáng)池完全可以達(dá)到這個(gè)溫度。由于真空室內(nèi)外存在壓差 ,因此熱海水 在透平機(jī)中的縮放噴嘴中降壓、降溫發(fā)生閃 蒸現(xiàn)象。采集了部分實(shí)際的發(fā)電量和淡水率 , 并與理論值進(jìn)行了比較 ,為下一步系統(tǒng)的優(yōu)化提供了依據(jù)。結(jié)合等熵原理 ,闡述了太陽(yáng)能海水淡化與發(fā)電 集成系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程 。太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不竭的可再生能 源 ,具有很好的開(kāi)發(fā)前景。傳統(tǒng)太陽(yáng)能蒸餾器中待蒸發(fā)的海水熱容 量過(guò)大 ,一定程度上限制了運(yùn)行溫度的提高 ,從而減弱了蒸發(fā)的驅(qū)動(dòng)力。比如 科威特建成了利用點(diǎn)聚焦拋物面太陽(yáng)能熱發(fā)電為反滲透海水淡化系統(tǒng)提供電能的工廠 , 每天產(chǎn)水量噸左右。此 方法產(chǎn)水量大約為淺盤(pán)型的 .倍。 傾斜型又分為傾斜淺盤(pán)型和傾斜吸水毛型兩種。目前開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能海水淡 化系統(tǒng)主要以間接法為主一。之后 ,北京理工大學(xué)、西安交通大學(xué)及后勤工程學(xué)院提出了“橫管降膜蒸發(fā) 多效回?zé)崽?yáng)能海水淡化系統(tǒng)” ,制造出了樣機(jī) ,并在沿海地區(qū)建立了實(shí)際的運(yùn)行系統(tǒng) 鎬。另外太陽(yáng)能與反滲透相結(jié)合也是海水淡化發(fā)展的 一個(gè)方向。 年通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了利用平板型太陽(yáng)能集熱器與盤(pán)式太陽(yáng)能蒸餾器相結(jié)合的 裝置 ,但是太陽(yáng)能蒸餾在當(dāng)時(shí)并未引起重視。/表示生產(chǎn)淡水所需要消耗的能量值。 ..傳統(tǒng)海水淡化的能耗及環(huán)境問(wèn)題 雖然傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)比其它常規(guī)供水方式有著巨大的優(yōu)勢(shì) ,但是目前絕大多數(shù)海 水淡化工程依靠傳統(tǒng)能源來(lái)運(yùn)行 ,比如蒸餾法主要使用熱能 ,而反滲透法和電析法則依 賴(lài)電能。 壓汽蒸餾 所謂壓汽蒸餾是利用機(jī)械壓 縮機(jī)把蒸汽壓縮、升壓和升溫 ,并將蒸汽作為加熱和使 海水蒸發(fā)的熱源 ,因此不需要外部提供加熱蒸汽 ,直接依靠機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。以下針對(duì)應(yīng)用較為廣泛的幾種傳統(tǒng)的淡化手段作簡(jiǎn)單介紹 : 多級(jí)閃蒸 多級(jí)閃蒸技術(shù)起步于世紀(jì)年代末期 ,在六七十年代得到了飛速的發(fā)展。 我國(guó)的海水淡化研究 開(kāi)始于年代初期 ,截止到年 ,國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的海水淡化 工程達(dá)到余座 ,淡水產(chǎn)量達(dá)萬(wàn) /,其中約座直接用于海島的居民供水 ,其 余的為化工、電力等企業(yè)自備用水。既然地球上最充足的 江蘇大學(xué)碩士學(xué)’位論文 海水 ,取之不盡用之不竭 ,因此海水淡化才是解決淡水危機(jī)的根本途徑。隨著主要耗能產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的加快 ,能源需求增長(zhǎng)將更為強(qiáng) 勁 ,部分地區(qū)電力供應(yīng)緊張問(wèn)題仍然會(huì)比較突出。亞洲發(fā) 展中國(guó)家?guī)e是中國(guó)電力增長(zhǎng)很快 ,平均年增長(zhǎng)速度達(dá) %,預(yù)計(jì)年發(fā)電量將 達(dá) ?,當(dāng)然主要燃料仍然是煤炭。盡管油價(jià)飆升受市場(chǎng)因素及人為操作影響 ,但是如何保證能源安 全已經(jīng)是各國(guó)的當(dāng)務(wù)之急。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ,目前中國(guó)煤炭可采儲(chǔ)量約為億噸 ,可供開(kāi)采量不至年 ,而石油剩余 可采總儲(chǔ)量約為億噸 ,可供開(kāi)采量不到年。造成了全球能源的需求和產(chǎn)量間的 缺口日益增大。隨著全球經(jīng)濟(jì)活動(dòng) 的加劇 ,常規(guī)能源消費(fèi)也在快速發(fā)展 ,甚至超過(guò)了能源儲(chǔ)藏的潛在能力 ,于是出現(xiàn)了全 球范圍的能源危機(jī)。據(jù)專(zhuān)家分析 :年全國(guó)總供水量為億億 ,而相應(yīng)的 總需水量將