【正文】 太陽能苦咸水淡化裝置，裝置的運行完全是在太陽光的作用下被動進行 [24]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)有的苦咸水淡化方法應(yīng)用較廣泛的是蒸餾法和反滲透法 (RO)。我國是繼美、法、日、以色列等之后研究和開發(fā) 苦咸水 淡化先進技術(shù)的國家之一。 1960 年在阿聯(lián)酋建成的第一座苦咸水淡化廠，其產(chǎn)量僅為 50m3/d，現(xiàn)在其規(guī)模己達 2l06m3/d。 圖 多效蒸餾淡化裝置流程圖 Flow chart of MED 因為每一效的蒸汽的熱量都被帶回 下一效回收利用，熱能得以重復(fù)利用，所以多效蒸餾與單效蒸餾相比，造水比 (the Gained Output Ratio， GOR)幾乎按效數(shù)成倍增加，但設(shè)備費用亦隨效數(shù)的增加而逐漸升高，故不能一味的增加效數(shù)，且設(shè)備體積一般較大。目前，具有商業(yè)碩士學(xué)位論文 7 價值的脫鹽技術(shù)有豎管多效蒸發(fā) Vertical Tube(VTMED) 和橫管多效蒸發(fā) Horizontal Tube(HTMED)，其它方法由于結(jié)垢嚴重而被淘汰 [19]。強制對流增濕 去濕過程，氣體的對流循環(huán)不僅加速了液面水蒸汽的蒸發(fā)，還縮短了水蒸汽分子到達冷凝界面的時間，延長了淡化時間，產(chǎn)水量變大 [15]。另外，為了減輕結(jié)垢和腐蝕，對進入裝置的 苦咸水 加酸和進行脫氣 （ 脫除CO2 和 O2） ，因而也增加了造水成本。多級閃蒸就是以此原理為基礎(chǔ)，使熱鹽水依次流經(jīng)若干個壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級蒸發(fā)降溫，同時鹽水也逐級增濃，直到其溫度接近 （ 但高于 ） 天然苦咸水溫度，因而可連續(xù)產(chǎn)出淡化水 ，圖 為多級閃蒸淡化裝置流程示意圖 。目前 研究較多的是 蒸餾法中的多效蒸餾 (MED)、多級閃蒸(MSF)、 增濕 去濕 (HD)和膜法的反滲透法 (RO)，而 投入商業(yè)運行的主要 是 多效蒸餾 (MED)、多級閃蒸 (MSF)和 膜法的 反滲透 法 (RO)，表 歸納了這三種 苦咸水 淡化方法的特性 [10]。因此，本課題擬研制出一套 完全由可再生能源 — 風能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動的苦咸水淡化系統(tǒng)，并研究其熱力性能和 經(jīng)濟性能。我國幅員遼闊，海水和地下苦咸水資源豐富，在其他淡水來源受到越來越多的條件限制的情況下，開發(fā)利用海水 、地下咸水 等 苦咸水資源，進行苦咸水淡化就成為開源節(jié)流、解決我國淡水緊缺的一條有效的重要戰(zhàn)略途徑。因此，為保證我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，以及人民群眾的健康，解決淡水資源 匱乏 問題已迫在眉睫。 Thermal performance。 Then, take the design calculation for each parts of a small de salination equipment system based on system model, finally, thermal performance analysis and economic performance analysis are made for this system. The research content and results of this topic are as follows: 1. Based on the principle of horizontal pipe falling film evaporation, the desalination system which drive by wind and solar united is put forward in this paper, and anic bine with solar technology, wind energy and traditional desalination system, and mathematical model of evaporator, condenser and of the solar collectors are established. 2. According to the design goal of system, the design calculation of selection is made for system, which based on the first law of 風能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動 的小型苦咸水淡化系統(tǒng)研究 IV thermodynamics and the second law. 3. Based on the mathematical model, the evaluation i ndex are set up, which include the water yield produced daily, unit heat consumption rate of freshwater, system performance factor (COP), exergy efficiency and thermodynamic properties, the thermal performance of the system is analyzed based on the first law of thermodynamics and the second law of thermodynamics, the influence of the solar radiation to freshwater production and heat consumption rate was obtained. The research shows that: This system can have a continuous freshwater output from January to December with the condition of solar radiation in Lanzhou area, and daily freshwater production has same change trend with the radiation。 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。 研究表明：本文所設(shè)計系統(tǒng)在蘭州地區(qū)太陽輻照條件下， 1 月至 12 月都可以有連續(xù)的淡水產(chǎn)出，日淡水產(chǎn)量和日輻照強度的變化趨勢基本一致；在太陽輻射比較好的 7 和 8 月四個月，系統(tǒng)的產(chǎn)水率雖然非常高， 產(chǎn)水率最高可達到 ?h， 但濃縮比也很高。同時授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國 學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù)。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。而且，大部分淡水緊缺的地區(qū)都是能源資源相對缺乏的偏遠地區(qū)以及海島地區(qū)，交通、電力十分 不便，淡水資源的獲取不能以消耗不可再生的能源為代價。 對系統(tǒng)的黑箱模型 火用 分析顯示，系統(tǒng)熱力學(xué)完善度為 ％，可見系統(tǒng)還是有很大的改進空間的；對系統(tǒng)的灰箱模型 火用 分析顯示，系統(tǒng)的 火用 損失主要集中在蒸發(fā)器上， 因此 開發(fā)高效的蒸發(fā)器是系統(tǒng)效率提高的關(guān)鍵。 關(guān)鍵詞：風能；太陽能；苦咸水淡化；熱力性能；經(jīng)濟性能 碩士學(xué)位論文 III Abstract Freshwater resources are important life resources extremely, however, a quarter of the population are also facing the shortage of fresh water supply in the world at present, which is the most prominent in the various provinces in northwest of China. Though the brackish water desalination is the effective method to solve human water shortages, the traditional desalination technology needs lots of fossil energy and power, which is the typical way with nonrenewable energy in exchange for water, moreover, most of the fresh water shortage regions are remote or island regions where lack of energy resources relatively, the transportation, the power also very inconvenience, the obtain of freshwater resources can not consume at the cost of nonrenewable resources. According to energy distribution and energy utilization in our country39。s health if have longterm drinking。而隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展以及環(huán)境污染對水資源的破壞，地球上本已不甚豐富的淡水資源日益緊缺了。但 是，遠程調(diào)水是耗資巨大的水利工程，而且占用大量的土地，受到水源區(qū)水資源量的制約，還存在對引水地區(qū)的環(huán)境危害和間接經(jīng)濟損失等問題，因此遠距離調(diào)水正受到越來越多的質(zhì)疑。另外，在沿海地區(qū)，風能和太陽能資源十分豐富，開發(fā)風能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動的海水即苦咸水淡化系統(tǒng)也有廣泛用途 [5]。 圖 苦咸水 淡化主要方法示意圖 Methods of desalination 苦咸水淡化技術(shù)是將苦咸水中的鹽分和水分分離的技術(shù)和過程，最終得到碩士學(xué)位論文 3 淡水和濃縮鹽水。 反滲透法是一種膜分離淡化法，該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)風能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動 的小型苦咸水淡化系統(tǒng)研究 4 透過的半透膜 將苦咸水與淡水分隔開，若對苦咸水一側(cè)施加一大于苦咸水滲透壓的外壓，那么苦咸水中的純水將通過半透膜進入到淡水中，圖 為反滲透法工藝流程圖。具有設(shè)備簡單可靠，運行穩(wěn)定性高，防垢性能好，操作彈性大，易于大型化以及可利用低位熱能和廢熱等優(yōu)點，一般是與熱力發(fā)電廠聯(lián)合建設(shè)與運行，以汽輪機低壓抽氣作為熱源，以降低運行成本。當空氣中的水蒸氣含量增加時，稱為增濕，反之稱為去濕。此舉便于自主控制增濕器和冷凝器的溫度，充分回收冷凝潛熱 [16]。料液加入阻垢劑，首先引入蒸汽進入第一效蒸發(fā)器，被輸入到第一效的蒸發(fā)管內(nèi)的蒸汽在管內(nèi)冷凝，管外苦咸 水產(chǎn)生與冷凝量基本等量的二次蒸汽。 人類在 400 多年前就開始正式的研究 苦咸水 的淡化問題，使 用蒸餾法生產(chǎn)淡水開始于 1593 年 ， 之后人們開始了研究各種各樣的 苦咸水 淡化方法的旅程。最大的低溫多效淡化裝置位于以色列的 ASHDOD 電廠，日產(chǎn)淡水 19103m3。 2021 年 7 月，亞洲最大 苦咸水 淡化廠：天津大港新泉 苦咸水 淡化有限公司主體工程在天津建成，項目一期建設(shè) 苦咸水 處理能力為日產(chǎn) 10 萬噸，并最終形成日處理 15 萬噸的能力，主要為 ―大乙烯 ‖建成投產(chǎn)后提供淡化 苦咸水 ，剩余產(chǎn)能還將供給園區(qū)內(nèi)其他工業(yè)項目用水。蒸餾法由于在蒸發(fā)時需要大量的熱能，所以通常與火力發(fā)電站聯(lián)合建設(shè)與運行，而裝置的運行所消耗的能源完全由火力電站的電能和熱能提供 ， 同時火力發(fā)電本身也需大量用水 ，這又加劇能源緊缺 ， 造成新的水質(zhì)和大氣污染。在主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)中 ， 由于配備有集熱器等附屬設(shè)備 ， 使它的運行溫度得以大幅度提高 ， 其內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程得以改善。在西北地區(qū)特別是靠近偏遠地區(qū)，人口分部相對稀疏，交通、電力十分不便，大型的苦咸水淡化設(shè)備并不適用。 Mazharul Islam 等人研究了垂直軸風力機攻角的變化情況，并討論了動量模型、旋渦模型在風力機氣動性能計算時的優(yōu)缺點。故本課題 將設(shè)計一套完全由 風能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動的小型的苦咸水淡化系統(tǒng) ，并對其性能進行分析 。 （ 3）在風能和太陽能聯(lián)合驅(qū)動的苦咸水淡化系統(tǒng)物理模型和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上， 建立 基于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律 的系統(tǒng) 熱力學(xué)模型， 并 對系統(tǒng)進行能分析和 火用 分析，評價系統(tǒng)的熱力學(xué)性能。 淡化技術(shù)原理 橫管降膜蒸發(fā) 橫管降膜蒸發(fā) 技術(shù) 是 在 20 世紀 70 年代發(fā)展起來的，又稱水平管降膜蒸發(fā) ，主要應(yīng)用于 橫管多效蒸發(fā)系統(tǒng) Horizontal Tube(HTMED)[34]。管內(nèi)用蒸汽進行加熱，通過管壁與液膜進行熱交換，使液膜升溫。基于該技術(shù)的橫管降膜蒸發(fā)器由多排橫管組成，在上一層管外壁上蒸發(fā)的余液落至下一層管上繼續(xù)蒸發(fā)，隨著蒸發(fā) 的持續(xù)進行，液膜厚度不斷減小。 碩士學(xué)位論文 17 圖 水蒸氣定壓發(fā)生過程示意圖 Schematic diagram of water vapor occurs at constant pressure 圖 (a)(b)為水的預(yù)熱過程 —由未飽和水轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡退倪^程。 圖 為對應(yīng)的水蒸氣定壓發(fā)生過程的 p