【文章內(nèi)容簡介】 ,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 水淡化方法和多級閃蒸海水淡化方法同屬蒸餾法 ,產(chǎn)品水純度高。但多效蒸餾可利用較多 級閃蒸更低的低位熱源 ,能量消耗更低。但是設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 ,不利于小型化發(fā)展。目 前世界上的淡化裝置絕大多數(shù)都是采用低溫多效蒸餾 .,也是被許多專家 稱為最節(jié)能的淡化方法之一【妒。 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。其優(yōu)點(diǎn) 過程效率高、比能耗低 ,結(jié)構(gòu)緊湊。但是壓汽機(jī)造價較高 ,易腐蝕和結(jié)垢 ,難于進(jìn)一步 大型化。 反滲透法 反滲透法是指利用半透膜將海水與淡水隔離開只允許溶劑通過 ,并在海水側(cè)施 加大于自然滲透壓的外壓 ,從而使海水中的純水反向滲透到淡水側(cè) ,實(shí)現(xiàn)淡水從海水中 的分離。反滲透法在運(yùn)行過程中不存在相變 ,能量消耗較少 ,有較好的發(fā)展?jié)摿Α尽? 電滲析 電滲析法的工作原理為 :對海水溶液施加強(qiáng)電場之后 ,使海水 溶液中的正負(fù)離子分 別向陰陽極移動 。同時將具有選擇透過性的正負(fù)離子交換膜交替排列 ,形成多個獨(dú)立的 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 腔室 ,使得離子被離子交換膜隔離在特定的腔室中 ,從而在相鄰的腔室中得到了淡水。 電滲析技術(shù)只能除去海水中的鹽分 ,而不能除去其他的有機(jī)物 ,而且容易發(fā)生結(jié)垢問題 , 很少在大型淡化裝置中應(yīng)用。 ..傳統(tǒng)海水淡化的能耗及環(huán)境問題 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 ,但是目前絕大多數(shù)海 水淡化工程依靠傳統(tǒng)能源來運(yùn)行 ,比如蒸餾法主要使用熱能 ,而反滲透法和電析法則依 賴電能。幾種傳統(tǒng)海水 淡化技術(shù)的能耗如表 .所示【’ ,各種供水方式耗能見表 .。 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)表明 ,到年 ,如果采用常規(guī)海水淡化技術(shù)和常規(guī)能源生產(chǎn)淡水來解決 淡水短缺問題 ,中國需要消耗能量 .. ,占全年總發(fā)電量的 .% .%【。這對本來就缺電的中國造成了不小的壓力。常規(guī)的海水淡化技術(shù)不僅高耗能 , 而且對環(huán)境的危害十分嚴(yán)重。據(jù)澳大利亞研究機(jī)構(gòu)對悉尼一家日產(chǎn)淡水萬噸的海水淡 化廠進(jìn)行的調(diào)查顯示 ,其平均耗能為 .嫻 /,相當(dāng)于生產(chǎn)水即從悉尼主要的煤 電廠排放 .二氧化碳 ,而該廠的二氧化碳排放量達(dá)到 .萬噸 ,這相當(dāng)于生產(chǎn)的 水需要燃燒升的汽油【。因此 ,尋求新能源實(shí)現(xiàn)海水淡化必將成為今后的發(fā)展趨勢。 表 .幾種海水淡化過程中的耗能情況 .注 :假定電能的轉(zhuǎn)化率為 %。/表示生產(chǎn)淡水所需要消耗的能量值。 表 .各種供水方式的運(yùn)行能耗 .供水方式 運(yùn)行能耗 ??. 海水淡化 . . 跨流域調(diào)水 . 污水再利用 . 抽取深層地下水 河道取水 . 基于太陽池的海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的研究 .太陽能海水淡化技術(shù) ..太陽能海水淡化的發(fā)展?fàn)顩r 為了解決能源危機(jī)、水資源短缺和環(huán)境污染等問題 ,人們將目光轉(zhuǎn)向可再生能源的 利用上。太陽能作為一種潔凈能源 ,是可提供地球的穩(wěn)定能源之一。 因此 ,利用太陽能 進(jìn)行海水淡化是一種很有前景的技術(shù)手段。 人類利用太陽能進(jìn)行海水淡化已經(jīng)有了長足的發(fā)展。早在年 ,就使 用安裝在支架上的大型玻璃透鏡 ,將太陽光聚焦在長頸瓶中 ,進(jìn)行太陽能蒸餾。年 , 描述了利用鍍銀的玻璃反射鏡聚光 ,來用于太陽能蒸餾的整個過程。年 在智利北部建造了世界上第一個大型太陽能海水淡化裝置 ,此系統(tǒng)一直運(yùn)行了余年。 年通過實(shí)驗(yàn)研究了利用平板型太陽能集熱器與盤式太陽能蒸餾器相結(jié)合的 裝置 ,但是太陽能蒸餾在當(dāng)時并未引起重視。在一戰(zhàn)之后 ,太陽能蒸餾法逐漸引起了 人們的興趣。比如當(dāng)時研制出來的頂棚式 、傾斜幕芯式、傾斜盤式以及充氣式太陽能蒸 餾器等 ,極大地解決了當(dāng)時人們的淡水供應(yīng)問題。近年來人們對新穎的太陽能蒸餾的研 究層出不窮。比如 ,年就最早提出了在盤式太陽能蒸餾器中附加加熱器的 想法 ,來提高盤式太陽能蒸餾裝置單位面積的產(chǎn)量【粥。和在年研究了利 用平板式太陽能集熱器和盤式太陽能蒸餾器相結(jié)合的裝置 ,進(jìn)而推動了該項(xiàng)工作的發(fā)展 。最近二十年 ,將太陽能集熱器與低溫多效蒸餾或多級閃蒸結(jié)合起來的研究越來越多。 如日本在高見島建造了一個效的太陽能海水淡化裝置 ,該裝置將真空玻璃管集熱器和 多效蒸餾組合起來 ,日產(chǎn)水能力 。另外太陽能與反滲透相結(jié)合也是海水淡化發(fā)展的 一個方向。如 ,沙特年在吉沙投入運(yùn)營的太陽能反滲透海水淡化工廠。研究者還將 太陽能利用與電滲析結(jié)合起來嘗試研究 ,如日本在高見島建成了產(chǎn)水能力為 的平板 集熱器與高溫電析槽相結(jié)合的海水淡化實(shí)驗(yàn)廠。 我國的太陽能海水淡化技術(shù)的研究始于七十年代 ,在八十年代初期 ,中科院廣州能 源研究所完成了空氣飽和式太陽能蒸餾器的研究 。并在年在嵊泗島建造了我國第一 個較為實(shí)用的太陽能蒸餾系統(tǒng)。九十年代后 ,天津大學(xué)、西北工大以及西安交大等高校 也對太陽能海水淡化技術(shù)進(jìn)行了研究 ,并研制出了多種新式太陽能海水淡化實(shí)驗(yàn)裝置。 西北工業(yè)大學(xué)提出了“新型閉式太陽能海水淡化裝置 ,天津大學(xué)提出了“回收潛熱的太 陽能蒸餾器’’以及中科大提出的“降膜蒸發(fā)氣流吸附太陽能蒸餾器等。年華 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 瑞科技與北京大學(xué)合作研制了太陽能海水淡化樣機(jī) ,對太陽能海水淡化的應(yīng)用進(jìn)行了深 刻的研究。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柲芎Ｋ到y(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。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,截至到年底 ,中國太 陽能日淡化海水能力接近萬噸。而在反滲 透法、蒸餾法等主流海水淡化關(guān)鍵技術(shù)方面均取得了突破。雖然國內(nèi)太陽能海水淡化基 本具備了產(chǎn)業(yè)化條件 ,但研究水平及創(chuàng)新能力、裝備的開發(fā)制造能力等方面與國外仍有 較大的差距。 ..太陽能海水淡化技術(shù)的分類 太陽能海水淡化方法可分為直接法和間接法兩大類。直接法是將集熱部分和脫鹽部 分集于一體的方法。而間接法則是將集熱部分和脫鹽部分分開的方法。一般來說 ,直接 法占地面積較大 ,且效率低 ,在早期的海水淡化中應(yīng)用較多。目前開發(fā)的太陽能海水淡 化系統(tǒng)主要以間接法為主一。以下將對太陽能海水 淡化的分類進(jìn)行簡單介紹。 直接法 直接法是利用太陽能集熱器直接加熱海水 ,蒸餾得到淡水的方法。它一般分為淺盤 型、傾斜型和多效型三類印。 淺盤型它由盛水的淺盤和透明罩組成。太陽光透過透明罩照到盤內(nèi)的黑色物質(zhì)上 , 使盤內(nèi)的海水升溫 ,從而產(chǎn)生蒸汽。 蒸汽碰到透明罩被外界的空氣冷卻 ,凝結(jié)成水滴 ,流 到淡水收集槽中 ,濃縮的海水在析出水垢之前排出。這種方法的產(chǎn)水量比較低。 傾斜型又分為傾斜淺盤型和傾斜吸水毛型兩種。傾斜淺盤型的工作原理和淺盤型一 樣 ,只是使水盤改成傾斜式 ,提高了聚光率和蒸發(fā)。此種方法比淺盤型的產(chǎn)水量提高 約 %%,但是技術(shù)難度較大。傾斜吸水毛型是在傾斜型的水盤上安放吸水毛來儲存海 水 ,降了海水層深度 ,來減少熱容提高產(chǎn)水量。 多效型由于淺盤型和傾斜型將蒸汽凝結(jié)時放出的熱量浪費(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。工作原理為在集熱板反面設(shè)有吸水毛 , 用來儲存海水 ,集熱板經(jīng)太陽光加熱之后 ,海水因受熱而蒸發(fā)。蒸發(fā)出的水蒸氣遇到下 面冷的隔板后被冷卻成淡水滴 ,而凝結(jié)時揮發(fā)的熱量再加熱隔板反面吸水毛中的海水 , 使之蒸發(fā)。因此經(jīng)過反復(fù)蒸發(fā)一濃縮一再蒸發(fā) ,最后通過最下層的散熱板把余熱排出。此 方法產(chǎn)水量大約為淺盤型的 .倍。此法的關(guān)鍵問題是需要妥善解決吸水毛材料、粘 附劑及集熱板的防海水腐蝕問題。 基于太陽池的海水淡化與發(fā)電集成系統(tǒng)的研究 間接法’ . 間接法就是用太陽能集熱裝置將光能轉(zhuǎn)變成熱能 ,或者利用太陽能電池把光能變成 電能作為海水淡化裝置的能源來制取淡水。除了和傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)的所需供熱源或電 能提供方式不同 ,太陽能海水淡化裝置的工作原理和傳統(tǒng)的淡化方式基本相同。已經(jīng)取 得階段性成果并有推廣前景的技術(shù)主要是太陽能多級閃蒸系統(tǒng)、太陽能多效蒸餾系統(tǒng)和 太陽能壓縮蒸餾系統(tǒng)。例如 ,科威特已建成了一個 利用的槽形拋物面太陽能集熱 器和升的貯熱罐為級閃蒸系統(tǒng)供熱的太陽能海水淡化裝置 ,每天淡水產(chǎn)量接近 噸。在日本、墨西哥和阿布扎比等地區(qū)也建有類似的裝置 ,每天產(chǎn)淡水近千噸。 另外 ,利用太陽能發(fā)電結(jié)合反滲透海水淡化及冷凍法等方面的研究也取得了進(jìn)展。比如 科威特建成了利用點(diǎn)聚焦拋物面太陽能熱發(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。在沙特阿拉伯 ,建成了一個采光面積 ,用點(diǎn)聚焦集熱發(fā) 電為間接冷凍法海水淡化工廠供電的綜合系統(tǒng) ,每天產(chǎn)水量達(dá)噸?？梢娪锰柲? 。 發(fā)電來制備淡水的前景也是很廣闊的。 ..傳統(tǒng)太陽能海水淡化技術(shù)的缺陷 目前國內(nèi)外仍是以發(fā)展太陽能蒸餾技術(shù)為主 ,而利用太陽能發(fā)電進(jìn)行海水淡化 ,雖 在技術(shù)上沒有太大障礙 ,但經(jīng)濟(jì)上仍不能跟傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)相比擬。而且傳統(tǒng)的太陽 能蒸餾器運(yùn)行溫度過低 ,雖然科學(xué)家設(shè)計(jì)了多種傳統(tǒng)太陽能蒸餾器配備其他太陽能集熱 器的方案 ,但是這些方案再提高產(chǎn)水量的同時卻大大提高了設(shè)備的運(yùn)行成本。綜合分析 發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)太