【正文】 力十分不便的情況下，而 且裝置中泵組件對電能的消耗也一直是限制其應(yīng)用的主要因素之一。幾乎所有的大型多效蒸發(fā) 苦咸水 淡化設(shè)備采用水平連接方式，因為這種方式穩(wěn)定可靠、便于操作和維修。二次 蒸汽經(jīng)除沫器分離攜帶的液滴后排出蒸發(fā)器，淡水閃蒸汽、鹽水閃蒸汽與蒸發(fā)器的二次蒸汽混合進(jìn)入下一效作為加熱蒸汽，最后一效蒸發(fā)器的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器。一般經(jīng)過三個階段：預(yù)熱階段；汽化階段；過熱階段 [37]。干飽和水蒸氣繼續(xù)加熱，水蒸氣的溫度 t 升高到高于飽和溫度 ts，此時的水蒸氣稱為過熱水蒸氣，過熱水蒸氣的比體積 v 比飽和水蒸氣大。 圖 (b)(d)為水的汽化過程 —由飽和水轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱水蒸氣的過程。同時，由于可以實現(xiàn)在較小溫差下進(jìn)行傳熱，表面過熱度下降，管表面的結(jié)垢情況也得以改善。 苦咸水 淡化橫管降膜蒸發(fā)器的傳熱溫差一般在 24℃ ，蒸發(fā)過程屬于表面蒸發(fā)，一般沒有明顯的沸騰。對于光滑管而言，水平管的傳熱系數(shù)三倍于閃蒸，兩倍于豎管蒸發(fā)裝置。 （ 5）對系統(tǒng)進(jìn)行二氧化碳減排等生態(tài)環(huán)境效益的分析。所以系統(tǒng) 設(shè)計將苦咸水以噴淋的形式，噴淋到換熱盤管上，以加強換熱； （ 3）通過外力使鹽水表面的空氣強制循環(huán)，這有利于提高鹽水的汽化效率；分離的冷凝器也強化了冷凝效果。目前，研究最多，應(yīng)用最廣泛 的用于垂直軸風(fēng)力機的計算模型主要有動量模型、旋渦模型和激射模型，但是，在垂直軸風(fēng)力機實際設(shè)計過程中，最常用的仍然是動量理論與葉素理論。國內(nèi)外關(guān)于風(fēng)力機的研究多為水平軸風(fēng)力機，其風(fēng)能利用系數(shù)較高，是目前世界上的主流風(fēng)力機，技術(shù)已發(fā)展的比較成熟 [30]。該過程通過外力使鹽水表面的空氣強制循環(huán)，這有利于提高鹽水的汽化效率；同時，該裝置采用分離的冷凝器也強化了冷凝效果。 圖 單極盤式太陽能蒸餾器 Solar stills disc monopole 國內(nèi)外關(guān)于太陽能苦咸水淡化的研究已有很多。 經(jīng)過多年的科技攻關(guān)，中國在 苦咸水 淡化技術(shù)方面取得重大突破，技術(shù)經(jīng)濟日趨合理。 圖 世界苦咸水淡化裝置生產(chǎn)容量的增長趨勢 The growth trend of production capacity of world brackish water desalination plant 隨著 苦咸水 淡化技術(shù)的發(fā)展，熱電聯(lián)產(chǎn) 苦咸水 淡化、各種 苦咸水 淡化方法的聯(lián)合系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。 目前，無論是中東的產(chǎn)油國還是西方的發(fā)達(dá)國家，都建設(shè)有相當(dāng)規(guī)模的 苦咸水 淡化廠。蒸發(fā)、冷凝過程在各效重復(fù)，每效均產(chǎn)生基本等量的蒸餾水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被苦咸水冷凝。其原理是利用一個平板式太陽能集熱器來加熱 苦咸水 ，用風(fēng)機帶動空氣完成一個閉式循環(huán)，熱 苦咸水 與常溫空氣混合得到濕空氣，濕空氣在一個表面積很大的冷凝器內(nèi)冷凝，淡水凝結(jié)的大部分潛熱用來預(yù)熱 苦咸水 [18]。在空氣與液體直接接觸過程中，空氣中水蒸汽的分壓趨于零，兩者之間存在水蒸汽的分壓差 ΔP，在這種推動力下，液體表面的組分吸收來自空氣或液體的熱量后，以氣態(tài)形式進(jìn)入空氣中，這樣空氣體就被濕化了。在海灣國家，由于石油比較豐富，水溫較高，鹽度高等原因，多級閃蒸技術(shù)應(yīng)用得比較多。但是 因為 反滲透淡化過程需要加壓，耗用較大能量；同時RO 技術(shù)對水質(zhì)有較高要求，苦咸水必須經(jīng)過各種形式預(yù)處理，工序復(fù)雜；而且膜組件又易損、易 污染，需要定期清洗更換，成本 仍然 較高，設(shè)備也復(fù)雜；且產(chǎn)品水質(zhì)較低，所以現(xiàn)有淡化容量的 70%仍然是使用蒸餾法。 熱法主要 分 為 蒸 餾 法 和 結(jié) 晶 法 ， 蒸 餾 法 苦 咸 水 淡 化 技 術(shù) 主 要 有 多 級 閃 蒸(MSF—MultiStage Flash)、多效蒸餾 (MED—Multiple Effect Distillation)、壓汽蒸餾 (MVC)和 增 濕 去濕 (HD—HumidificationDehumidification)。現(xiàn)有的太陽能苦咸水淡化技術(shù)，設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，推廣應(yīng)用困難，而且電能的消耗同時也增加了淡化水的成本。通過建水庫、修水壩、砌水柜、挖水窖和人工回灌地下等各種措施將雨水?dāng)r蓄起來的方法，既有利于防汛抗?jié)?，又有利于水資源的利用。估計到 2025 年，全世界將有近 1/3的人口（ 23 億）缺水，波及的國家和地區(qū)達(dá) 40 多個。s coastal states. The desalination system aimed at bining human、 financial resources and natural conditions of northwest, to realize ascension from low grade by solar thermal energy to high quality, low cost, no pollution and sustainable freshwater supply. In addition, this device can be applied to industrial technology of these areas pletely, and have effective and stable for water yield, and good water quality. Keywords: Wind energy。 based on the design goal of system, the design calculation of selection is made for system。通過計算本系統(tǒng)的的財務(wù)凈現(xiàn)值 NPV(i=10%)、內(nèi)部收益率 IRR、益本比和投資回收期這四項指標(biāo)，驗證本系統(tǒng)得經(jīng)濟可行性 ， 分析結(jié)果表明四項評價指標(biāo)均符合要求 ， 動態(tài)投資回收期為 年 ， 本套裝置的推廣可以產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，具有很好的發(fā)展前景。 本課題的主要研究內(nèi)容和成果如下： 以橫管降膜蒸發(fā) 技術(shù) 原理為基礎(chǔ)， 結(jié)合我國西北地區(qū)能源分布狀況和能源利用現(xiàn)狀，提出將太陽能集熱技術(shù)、風(fēng)能利用和傳統(tǒng)苦咸水淡化系統(tǒng)有機結(jié)合的風(fēng)能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動的苦咸水淡化系統(tǒng) 裝置的設(shè)計方案， 并建立了系統(tǒng)的蒸發(fā)器、冷凝器和太陽能集熱器的數(shù)學(xué)模型。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 依據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)， 在物理模型和數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上，對太陽能苦咸水淡化系統(tǒng)的各個部件進(jìn)行了設(shè)計選型計算。 對系統(tǒng) 二氧化碳減排 等生態(tài)效益 進(jìn)行了分析， 結(jié)果 表明裝置具有良好 的生態(tài)效益 和環(huán)境友好度 。 the thermodynamics model is established which based on the first law of thermodynamics and the second law, and make energy analysis and exergy analysis。 Solar energy。 我國被聯(lián)合國認(rèn)定為世界上 13 個最貧水的國家之一，淡水資源人均占有量僅為世界平均值的 l/4，位居世界第 109 位，而且水資源在時間和地區(qū)分布上很不均衡，有 10 個省、市、自治區(qū)的水資源已經(jīng)低于起碼的生存線，那里的人均水資源擁有量不足 500m3，據(jù) 專家估計，到 2030 年中國的缺水量將達(dá)到61011m3[3]。但這種方式受水的時空分布和氣候變化的影響很大，并且還有蒸發(fā)、滲漏的損失與污染的威脅。水雖然是人類生存最重要的物質(zhì)之一，但水又是價廉的物質(zhì)，所以淡化水的電能的消耗一直是限制太陽能苦咸水淡化技術(shù)的重要因素之一。膜法 苦咸水 淡化技術(shù)包含了反滲透法 (RO—Reverse Osmosis)和電滲析法，化學(xué)方法則由水合物法和離子交換法構(gòu)成。 多級閃蒸 (MSF) 圖 多級閃蒸淡化裝置流程示意圖 Flow chart of MSF 多級閃蒸 (MSF)技術(shù)，是 1957 年由英國學(xué)者 發(fā)明的一種苦咸水淡化方法，它在降低能耗及防結(jié)垢問題方面有獨到的優(yōu)越性。 MSF 裝置的優(yōu)點是設(shè)備單機容量大、使用壽命長 、出水品質(zhì)好、熱效率高。 增濕 去濕淡化法有三種不同的形式，第一、在同一空間內(nèi)自然對 流增濕 去濕；第二在同一空間內(nèi)強制對流增濕 去濕；第三：蒸發(fā)和冷凝完全分離的增濕 去濕。 引入流動的空氣雖然可以加快苦咸水的蒸發(fā)，但勢必會帶走系統(tǒng)的一部分熱量，而且空氣的去濕程度也必然影響系統(tǒng)淡水的產(chǎn)量 ，所以增濕 去濕法目前尚處于實驗研究階段 。除第一效的加熱蒸汽來自鍋爐等外部熱源外，以后各效的加熱蒸汽均來自前一效產(chǎn)生的二次蒸汽。 圖 給出了世界苦咸水淡化規(guī)模的增長趨勢 [ 20]。在 20 世紀(jì)最后幾年，阿聯(lián)酋迪拜的 Jebel Ali 電站(G座 )發(fā)電 450MW， MSF與 RO聯(lián)合系統(tǒng)造水 28,8000m3/d，阿布扎比 （ Abu Dhabi）的水電部門建設(shè)裝機容量 732MW 的發(fā)電機組、 348,000m3/d 多級閃蒸 苦咸水 淡化廠。部分技術(shù)如低溫多效 苦咸水 淡化技術(shù)、 苦咸水 循環(huán) 冷卻技術(shù)已躋身國際先進(jìn)水平。世界上第一個大型的太陽能苦咸水淡化裝置，是 1874年在智利北部的 Las Salinas 建造的 [22]。 圖 強迫空氣循環(huán)的增濕 /除濕太陽能 苦咸水 淡化裝置示意圖 Schematic diagram of Forced air circulation in the humidification / dehumidification solar desalination plant 錢強，朱躍釗，廖傳華等人分析了幾種太陽能苦咸水淡化裝置工作原 理、結(jié)構(gòu)和傳熱，指出要提高裝置的性能參數(shù)和產(chǎn)水率，除應(yīng)從加強傳熱、減少裝置中苦咸水熱容量等方面來考慮外，最主要的是提高太陽能蒸餾器提供熱源的溫度 [27]。但是由于水平軸風(fēng)力機自身固有的一些特點，使得水平軸風(fēng)力機的制造成本和運營維護(hù)成本較高。為了克服 φ 型達(dá)里厄垂直軸風(fēng)力機葉片不能調(diào)的缺點，國外一些學(xué)者，將垂直軸風(fēng)力機的葉片做成直葉片，并且采用標(biāo)準(zhǔn)的翼型如 NACA 系列翼型， 如圖 直葉片垂直軸風(fēng)力機， 利用機械或電子裝置控制葉片擺動，以獲得較高的風(fēng)能利用率。所以系統(tǒng)設(shè)計一由風(fēng)力機帶動的抽氣裝置，以加快蒸汽箱內(nèi)的空氣流動，提高汽化效率；同時設(shè)計將蒸汽冷凝裝置分離設(shè)置。 風(fēng)能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動 的小型苦咸水淡化系統(tǒng)研究 14 研究 意義 海水和地下苦咸水在 我國分部廣泛；在我國的部分地區(qū)，人們的飲用水現(xiàn)狀是喝淺井的苦咸水或是喝深井的高氟水，長期飲用嚴(yán)重危害人民的身體健康；向海洋等苦咸水資源索取淡水，也逐漸成為世界沿海國家的共識。同時顯著地降低了空間高度，增加了傳熱的有效溫差。 加熱蒸汽 (或者前一效產(chǎn)生的二次蒸汽 )在管內(nèi)冷凝，管內(nèi)的凝結(jié)水排放到本蒸發(fā)器或下一效蒸發(fā)器的蒸汽室，少量凝結(jié)水會再次閃蒸成為蒸汽，其余凝結(jié)水成為苦咸水淡化裝置生產(chǎn)的淡水 (第一效蒸發(fā)器為加熱蒸汽凝結(jié)水 )。在有效合理的噴淋密度下，橫管降膜蒸發(fā)不僅消除了液體靜壓柱和過熱區(qū)的影響，而且有效降低了蒸發(fā)的驅(qū)動溫度，能夠使多效蒸發(fā)在較小的溫差變化范圍內(nèi)有足夠的效數(shù)，從而保障了低溫多效蒸發(fā)的經(jīng)濟性。對水繼續(xù)加熱，水開始汽化，逐漸由飽和水轉(zhuǎn)變成飽和水蒸氣，未汽化的部分仍為飽和水狀態(tài)，汽化過程中飽和水和飽和水蒸氣 t 和 p 均不變，但兩者混合物的容積增長很快，混合物的折合比體 積 v 增加很快，其間為汽液混合的濕飽和蒸氣。 圖 (d)(e)為水蒸氣的過熱過程 —干飽和水蒸氣轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱水蒸氣的過程。 水蒸汽的發(fā)生過程 工業(yè)上所用的水蒸氣都是在定壓加熱設(shè)備中產(chǎn)生的。上一效的濃鹽水進(jìn)入蒸發(fā)器，由于壓差降低而產(chǎn)生少量閃蒸，進(jìn)入的濃鹽水與本蒸發(fā)器的濃鹽水混合排出蒸風(fēng)能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動 的小型苦咸水淡化系統(tǒng)研究 16 發(fā)器。由于管束水平排列高度小，因此組合成塔式總高度最小，占地面積也最小 ； 同時泵的輸送功率也可以顯著減小，比 VTE 塔式蒸發(fā)器節(jié)省動力。 此外， 本裝置可以完全應(yīng)用于這些地區(qū)的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，且可以達(dá)到產(chǎn)水 量穩(wěn)定高效及水質(zhì)優(yōu)良的效果。 研究內(nèi)容 （ 1）結(jié)合我國西北地區(qū)能源分布狀況和能源利用現(xiàn)狀，提出將太陽能集熱技術(shù) 、 風(fēng)能利用 和傳統(tǒng)苦咸水淡化系統(tǒng)有機結(jié)合的風(fēng)能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動的苦咸水淡化系統(tǒng) ， 并建立了系統(tǒng)的蒸發(fā)器、冷凝器和太陽能集熱器的數(shù)學(xué)模型。隨著計算機的發(fā)展，國外內(nèi)一些風(fēng)力機研究機構(gòu)已采用計算流體力學(xué) (CFD)對風(fēng)力機翼型的氣動性能進(jìn)行了的模擬和計算。垂直軸風(fēng)力機潛力巨大，吸引了近年來人們越來越多的關(guān)注。 左潞，鄭源，周建華等人還研究發(fā)現(xiàn)，如果在系統(tǒng)運行過程中，水蒸氣的冷凝潛熱能被重復(fù)利用，蒸發(fā)過程所需的熱能將被顯著降低，而碩士學(xué)位論文 11 大部分主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)，都能主動回收蒸汽在凝結(jié)過程中釋放的潛熱，因而這類系統(tǒng)能夠得到比傳統(tǒng)太陽能蒸餾系統(tǒng)高一倍甚至數(shù)倍的產(chǎn)水量，這是目前主動式太陽能蒸餾裝置被 廣泛重視的根本原因 [28]。所謂的被動式太陽能苦咸水淡化裝置，是指裝置中不存在任何利用電能驅(qū)動的泵等元件，也不存在利用附加太陽能集熱器等部件進(jìn)行主動加熱的