基于热力蒸汽压缩蒸发的油田污水淡化系统及分析

针对油田污水污染物成分复杂、污染性强不适合膜法脱盐的特点和淡水消耗与余热资源共存的实际,提出用热力蒸汽压缩（TVC）蒸发技术对油田污水进行集中脱盐处理的技术方案。建立了基于TVC的油田污水脱盐系统的工艺流程设计计算模型,系统分析了蒸发温度等主要运行参数的影响。结果表明：系统性能系数随蒸发温度的降低而增大,降低蒸发温度有助于减少主蒸汽消耗,但所付出的代价是总传热面积和污水泵流量的增大;TVC系统的热力学完善度相对较低,与多效蒸发系统联合使用是改善系统性能的基本途径之一。尽管如此,对于油田生产来说,当存在合适的余热资源时,简单的单效TVC系统仍不失为合理的技术方案。     

机械蒸汽再压缩技术在石化废水处理系统中的应用研究

针对某石化废水的水质特点,提出了采用板式蒸发强制循环机械蒸汽再压缩工艺回收废水资源。在考虑浓缩液沸点升高及强制循环对系统影响的条件下,建立了MVR系统工艺计算数学模型,分析了蒸发温度、废水温度及压缩比对MVR系统的影响。模型求解结果表明:该废水采用常压蒸发,可降低系统能耗,同时高温进料有利于降低系统的总比传热面积;随着压缩比的增加,压缩机比电耗增加,而系统总比传热面积减小,且其减少的速率减缓,压缩比是控制系统传热温差、压缩机比电耗和总比传热面积的主要因素,压缩比对MVR系统的投资和运行成本的控制起关键性作用,在废水进料温度45℃、浓缩液循环10 m3/h的情况下,废水常压蒸发的适宜操作压缩比为1.4~1.6。     

含乙醇中药液蒸发回收系热经济性研究

中药生产中常使用乙醇作为溶剂进行有效成分提取,本文介绍了基于机械蒸汽再压缩系统的含乙醇蒸发液回收系统,建立了该系统的数学模型。分析了蒸发器传热温差、蒸发温度对回收系统的影响。结果表明:传热温差是决定系统初投资与运行成本的主要因素,提高传热温差可有效减少系统单位蒸发量换热面积,降低初投资,但会增加压缩机单位蒸发量电耗,提高了设备的运行成本;蒸发温度的提高有助于减少压缩机耗电量,在满足工艺要求的前提下,提高蒸发温度利于改善系统的经济性。     

蒸发段和冷凝段变化对重力热管性能的影响

以铜-水重力热管为对象,研究了热管蒸发段和冷凝段的长度及位置等应用条件改变对重力热管传热性能的影响,实验输入功率范围为40~160 W。对比不同应用条件下热管的蒸发段温度、当量热阻、蒸发段和冷凝段分别与绝热段之间温差的变化规律得出结论：蒸发段和冷凝段长度及位置的改变能够影响重力热管的传热性能。冷凝段适当下移能使热管热阻减小,冷凝段和绝热段温差降低,蒸发段温度降低,热管传热性能改善,而冷凝段长度减小会对传热性能产生不利影响;加热段适当向冷凝端方向移动有利于热管的传热性能提升,蒸发段长度的减小对热管传热产生不利影响,实际应用中应避免。     

蒸发段和冷凝段变化对重力热管性能的影响

以铜-水重力热管为对象,研究了热管蒸发段和冷凝段的长度及位置等应用条件改变对重力热管传热性能的影响,实验输入功率范围为40~160 W。对比不同应用条件下热管的蒸发段温度、当量热阻、蒸发段和冷凝段分别与绝热段之间温差的变化规律得出结论:蒸发段和冷凝段长度及位置的改变能够影响重力热管的传热性能。冷凝段适当下移能使热管热阻减小,冷凝段和绝热段温差降低,蒸发段温度降低,热管传热性能改善,而冷凝段长度减小会对传热性能产生不利影响;加热段适当向冷凝端方向移动有利于热管的传热性能提升,蒸发段长度的减小对热管传热产生不利影响,实际应用中应避免。     

影响水平管和垂直管降膜蒸发器蒸发含盐污水过程中传热系数的因素分析

采用降膜蒸发器处理含盐污水,考察了进料量、蒸发温度和传热温差等对水平管降膜蒸发器和垂直管降膜蒸发器传热系数的影响。结果表明,随着进料量的增加,水平管降膜蒸发器的传热系数呈先增大后减小的趋势,在进料量为2t·h~(-1)左右时,传热系数最大,约为2.48kW·m~(-2)·℃~(-1);随着蒸发温度的升高,两种降膜蒸发器的传热系数呈增大的趋势,但是在相同条件下,处理的含盐污水浓度越高,传热系数越小;另外,在同样的蒸发温度下,垂直管降膜蒸发器的传热系数小于水平管降膜蒸发器的,且随着蒸发温度的升高,两种降膜蒸发器的传热系数差别越明显;随着传热温差的增大,两种降膜蒸发器的传热系数逐渐减小。     

内插螺旋线强化糖浆立式降膜蒸发传热

搭建了新型立式单管蒸汽-糖浆降膜蒸发实验平台,进行连续4 h加与不加螺旋线的降膜蒸发运行对比实验,研究管内插入特定结构和工艺参数的螺旋线对变粘性糖浆降膜蒸发传热性能的影响.结果表明,内插螺旋线可明显改善糖浆降膜蒸发传热效果,相同条件下,内插螺旋线时总传热系数比空管提高了25.9%~82.9%,且随时间延长其下降速率明显低于空管;从管内蒸发侧和管外冷凝侧传热角度分析降膜蒸发传热性能,传热温差增大,管内蒸发侧传热性能变好,管外冷凝侧传热性能变差,增大传热温差改变物料物性(粘度减小)可强化传热效果.在非结垢影响的传热时间内,对管内蒸发侧传热系数进行处理,得到了管内综合传热系数与传热温差的实验关联式.     

机械蒸汽再压缩蒸发技术高盐度废水处理系统的性能分析

提出了采用机械蒸汽再压缩蒸发结合水平管降膜蒸发的技术方案,依据平衡方程和传热机理建立了完整的系统数学模型,并围绕进料预热温度、蒸发传热温差、蒸发温度以及进出料浓度等因素对系统性能的相关影响进行了计算与分析。结果表明,选择合适的进料温差(1～4℃)和传热温差(3～7℃),并保持系统进出料浓度的稳定性是保证整个系统具有良好经济性和节能性的关键。     

多相流蒸发法高浓缩率海水淡化系统的热力学性能分析

建立了顺流进料的多相流蒸发法高浓缩率海水淡化系统的数学模型,考虑了热力损失、压力损失、盐水含量变化引起的温差损失;计算分析了相同淡水产量下固体颗粒体积分数、预热量、首效加热蒸汽温度对系统的影响。结果表明,固体颗粒体积分数和首效加热蒸汽温度对各效蒸发器传热面积影响较大;预热量对生蒸汽耗量影响较大;固体颗粒的加入能够强化传热,减小各效蒸发器的传热面积;在无预热情况下,固体颗粒体积分数为13%时,蒸发器总传热系数比固体颗粒体积分数为3%时可增大6.71%,各效蒸发器传热面积减少4.97%,淡水成本减少1.22%。     

不同进料方式MED处理石化企业含盐污水的性能分析

多效蒸发技术(MED)是一种传统的脱盐技术,因操作简单、能耗低等优点,逐渐成为处理石化企业含盐污水的主要技术。不同进料方式MED的处理效果和投资成本不同,为得到更低成本的产品水,本文以三效蒸发装置为例,达到相同的处理效果,选取一定的操作条件,对四种进料方式MED的各参数进行计算分析。通过对每效出料浓度和所需传热面积、加热蒸汽消耗量、造水比等的比较分析,同时考察对MED投资费用和运行成本的影响,最终确定逆流进料MED的性能最优。     

单效热压缩蒸馏海水淡化热力过程数值模拟

建立了单效热压缩蒸馏海水淡化系统的热力学模型。分析了蒸发温度、压缩比和主动蒸汽压力等主要设计参数对系统造水比、单位造水换热面积和单位造水冷却水量的影响。结果表明,降低蒸发温度、减小压缩比和提高主动蒸汽压力将提高系统造水比,而单位产水换热面积将随蒸发温度和压缩比的减小而增加;提高蒸发温度和减小压缩比可以减小单位产水冷却水量;主动蒸汽压力对单位产水面积和冷却水量影响较小。研究成果将对系统优化设计提供有益的参考。     

单效蒸发机械压汽海水淡化系统热力性能分析

机械压汽蒸馏海水淡化是唯一消耗机械能的热蒸馏海水淡化方式。文中以单效蒸发机械压汽(SEE-MVC)系统为研究对象,建立了数学模型,分析了重要参数对热力性能的影响,结果表明:压缩机增压比越低、定熵效率越高、蒸发温度越低,则产水比功耗越低、系统回收率越高;综合考虑各种因素,系统蒸发温度在55—70℃、增压比在1.2—1.3为宜。文中还给出了典型条件下对应最小比功耗的系统参数,并讨论了参数特点,可供设计时参考。     

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。     

低温多效海水淡化混流效组系统优化与分析

建立了多个混流点的混流效组低温多效蒸发(LT-MED)海水淡化数学优化模型,将海水视为盐和水的混合物,其焓表达为温度的函数,降低优化模型的非线性程度,使其易于收敛。以比传热面积为优化目标分析了不同流程和参数对系统的影响。结果表明,在喷淋密度为30~80 g/(m·s)时,多混流点系统的造水比与单混流点系统相比提高了12.1%,比传热面积降低了8.4%,优化流程为5效+2效+2效组合;提高首效加热蒸汽温度可有效的减少换热面积,降低制水成本,对系统的造水比影响不大;增加系统效数,可以有效提高造水比。各效等面积蒸发方案造水比比不等面积方案略有下降,比传热面积略有增加。模拟结果与文献中相关数据吻合良好,可为低温多效蒸发海水淡化系统工程化设计提供技术支持。     

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.     

浓盐水低压沸腾传热特性的实验研究

在现代社会中,低温多效蒸发是一种有效的海水淡化方法。在低温多效蒸发海水淡化过程中,操作压力和浓缩海水中NaCl浓度是影响传热效率的重要因素。为了系统地研究操作压力和浓度对于盐水沸腾传热特性的影响,在不同的操作压力下,测定了质量分数为0%～25%的NaCl溶液在光滑的不锈钢管外的沸腾传热特性。实验结果表明,在常压下,NaCl的浓度对沸腾传热的影响不大;在低压条件下,随着NaCl浓度的增加,沸腾传热系数增大。纯水和3.5%盐水的传热系数随系统压力的升高而增大;盐水浓度为7%和15%时,沸腾传热系数随系统压力的升高先降低后又升高;NaCl的浓度达到25%时,传热系数随压力的升高而减小。这说明操作压力和浓度二者之间存在着相互制约的关系。     

Analysis of a mechanical vapor compression desalination system

The mechanical vapor compression (MVC) desalination system is based on distillation of seawater. The system is basically a heat exchanger that is an evaporator/condenser. The heat required to evaporate water which flows on one side of a heat transfer surface is supplied through the simultaneous condensation of the distillate-producing vapor on the other side of the surface. That is, the latent heat is exchanged in the evaporation—condensation process within the system. A compressor is the driving force for this heat transfer and provides the energy required separating the solution and overcoming dynamic pressure losses and other irreversibilities. In this study, the operation characteristics of a low-temperature MVC desalination system are investigated. In the modeling, the overall energy balance and mass balance equations and LMTD method for heat transfer are used. The tube diameter and the tube length were taken at 0.025 m and 9 m, respectively. The main dependent parameters, the compressor work and the mass flow rate of the distilled water, were investigated against the independent parameters, the evaporation side pressure, the condensation side pressure, and the water inlet temperature.     

船用闪蒸-蒸发海水淡化系统的建模与热力分析

针对舰船发动机排放的烟气具有温度高、热容大的特点,结合闪蒸法和蒸发法海水淡化方法,设计了利用发动机烟气余热的闪蒸-蒸发海水淡化系统。建立了各主要设备的热力计算模型,根据设备之间的连接组合关系以及物流传递关系,建立了海水淡化系统的稳态数学模型,利用序贯模块法顺序求解,可实现系统的稳态模拟。模型中考虑了海水温度变化对系统性能的影响,提高了仿真精度。通过实例研究,获得了海水淡化系统的淡水产量与海水流量、系统压力的关系,研究结果表明该海水淡化系统具有较好的运行性能,可满足中小型船舶对淡水的需求,具有良好的节能效果和经济效益。     

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.