直熱式太陽能海水淡化系統(tǒng)試驗研究
摘要：針對間接式太陽能海水淡化方法，綜合多級閃蒸和低溫多效兩種系統(tǒng)的優(yōu)點，設(shè)計制造了具有一效蒸發(fā)器的直熱式太陽能海水淡化試驗裝置，并對該系統(tǒng)進行了試驗，給出了系統(tǒng)在不同閃蒸壓力、蒸發(fā)壓力和最高海水溫度下的產(chǎn)水量和性能系數(shù)。試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有較高產(chǎn)水量和，性能系數(shù)。在閃蒸壓力0.009MPa，蒸發(fā)壓力0.004MPa條件下，最高海水溫度70℃，產(chǎn)水量達到56.38kg/d，性能系數(shù)為5．68。文中還對閃蒸壓力、蒸發(fā)壓力和最高海水溫度對系統(tǒng)產(chǎn)水量和性能系數(shù)的影響進行研究分析。
關(guān)鍵詞：海水淡化；太陽能；直接加熱；多級閃蒸；低溫多效
由于陸地淡水資源的緊缺，海水淡化己經(jīng)越來越為世界各沿海國家所霞視。常用的海水淡化方法如蒸餾法、離子交換法、電滲析法、反滲透膜法等，要消耗大量的電力和燃料。而太陽能海水淡化系統(tǒng)可獨立運行，不受蒸汽、電力等條件限制，尤污染，低能耗，運行安傘，穩(wěn)定可靠，不消耗石油天然氣、煤炭等常規(guī)能源，生產(chǎn)規(guī)？捎袡C組合，適應(yīng)性好，投資相對較少，生產(chǎn)淡水成本低，具備各淡水供應(yīng)市場競爭力，逐漸受到人們重視。
目前，世界各地已有許多太陽能海水淡化系統(tǒng)在運行，但這些系統(tǒng)中，太陽能部分與海水淡化部分基本是相且分離的，海水通過熱交換器間接得到太陽能集熱系統(tǒng)輸出的熱量，形成不可避免的換熱損失。針對這個問題，設(shè)計了一種直熱式太陽能海水淡化裝置，海水淡化過程所需的進料海水直接進入太陽能集熱器加熱，這樣就有效避免了原有的換熱損失。
1太陽能閃蒸一多效蒸發(fā)式海水淡化系統(tǒng)
到目前為止，世界上報道的太陽能海水蒸餾淡化系統(tǒng)，大多采用多級閃蒸(MSF)和低溫多效蒸餾(LT．MED)的間接方法，其典型流程是太陽能集熱系統(tǒng)與淡化系統(tǒng)隔離運行，太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量通過淡水(或硅油)等介質(zhì)傳給蒸餾系統(tǒng)。
基于以上原因，研究開發(fā)了獨市運行的直熱式太陽能海水淡化系統(tǒng)，即只要有太陽和海水就可產(chǎn)淡水的新型太陽能海水淡化系統(tǒng)。此系統(tǒng)的特征是使海水直接進入集熱系統(tǒng)，可以省去產(chǎn)牛蒸汽的熱交換設(shè)備，能夠有效利用太陽能集熱器的高端熱量，使用閃蒸與多效蒸發(fā)相結(jié)合的蒸餾淡化技術(shù)，使太陽能集熱系統(tǒng)和淡化系統(tǒng)偶合運行。海水直接進入太陽能集熱系統(tǒng)，經(jīng)儲水罐輸出到閃蒸室，在閃蒸竄內(nèi)降壓閃蒸產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽進入第+。效蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)凝結(jié)放熱，同時蒸發(fā)器內(nèi)的海水吸收了蒸汽冷凝放出的潛熱后又產(chǎn)生蒸汽。該系統(tǒng)可以設(shè)有多個蒸發(fā)器，形成多效蒸發(fā)。最后一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器內(nèi)冷凝。
針對海水直接進入太陽能集熱系統(tǒng)而引起的腐蝕問題和真窄管結(jié)垢等問題，設(shè)計了真空玻璃管水平放置、具有耐海水腐蝕的納米PPR材料集箱的太陽能集熱系統(tǒng)，同時整個海水淡化系統(tǒng)均涂有防腐阻垢涂層。
系統(tǒng)產(chǎn)水量是評價太陽能海水淡化系統(tǒng)性能好壞的重要指標，產(chǎn)水量大，表明系統(tǒng)性能較優(yōu)越嘲。根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒原理，可得系統(tǒng)產(chǎn)水量：
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