低温多效蒸发海水淡化系统热力分析

建立了喷射器低温多效蒸发海水淡化系统的数学模型,计算分析了各种温度损失随温度的变化,并研究了顶值盐水温度、蒸发器效数和动力蒸汽等参数对系统的造水比和生产单位质量淡水所需传热面积的影响。结果表明各种温度损失在末效蒸发器内显著增加;喷射器低温多效蒸发系统的热力特性明显优于多效蒸发系统;通过增加顶值盐水温度、蒸发器效数和动力蒸汽温度,可以实现系统的优化运行。     

低温多效压汽蒸馏海水淡化系统热力分析

低温多效压汽蒸馏(LT-METVC)海水淡化是一种很有发展前途的海水淡化方法,文中首先探讨了海水淡化系统中盐水焓、熵、的计算方法,然后对典型LT-METVC流程进行了详细的热力学分析,包括重要参数对系统性能的影响规律和系统的利用。结果表明:驱动蒸汽压力升高,会使造水比增加、效率下降,比传热面积则基本不变;系统效数增加或压缩比降低,都会使系统造水比和效率提高、比传热面积增大。LT-METVC系统的效率很低,在示例中仅为1.3%。提出并初步讨论了进一步改善性能的途径。     

低温多效蒸发海水淡化系统性能的实验研究

针对大型海水淡化工程设计关键技术,依托1 t·d-1低温多效蒸发海水淡化实验平台,考察了装置运行性能的稳定性,系统地研究了不同海水进料量及首效蒸汽温度对造水比、浓缩比和产品水质等关键参数的影响。结果表明:在实验条件范围内,随着首效蒸汽温度提高,海水的浓缩比先减小后增加,而首效温度对造水比的影响较小;在一定首效温度下,浓缩比随着海水进料量的增大而减小,而造水比随海水进料量的增大而增大。在实验范围内,产品水的固体总溶解浓度均低于5 ppm。小型海水淡化平台关键技术的实验研究为低温多效海水淡化系统在扩大化中的设计优化提供了参考和借鉴。     

不同流程下低温多效海水淡化系统热力性能研究

建立了串联无预热、串联预热、并联无预热、并联预热4种流程下的低温多效海水淡化系统数学模型,并利用MATLAB语言编制程序进行了求解,比较了不同流程对系统热力性能的影响。计算结果表明：当海水淡化系统为6效,在其他参数相同的情况下,与无预热流程相比,预热流程所需的加热蒸汽量较少,造水比较大,传热总面积较小,冷却海水量小。与串联流程相比,并联流程所需的加热蒸汽量较少,造水比较大,传热总面积较小,冷却海水量小。综合结果是并联预热流程的热力性能最优。     

低温多效海水淡化系统的模拟计算

根据系统物料平衡、盐平衡、能量平衡、传热方程、热力学关系式及海水物性参数计算公式,建立了低温多效蒸馏海水淡化系统蒸汽喷射压缩器、蒸发器、淡水闪蒸罐及浓水闪蒸罐的数学模型。运用牛顿迭代法,确定了系统工艺参数计算的源程序。结合某电厂已投产四效平流低温多效蒸馏海水淡化装置,进行模拟计算,得出了系统造水比、比传热面积、比冷却海水流量等性能参数,且模拟计算结果与现场操作数据误差小于10%。     

基于全周期缓慢结垢的多效蒸发海水淡化慢时变系统优化设计

多效蒸发（MED）是最主要的海水淡化方法之一,作为典型的慢时变系统,该系统在长期运行的过程中,往往会由于结垢导致蒸发器传热效率降低,造成减产甚至停工。为避免出现这种问题,工艺设计者会采取冗余设计,增大传热面积,这会导致设备投资的显著增加。为保证MED系统能够全周期运行,且尽可能减少总传热面积,提出了一种全周期优化设计方法。该方法以总传热面积最小为目标,对决策变量在整个周期内进行分段优化,同时考虑结垢过程、工艺变化以及控制方面的需求,对各效传热面积进行裕量设计,通过一步优化求解得到最优操作条件与最小传热面积,实现对慢时变系统的优化设计。最后,以八效MED海水淡化装置为例,同时用等面积法、等温差法、稳态优化设计方法以及全周期优化设计方法对系统进行设计。结果表明,全周期优化设计方法能够最大限度减少传热面积,大大降低了系统的设备投资,是一种有着良好应用前景的多效蒸发海水淡化系统优化设计方法。     

多效蒸发注射用水系统的热力过程优化

针对生产注射用水多效蒸发过程中能耗大及产水不稳定的问题,进行了多效蒸发热力过程系统优化。依据质量守恒和能量守恒方程,建立了蒸发器、预热器和冷凝器数学模型,考虑蒸汽流动阻力损失,基于Matlab/Simulink多体工具箱,以等面积法为原则进行迭代求解。通过模拟计算分析效数、预热方式对系统热力性能的影响。结果表明,效数增加使得系统比传热面积、造水比增加以及比?耗减小,且后两者的变化幅度会逐渐降低。效数低于5时,使用产水预热的方案更优;效数高于5时,混合预热方案更优。混合预热方案下,系统效数较大时,蒸汽在管道内流动引起的温降和压降快速上升,最终导致造水比下降以及比?耗值趋于恒定。     

热压缩多效蒸馏海水淡化系统能量分析

低温多效海水淡化系统(LT-MED系统)是目前商业运行的海水淡化系统的主要形式之一,其中热压缩多效蒸馏系统(MED-TVC系统)由于附加设备蒸汽压缩器(TVC)结构简单、投资少、易于维护且能较大提高系统造水能力而被广泛应用.针对MED-TVC系统和MED系统进行计算模拟,利用EUD分析方法揭示MED-TVC系统的能量利用状况以及造水能力提升的原因,指出海水淡化系统性能优化的方向.同时分析了TVC与蒸发过程之间的热集成关系,确定了系统的最佳集成关系,为不同热源(工业余热)与淡化系统结合提供理论参考.     

万吨级低温多效蒸发海水淡化能量及经济性能模拟分析

通过VC++编制了海水淡化的模拟工艺程序,模拟分析了蒸发器总效数、首效蒸发器温度、末效蒸发器温度、浓缩比等因素对低温多效蒸发海水淡化工艺的能耗和技术经济的影响,为海水淡化系统的设计和运行提供了参考依据.     

竖管多效蒸发海水淡化系统的启动特性

建立大型竖管多效蒸发海水淡化系统的动态启动控制模型,通过数值分析研究,对系统的启动过程和启动特性进行理论探索.分析了初始原料海水流量以及最高饱和温度等运行参数的选择对系统启动过程的影响.研究了启动阶段,原料海水流量与系统的造水比以及启动时间之间的耦合影响;计算结果为原料海水流量的优化提供了依据.研究还表明,在启动之初,系统即可稳定地承担作为热源的低温核供热堆的额定产热量,显示该系统和核供热堆具有良好的耦合特性.建立的启动模型在经过实验验证加以完善之后,可以作为分析系统动态运行特性的理论基础.     

Performance of a seawater desalination system coupled with a nuclear heating reactor under off-design operating conditions

In order to understand the performance of a large-capacity VTE-MED nuclear seawater desalination system thoroughly, the responding characteristics of the system to the off-design operating conditions were studied. The influence of scale deposit in tubes on the heat transfer areas needed and on the heat transfer coefficients with high top boiling temperature (TBT) was illustrated. The decrease of GOR, and also the damage to the normal operation of the system caused by temperature drop of feed brine because of seasonal variation, were explored, based on which a corresponding approach for adjusting feed brine flow rate was proposed. An optimal brine feed flow rate was also proposed to obtain the highest GOR under different heat loadings. The work could be helpful for the efficient and safe operation of nuclear VTE-MED desalination plants.     

基于低温蒸馏-喷雾蒸发集成工艺的海水淡化

考察了利用低温蒸馏-喷雾蒸发集成工艺进行海水深度淡化的可行性,使用喷雾蒸发技术深度浓缩蒸馏淡化过程排出的浓盐水,并将余热用于驱动蒸馏过程。考察了蒸馏柱进液量、浓盐水喷雾量、加热空气温度及流速对淡水产量的影响。结果表明,较高的加热空气温度有利于淡水产量的提高,而为获得较高的淡水产量,加热空气流速、浓盐水喷雾量以及蒸馏柱进液量则应控制在一定的范围之内,即10—15 m3/h,0.4—0.6 kg/h和0.8—1 kg/h。对于该集成装置,蒸馏柱淡水产量、总淡水产量及淡水产量与输入淡化系统的蒸汽当量之比(造水比)分别可达5 kg/(h.m2),1 kg/h及1.2,回收率可以达到70%以上。     

核供热堆海水淡化系统的变工况运行特性

针对已经设计完成的某大型多效蒸发海水淡化系统，分析了在分段等面积温差分配方案条件下，系统变工况运行中的某些热工水力学动态响应特性.研究结果给出了海水侧结垢厚度没有稳定之前，系统各效传热面积利用率以及产水潜力的变化情况；分析了原料海水温度因季节变化而降低，影响到系统正常运行时，应该在补给海水流量上采取的措施.还讨论了补给海水流量对核供热堆功率的跟随特性，给出了对应于反应堆不同功率应采用的最佳补给海水流量.本文报道的研究工作可为大型核供热堆多效蒸发海水淡化系统的安全经济运行提供理论依据.     

闭式热泵膜蒸馏电镀废水系统的热力性能分析

为了可以对电镀废水中的金属盐类和水实现高效的资源化回收,且相较于常规蒸发法处理废水更加节能,提出了闭式热泵膜蒸馏电镀废水系统。该系统将膜蒸馏技术与闭式热泵进行耦合,基于质量和能量守恒原理编写膜蒸馏自定义模型,在与实验数据进行对比验证后,通过Aspen Plus仿真平台建立流程来模拟工作情况。通过改变关键操作参数,得到以下结果：进料速度会引起系统功耗的大幅度增加而对于膜蒸馏的潜热的影响较小,因此进料速度对于系统造水比(GOR)影响最大。蒸发温度对于系统的能效比(COP)有着较大的影响,且COP随着蒸发温度的提升而上升,在不同蒸发温度下,系统GOR的下降趋势随进料温度升高先缓再陡。进料浓度对于系统产量比(YRO)有着重要作用,YRO随进料浓度上升而上升;当处在较低的蒸发温度下,不同浓度下的GOR在低进料温度时值较为接近。     

Steady-State Analysis of the Multiple Effect Evaporation Desalination Process

Mathematical modeling of the multiple effect evaporation (MEE) desalination process has been carried out to determine the effects of the important design and operating variables on the parameters controlling the cost of producing fresh water. The model assumes the practical case of constant heat transfer areas for both the evaporators and feed preheaters in all effects. In addition, the model considered the impact of the vapor leak in the venting system, the variation in thermodynamic losses from one effect to another, the dependence of the physical properties of water on salinity and temperature, and the influence of noncondensable gases on the heat transfer coefficients in the evaporators and the feed preheaters. The modified fixed-point iterative procedure is used to solve the large number of highly nonlinear equations describing the MEE desalting system. The algorithm consists of 10 calculation blocks and 6 logical blocks. The algorithm is implemented using L-A-S computer aided language. Results show that the heat transfer coefficients increase with the boiling temperature. Also, the heat transfer coefficient in the evaporator is always higher than that in the feed preheater at the same boiling temperature. The plant thermal performance ratio is nearly independent of the top brine temperature and strongly related to the number of effects. The specific heat transfer area increases by raising the number of effects and reducing the top brine temperature. The effect of the top brine temperature on the specific heat transfer area is more pronounced with a larger number of effects. The required specific heat transfer areas at a top brine temperature of 100°C are 30.3% and 26% of that required at 60°C when the number of effects are 6 and 12, respectively. The specific flow rate of cooling water is nearly constant at different values of top brine temperature and tapers off at a high rate as the number of effects is increased. Two correlations are developed to relate the heat transfer coefficients in the preheater and the evaporator to the boiling temperature. Design correlations are also developed to describe variations in the plant thermal performance, the specific heat transfer area, and the specific flow rate of cooling water in terms of the top brine temperature and the number of effects.     

新型中空纤维空气隙式膜蒸馏用于海水淡化

利用自制的添加隔热管状隔网并呈螺旋缠绕结构编排的中空纤维膜组件进行了空气隙式膜蒸馏(AGMD)海水淡化过程性能研究, 实验以模拟标准海水(质量分数3.5%, 总溶解性固体含量35000 mg·L^-1)为热料液进水, 考察了热料液进水温度、热料液流量、冷凝液进水温度和冷凝液流量对膜通量、造水比和热效率的影响。结果表明, 随着热料液进水温度增加, 膜通量、造水比和热效率均增加;冷凝液进水温度增加, 膜通量下降而造水比和热效率增加;热料液流量增加, 膜通量上升而造水比和热效率明显下降;冷凝液进水流量对膜蒸馏过程性能影响较小。实验过程中产水TDS始终保持在3.0 mg·L^-1以下, 相应的离子去除率高于99.99%, 膜通量、造水比和热效率最高可分别达5.87 L·m^-2·h^-1、5.37和0.943。研究表明, 引入清洁能源取代传统电加热驱动热源将进一步突出膜蒸馏技术的实际应用潜力。     

脂肪酸降膜蒸发传热研究

在垂直降膜管上进行脂肪酸混合物降膜蒸发传热的实验研究 ,分析了进料流量、热通量和操作压力等因素对传热性能的影响。建立了数学模型 ,并进行数值求解。实验结果表明 ,在层流情况下 ,流量的增加不利于传热 ,热通量和操作压力的增加对表面蒸发传热有利。将模型计算结果与实验结果比较 ,发现模型较好地预测了实验结果     

螺旋槽管降膜蒸发强化传热与结垢特性研究

降膜蒸发是海水淡化的一项主要技术。传热管是降膜蒸发器的核心部件。螺旋槽管是一种应用广泛的高效强化传热管,但在海水淡化中应用较少,缺乏相关的实验数据。为论证螺旋槽管用于海水淡化的可行性,首先在水平管降膜蒸发传热实验平台上,以自来水为工质,研究了螺旋槽管的强化传热特性,分析了喷淋密度、热通量、传热温差和蒸发温度对其传热的影响;然后借助低温多效蒸馏(LT-MED)海水淡化中试装置,在海水淡化实际工况下,运行测试180 d,研究了螺旋槽管的结垢特性。在本实验中,螺旋槽管传热系数较光管平均提高35%左右;其结垢厚度小于光管,结垢疏松多孔,易于清除。     

水平管降膜蒸发器的传热性能

在换热面积为2.375m2的水平管降膜蒸发试验平台上,采用5052铝合金管作为换热管,以实际海水为原料,进行了低温多效海水淡化中水平管降膜蒸发器传热性能研究试验。研究了料液喷淋密度、管外蒸发温度、总传热温差、海水盐度以及管内蒸汽中不凝气含量等因素对海水淡化过程降膜蒸发器总传热系数的影响。结果表明,在试验条件范围内,总传热系数随着料液喷淋密度和管外蒸发温度的升高而增加,随着传热温差的增大而降低;冷凝侧有不凝气存在时,总传热系数下降幅度较大;海水浓度对传热系数影响较小;在控制不凝气含量的条件下,传热系数在3500W/(m2?℃)以上。试验结果为海水淡化的工程设计和生产优化提供了依据。