【正文】 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(shí)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。一般經(jīng)過三個(gè)階段：預(yù)熱階段；汽化階段；過熱階段 [37]。同時(shí)，由于可以實(shí)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。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。 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。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?yàn)檫@種方式穩(wěn)定可靠、便于操作和維修。對(duì)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。 碩士學(xué)位論文 15 第 2 章 風(fēng)能和太陽(yáng)能聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的小型苦咸水淡化系統(tǒng) 主動(dòng)式太陽(yáng)能多效蒸餾裝置 由于 產(chǎn)水量高 等 優(yōu)點(diǎn)被 國(guó)內(nèi)外學(xué)者 廣泛重視，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行成本及固定資本的投入相對(duì)較高， 導(dǎo)致 在西北地區(qū) 并不事宜， 特別是靠近偏遠(yuǎn)地區(qū)，人口分部相對(duì)稀疏，交通、電力十分不便的情況下，而 且裝置中泵組件對(duì)電能的消耗也一直是限制其應(yīng)用的主要因素之一。 （ 5）對(duì)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(jì)將苦咸水以噴淋的形式，噴淋到換熱盤管上，以加強(qiáng)換熱； （ 3）通過外力使鹽水表面的空氣強(qiáng)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(qiáng)化了冷凝效果。 從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看到關(guān)于太陽(yáng)能苦咸水淡化系統(tǒng)及風(fēng)力機(jī)研究成果已經(jīng)相當(dāng)多，但還有很多不足和需要進(jìn)一步拓展的領(lǐng)域： （ 1）現(xiàn)有的太陽(yáng)能苦咸水淡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常都很復(fù)雜，運(yùn)行成本及固定資本的投入相對(duì)較高，而且多為大型設(shè)備的系統(tǒng)； （ 2）現(xiàn)有的太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)由于系統(tǒng)的循環(huán)是靠電力帶動(dòng)水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，這不但消耗了能源，而且也導(dǎo)致這種形式的淡化水的成本優(yōu)勢(shì)的削弱； （ 3） 垂直軸風(fēng)力機(jī) 特點(diǎn)突出，但對(duì)其研究還不多 。目前，研究最多，應(yīng)用最廣泛 的用于垂直軸風(fēng)力機(jī)的計(jì)算模型主要有動(dòng)量模型、旋渦模型和激射模型，但是，在垂直軸風(fēng)力機(jī)實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，最常用的仍然是動(dòng)量理論與葉素理論。 風(fēng)能和太陽(yáng)能聯(lián)合驅(qū)動(dòng) 的小型苦咸水淡化系統(tǒng)研究 12 圖 直葉片垂直軸風(fēng)力機(jī) Straight blade vertical axis wind turbine 中國(guó)最早利用風(fēng)能的形式就是垂直軸風(fēng)車，但垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)明直到 20 世紀(jì) 20 年代才開始出 現(xiàn)（ Savonius 式風(fēng)輪 —1924 年， Darrieus 式風(fēng)輪——1931 年）。國(guó)內(nèi)外關(guān)于風(fēng)力機(jī)的研究多為水平軸風(fēng)力機(jī)，其風(fēng)能利用系數(shù)較高，是目前世界上的主流風(fēng)力機(jī)，技術(shù)已發(fā)展的比較成熟 [30]。 現(xiàn)在人們研究較多的是太陽(yáng)能多效蒸餾系統(tǒng)，如圖 所示，它是將傳統(tǒng)的多效蒸餾中的鍋爐等熱源由一太陽(yáng)能集熱裝置代替，它繼承了傳統(tǒng)多效蒸餾地將水蒸氣的凝結(jié)潛熱和熱鹽水的顯熱再循環(huán)加以利用的優(yōu)點(diǎn)，而且由太陽(yáng)能代替了不可再生能源的消耗，裝置更加節(jié)能、環(huán)保 [29]。該過程通過外力使鹽水表面的空氣強(qiáng)制循環(huán)，這有利于提高鹽水的汽化效率；同時(shí)，該裝置采用分離的冷凝器也強(qiáng)化了冷凝效果。圖 為一種被動(dòng)式太陽(yáng)能苦咸水淡化裝置 — 單極盤式太陽(yáng)能蒸餾器，太陽(yáng)輻射透過玻璃蓋扳 ,一部分從水面反射 ,其余的通過盛水槽中的黑色襯里被水體吸收 ,使苦咸水溫度 升高 ,并使水蒸發(fā) ,蒸發(fā)的水蒸汽遇蓋板冷凝成水珠 ,沿著傾斜的蓋板流入集水槽中被收集，得到淡水 [25]。 圖 單極盤式太陽(yáng)能蒸餾器 Solar stills disc monopole 國(guó)內(nèi)外關(guān)于太陽(yáng)能苦咸水淡化的研究已有很多。但是由于反滲透淡化 過程 需要加壓 ， 耗用較大能量；同時(shí) RO 技術(shù)對(duì)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，成本較高，設(shè)備也復(fù)雜。 經(jīng)過多年的科技攻關(guān)，中國(guó)在 苦咸水 淡化技術(shù)方面取得重大突破，技術(shù)經(jīng)濟(jì)日趨合理。 碩士學(xué)位論文 9 在中國(guó)， ―向海洋要淡水 ‖已經(jīng)形成了方興未艾的產(chǎn)業(yè)。 圖 世界苦咸水淡化裝置生產(chǎn)容量的增長(zhǎng)趨勢(shì) 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。從上世紀(jì)七十年代至今，大部分沿 海國(guó)家都開始著手研究苦咸水淡化技術(shù)。 目前，無(wú)論是中東的產(chǎn)油國(guó)還是西方的發(fā)達(dá)國(guó)家，都建設(shè)有相當(dāng)規(guī)模的 苦咸水 淡化廠。 造水比 (GOR)是所得淡水 (蒸餾水 )的重量與所耗加熱蒸汽的重量之比，是淡化廠經(jīng)濟(jì)效益的直接體現(xiàn)。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。它是由若干個(gè)單效蒸餾組成的系統(tǒng)，每一組蒸發(fā)器即為一效。其原理是利用一個(gè)平板式太陽(yáng)能集熱器來(lái)加熱 苦咸水 ，用風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣完成一個(gè)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(gè)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(lái)預(yù)熱 苦咸水 [18]。但是在同一空間內(nèi)進(jìn)行增濕 去濕過程中，冷凝器與蒸餾器溫差小，冷凝器的總傳熱系數(shù)小，為了充分回收冷凝潛熱就需要增大冷凝面積，并且在為 了避免操作壓力過高，同一空間內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流的流速不能太高，因此增濕 去濕淡化過程進(jìn)行不充分。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(dòng)力下，液體表面的組分吸收來(lái)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。 增濕 去 濕 (HD) 增濕 去濕 淡化方法由傳統(tǒng)的蒸餾淡化發(fā)展而來(lái)，它是在蒸餾過程中引入流動(dòng)的空氣作為水蒸汽的載體，并將蒸發(fā)室與冷凝室分離，使其溫度可以獨(dú)立控制；載氣在蒸發(fā)室中被鹽水增濕 成為濕空氣 ， 濕空氣 攜帶一定量的水蒸汽進(jìn)入冷凝室， 經(jīng) 過冷凝去濕得到淡水 ，并 預(yù)熱進(jìn)料鹽水使冷凝潛熱得到回收 [13]。在海灣國(guó)家，由于石油比較豐富，水溫較高，鹽度高等原因，多級(jí)閃蒸技術(shù)應(yīng)用得比較多。 多級(jí)閃蒸可用于以火電廠或核電廠的背壓或抽汽式透平的低位蒸汽為熱源的大型 苦咸水 淡化工程，為高中壓鍋爐提供優(yōu)質(zhì)脫鹽水，也可提供生活用淡水[12]。但是 因?yàn)?反滲透淡化過程需要加壓，耗用較大能量；同時(shí)RO 技術(shù)對(duì)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。 表 大型 苦咸水 淡化技術(shù)的比較 Compares of different methods MED MSF RO 預(yù)處理要求 低 低 非常高 結(jié)垢 低 中等 中等 腐蝕 低 低 非常低 操作性 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 投資 高 最高 較低 耗電量 kWh/m3 蒸汽耗量 (8:15)1GOR 10:1GOR 無(wú) 濃縮系數(shù) 苦咸水 頂溫 70℃ 110℃ 常溫 進(jìn)水壓力 水質(zhì) 5ppm 5ppm 100200ppm 單裝置容量 大中型 超大型 中小型 可靠性 高 很高 依賴預(yù)處理 主要能源 蒸汽、電 （熱能、電能） 蒸汽、電 （熱能、電能） 機(jī)械能 （電能） 典型單機(jī)產(chǎn)水能力 300036000 m3/d 300070000 m3/d 120210 m3/d 反滲透法 (RO) 反滲透是一種以壓力為驅(qū)動(dòng)力的膜分離過程。 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(jí) 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)。 苦咸水淡化 技術(shù) 概述 目前苦咸水還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定義，但一般把含鹽量大于 1000mg/L 的水稱為苦咸水，也把含氯化物大于 800mg/L 或硫酸鹽大于 400mg/L 的水稱為苦咸水 [8]?，F(xiàn)有的太陽(yáng)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(shí)也增加了淡化水的成本。然而，大部分淡水風(fēng)能和太陽(yáng)能聯(lián)合驅(qū)動(dòng) 的小型苦咸水淡化系統(tǒng)研究 2 緊缺的地區(qū)都是能源資源相對(duì)缺乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)以及海島地區(qū)，交通、電力十分不便。通過建水庫(kù)、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(lái)的方法，既有利于防汛抗?jié)?，又有利于水資源的利用。 解決淡水資源匱乏的問題，一般主要采用以下方法： 就近引水或跨流域引水； 在河口、海灣蓄積淡水或修建水庫(kù)蓄水； 淡化苦咸水。估計(jì)到 2025 年，全世界將有近 1/3的人口（ 23 億）缺水，波及的國(guó)家和地區(qū)達(dá) 40 多個(gè)。 Economic performance 碩士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒 論 課題背景及意義 淡 水是人類賴以生存和發(fā)展最重要的，且不可替代的自然資源。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。 in May, June, July and August which the solar radiation is better, the water production rate of this system is very high, the highest water production rate of this system may achieve ?h, but the concentration factor is also very high. In this four months , increased spray appropriately can reduce the amount of scaling formation, and freshwater production can also increase. The coefficient of performance of the system in most of the mont h is over , we can see the effects of system operating in most of the month are better. From the exergy analysis of the black box model, we can find that system thermodynamics sophistication is % and the system still has much space for improvement. From the exergy analysis of gray box model, we can find that the system exergy losses mainly occurred in the evaporator and the key of enhance the system efficiency is exploiting the highefficient evaporator. 4. Using the method of dynamic economic to appraise the entire results showed that the four evaluation indices, include the present value, benefit, the internal returns ratio and the investment Recovery period are in line with the requirements. The promotion of this set of devices can generate good value