【正文】 development of the multistage flash distillation process: A designer39。s viewpoint, Desalination, 93 (1993) 57681A. Hussain, A. Woldai, and A. A1Radif. Modelling and simulation of a multistage flash (MSF) desalination plant, Desalination, 97 (1994) 555 586張有剛,李琳,陳明玉，龔廣杰，黃鑫炎。太陽能海水淡化技術。太陽能。李正良，鄭宏飛，附錄1附錄1一、 選題意義淡水是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)之一。人體的60％ 是液體，其中主要是水。水對人體健康至關重要，一旦失去體內(nèi)水分10％ ，生理功能即嚴重紊亂；失去水分20％ ，人很快就會死亡。 　　就人均占有量來說，中國在水資源方面是一個窮國。據(jù)測算，我國人均占有水量只居世界的第 108 位。我國海岸線長，一些島嶼和沿海鹽堿地區(qū)以及內(nèi)陸苦咸水地區(qū)均屬缺乏淡水的地區(qū)。這些地區(qū)的人們由于長期飲用不符合衛(wèi)生標準的水，產(chǎn)生了各種病癥，直接影響著他們的身體健康和當?shù)氐?經(jīng)濟建設。因此，解決淡水供應不足是我國面臨的一個嚴峻問題。 　　為了增大淡水的供應，除了采用常規(guī)的措施，比如就近引水或跨流域引水之外，一條有利的途徑就是就近進行海水或苦咸水的淡化，特別是對于那些用水量分散而且偏遠的地區(qū)更適宜用此方法。對海水或苦咸水進行淡化的方法很多，但常規(guī)的方法，如蒸餾法、離子交換法、滲析法、反滲透膜法以及冷凍法等，都要消耗大量的燃料或電力。據(jù)報道，截至1990 年，全世界已安裝的海水淡化裝置的產(chǎn)水能力為13，000，000立方米／天。到2000年，這個數(shù)字已經(jīng)翻了一倍。淡化水的迅速增加，就會產(chǎn)生一系列的問題，其中最突出的就是能源的消耗問題。據(jù)估計，每天生產(chǎn)13，000，000立方米 的淡化水，每年需要消耗原油I．3億噸。即使人們支付得起這筆燃料的費用，但地球的溫室效應、空氣污染等也告示人們必須謹慎從事。因此，尋求用太陽能來進行海水淡化，必將受到人們的青瞇。二、 論文綜述中國太陽能海水淡化技術的研究，走過了近 25年的歷史，取得了可喜的成績。綜觀整個研究過程，基本可分為3個階段。第一階段在上世紀整個 80年代至90年代初期。這個階段是中國太陽能海水淡化技術研究的起步階段．也是中國太陽能熱利用研究的起步階段。那時，包括太陽能蒸餾器在內(nèi)的許多太陽能應用技術，如太陽能干燥器、太陽能熱水器、太陽能集熱器、太陽房以及太陽能聚光器等都吸引了許多科學家進行研究。但由于是起步階段，所以整個研究都處于較低的水平上，如對太陽能海水淡化技術的研究，基本都集中在單級盤式太陽能蒸餾器上。第二階段在上世紀 90年代初到90年代末。此階段上，許多研究者逐步認識到了盤式太陽能蒸餾器的缺陷。在設法減少裝置中海水的容量方面，采取了梯級送水、濕布芯送水以及在海水表層加海綿等方式，大大減小了裝置中的海水存量，使裝置中待蒸發(fā)的海水溫度得到進一步提高，也使裝置更快地有淡水產(chǎn)出，延長了產(chǎn)水時間，提高了裝置的產(chǎn)水效率。在回收水蒸汽的凝結潛熱方面，實驗了多級迭盤式太陽能蒸餾器以及其他回收水蒸汽潛熱的太陽能蒸餾器。采取這些措施之后，裝置的總效率提高到了約 50％ 。 上世紀90年代末至現(xiàn)在，對太陽能海水淡化技術的研究進入到了第三個階段。在總結和分析了第二階段的研究成果后，人們發(fā)現(xiàn)：盡管采取了許多被動強化傳熱傳質(zhì)措施，如減小裝置中海水的容量、多次回收蒸汽的凝結潛熱等，仍不能滿足用戶的要求，即太陽能蒸餾器的經(jīng)濟性仍然不夠理想。分析發(fā)現(xiàn)，裝置內(nèi)自然對流的傳熱傳質(zhì)模式是限制裝置產(chǎn)水率提高的主要因素。于是研究者紛紛選擇了對主動式(加有動力，如水泵或風機等)的太陽能蒸餾器的研究。此期間出現(xiàn)了氣流吸附式、多級降膜多效回熱式、多級閃蒸式等許多新穎的太陽能海水淡化裝置，裝置的總效率也有了較大提高，達到 80％ 左右 (包括電能的消耗)。三、 研究步驟完成30噸/日太陽能海水淡化所需太陽能聚光裝置的選材與設計完成海水淡化所需熱能的熱交換器選型、設計與計算完成海水淡化蒸發(fā)器與冷凝器的設計與計算完成裝置的整體設計與主要部件的強度校核四、 論文工作進度安排1—4周 檢索相關技術資料，熟悉畢業(yè)課題，完成外文翻譯完成開題報告5—8周 完成初步方案設計，進行儲熱和強度計算9—12周 完成裝置的總體結構設計，繪制設備總圖13—16周 繪制裝置的零部件圖17—18周 撰寫設計說明書 畢業(yè)答辯五、 參考資料[J]．，4：56張有剛,李琳,[J].楊金煥．太陽能發(fā)電的新時代．：2426秦思昌，（給水排水）.田禾，張于峰，江菊元。鄭宏飛，楊英俊，》六、 導師意見 指導教師（簽字） 年 月 日七、 審核意見： 審查結果：通過； 完善后通過；　　未通過 負責人（簽字）：　　　　 年 月 日附錄2附錄2一、 前言淡水是人類社會賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)之一。地球表面積約為5．1億平方公里，其中海洋面積就占據(jù)了它的 70．8％ 。海洋的平均深度約為 3800米，所以地球上的總水量約有近14億立方公里。若從地球上人均占有水量來看，水資源是十分豐富的，人類似乎不應有缺水之虞。然而，由于含鹽度太高而不能直接飲用或灌溉的海水占據(jù)了地球上總水量的97％ 以上，僅剩的不到3％ 的淡水，其分布也極其不均，它的 3／4被凍結在地球的兩極和高寒地帶的冰川中，其余的從分布上說，地下水也比地表水多得多(多37倍左右)。剩下的存在于河流、湖泊和可供人類直接利用的地下淡水已不足 0．36％ 。就人均占有量來說，中國在水資源方面是一個窮國。據(jù)測算，我國人均占有水量只居世界的第 108 位。我國海岸線長，一些島嶼和沿海鹽堿地區(qū)以及內(nèi)陸苦咸水地區(qū)均屬缺乏淡水的地區(qū)。這些地區(qū)的人們由于長期飲用不符合衛(wèi)生標準的水，產(chǎn)生了各種病癥，直接影響著他們的身體健康和當?shù)氐?經(jīng)濟建設。因此，解決淡水供應不足是我國面臨的一個嚴峻問題。二、 課題國內(nèi)外現(xiàn)狀人類利用太陽能淡化海水， 已經(jīng)有很長的歷史。它的優(yōu)點是不消耗外能、運行費用低、設備簡單等。人類最早的有文獻記載的太陽能淡化海水的工作，是15世紀由一名阿拉伯煉丹術士實現(xiàn)的，他使用拋光的大馬士革鏡進行太陽能蒸餾。l862年，Lavoisier使用安裝在支架上的大型玻璃透鏡，將太陽光聚焦在一個長頸瓶中，進行太陽能蒸餾。我國對太陽能海水淡化技術的研究也有較好的基礎。早在上個世紀80年代初，廣州能源研究所即開展了太陽能海水淡化技術的研究，完成了空氣飽和式太陽能蒸餾器的試驗研究。接著，中國科學技術大學也進行了一系列的太陽能蒸餾器的研究，并在理論上進行了探討，對海水的濃度、海水中添加染料及裝置的幾何尺寸等因素對海水蒸量的影響進行了實驗，給出了有益的結果。進入上世紀90年代后，天津大學、西北工業(yè)大學、西安交通大學等單位也加入到了太陽能海水淡化技術研究的行列，提出了一系列新穎的太陽能海水淡化裝置的試驗機型，并對這些試驗機型進行了理論和實驗研究。比較有代表性的有西北工業(yè)大學提出的“新型高效太陽能海水淡化裝置”、天津大學提出的“回收潛熱的太陽能蒸餾器”、中國科學技術大學提出的“降膜蒸發(fā)氣流吸附太陽能蒸餾器”等，使太陽能海水淡化技術有了較大進步。進入本世紀以后，太陽能海水淡化技術進一步成熟。其中西安交通大學、北京理工大學等提出了“橫管降膜蒸發(fā)多效回熱的太陽能海水淡化系統(tǒng)”，試制出了多個原理樣機，并對樣機進行了實驗測試和理論研究。三、 小結未來的太陽能海水淡化技術，在近期內(nèi)將仍以蒸餾方法為主。利用太陽能發(fā)電進行海水淡化，雖在技術上沒有太大障礙，但在經(jīng)濟上仍不能跟傳統(tǒng)海水淡化技術相比擬。比較實際的方法是，在電力缺乏的地區(qū)，利用太陽能發(fā)電提供一部分電力，為改善太陽能蒸餾系統(tǒng)性能服務。 近年來，由于中溫太陽能集熱器的應用日益普及，比如真空管型、槽形拋物面型集熱器以及中溫大型太陽池等，使得建立在較高溫度段(75℃ )運行的太陽能蒸餾器成為可能。也使以太陽能作為能源，與常規(guī)海水淡化系統(tǒng)相結合變成現(xiàn)實，而且正在成為太陽能海水淡化研究中的一個很活躍的課題。由于太陽能集熱器供熱溫度的提高，太陽能幾乎可以與所有傳統(tǒng)的海水淡化系統(tǒng)相結合(傳統(tǒng)的以電能為主的海水淡化系統(tǒng)在此暫不考慮)。已經(jīng)取得階段性成果并有推廣前景的主要有：太陽能多級閃蒸系統(tǒng)、太陽能多級沸騰蒸餾系統(tǒng)和太陽能壓縮蒸餾系統(tǒng)等。例如，科威特已建成了利用220m178。的槽形拋物面太陽能集熱器及一個7000升的貯熱罐為達l2級的閃蒸系統(tǒng)供熱的太陽能海水淡化裝置，每天可產(chǎn)近 l0噸淡水。該裝置可在夜間及太陽輻射不理想的情況下連續(xù)工作，其單位采光面積每天的產(chǎn)水量甚至超過傳統(tǒng)太陽能蒸餾器產(chǎn)水量的l0倍。理論計算表明，多級沸騰蒸餾比多級閃蒸系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點，在擁有相同性能系數(shù)的條件下，它所需的級數(shù)更少、耗能更低，所需的外界功量也更少。太陽能蒸汽壓縮系統(tǒng)也具有廣闊的前景，特別在電能相對便宜的地區(qū)。到今天，人們進一步認識到，太陽能海水淡化裝置的根本出路應是與常規(guī)的現(xiàn)代海水淡化技術緊密結合起來，取之先進的制造工藝和強化傳熱傳質(zhì)新技術，使之與太陽能的具體特點結合起來，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，才能極大地提高太陽能海水淡化裝置的經(jīng)濟性，才能為廣大用戶所接受，也才能進一步推動我國的太陽能海水淡化技術向前發(fā)展。四、 參考文獻張有剛,李琳,陳明玉，龔廣杰，黃鑫炎。太陽能海水淡化技術。太陽能。李正良，鄭宏飛，附錄3附錄3太陽能熱海水淡化技術Hakim Mohamed Qiblawey, Faze Banta. Box 3030, 22110 Ibid, JordanEmail: hazim@Received 19 December 2006。 accepted 3 January 2007摘要在熱脫鹽過程中太陽能是最有前途的應用可再生能源之一。太陽能海水淡化可以是直接的,利用太陽能產(chǎn)生的直接蒸餾太陽能集熱器?；蜷g接的相結合，如傳統(tǒng)的多級閃蒸海水淡化技術，海水淡化，組織（MSF），蒸汽壓縮（VC）的，（滾裝）反滲透，膜蒸餾（博士）和電滲析，與熱發(fā)電太陽能集熱器。太陽能水淡化直接與間接的技術要求比較大片土地，并有相對較低的生產(chǎn)力。不 過，這是競爭的間接海水淡化廠在小規(guī)模生產(chǎn)，由于其相對低廉的成本和簡單。本文介紹幾種海水淡化技術在發(fā) 展商業(yè)和試驗階段。主要重點是適合于這些技術在邊遠地區(qū)使用，尤其是那些可以被納入到太陽熱能系統(tǒng)。關鍵詞：太陽能，海水淡化，太陽能蒸餾器一、 導言在缺乏飲用水一大問題在世界干旱地區(qū)，淡水變得非常稀缺和昂貴。清潔飲用水水是最重要的國際之一今天的健康問題。而最嚴重的領域水資源短缺是溫暖干旱國家中東和北非（MENA）地區(qū)。這些地區(qū)的特點是增加地下水鹽堿化和頻繁降雨。那個越來越多的人口增長合計不斷增加的工業(yè)和農(nóng)業(yè)世界各地的活動，應有助于耗竭和淡水資源的污染。海水淡化是人類最早的形式之一水處理，它仍是一個流行的治療世界各地的解 決方案。在大自然中，太陽能海水淡化產(chǎn)生太陽輻射時雨吸收環(huán)海，使水蒸發(fā)。上述水的蒸發(fā)上升表面是由風感動。一旦這個 vaporcools降低至露點，凝結occursand淡水歸結為雨。這一基本過程負責水文循環(huán)。這個原則也同樣用在所有人造蒸餾系統(tǒng)采用替代能源供熱和冷卻海水淡化使用了大量的能源要從海水的純凈水 的一部分來源。食鹽水（給水）是送入過程，結果是一個輸出流純水和廢水再高的鹽濃度據(jù)估計，Kalogirou [23]的 在1000每天每立方米的淡水生產(chǎn) 要求每年1萬噸石油。這是非常 重大，因為它涉及能源開支 費用是很少的水短領域 世界能夠承受得起。大型商業(yè)海水淡化 植物化石燃料的使用，在使用的數(shù)量 石油資源豐富的國家，以補充傳統(tǒng) 供水來源。在許多其他人 世界上地區(qū)既沒有金錢和石油 資源讓他們開發(fā)的一個類似 方式。問題有關的使用化石 燃料，部分解決辦法是由研究 有可能利用這種可再生資源 太陽能，生物質(zhì)能，風能，地熱能或。它 常常發(fā)生在地理區(qū)域 水是需要的是天賦和可再生 能源（RES）的。因此，明顯的方式 是將這些可再生能源， 一海水淡化廠，以提供水 資源需要。事實上，大多數(shù)發(fā)展中國家 與廣大地區(qū)的國家，但是，在沒有機會接觸 電網(wǎng)，似乎熟悉再生 能量。這樣的來源，可以直接使用 即使在偏僻和邊遠地區(qū)，可以 利用權力低到中等規(guī)模的海水淡化 植物。世界衛(wèi)生組織估計， 超過1億人無法獲得 飲用純凈水，其中絕大多數(shù) 這些人生活在農(nóng)村地區(qū) 人口密度低和偏遠地區(qū)進行 很難安裝傳統(tǒng)的清潔 水的解決方案。最 近，相當重視給作為資源利用可再生能源用于海水淡化，尤其是在邊遠地區(qū)和由于化石燃料成本高島嶼，在獲得它的困難，試圖保護化石燃料的興趣在減少空氣污染，在偏遠地區(qū)缺乏電力。它 是，但是，應該指出，在上述盡 管良好的特性，可再生能源捐款，用于全球能源需求，雖然越來越多，仍然是微不足道的。除 了水電能源，其他主要資源（太陽能，風能，地熱能）一起涉及多超過1％的全球能源生產(chǎn)[9]。由于太陽能的分散性，與太陽能 熱利用的主要問題大型海水淡化廠的能源是相對較低的生產(chǎn)率，低熱量效率和需要相當?shù)耐恋孛娣e。但是，由于太陽能海水淡化廠的特點由自由能和微不足道的運作成本，這一技術，另一方面，適合小規(guī)模生產(chǎn)，尤其是在邊遠干旱地區(qū)和島嶼，如供應常規(guī)能源匱乏[28]。除了對成本的影響，有環(huán)境關注關于燃燒化石燃料?？稍偕茉吹鸟詈虾Ｋ^程是看到一些具有更大的潛力提供了一個可持續(xù)的途徑越來越多的食水供應。太陽能可以直接或間接地得到利用用于海水淡化。采集系統(tǒng)利用太陽能產(chǎn)生直接在蒸餾太陽能集熱器被稱為直接收集系統(tǒng)而系統(tǒng)，太陽能收集相結合