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1、一种竖管降膜蒸发太阳能海水淡化装置的实验研究第27卷第5期2006年5月太阳能ACTAENERGIAESOLARISSINICAV01.27.No.5May,2OO6一种竖管降膜蒸发太阳能海水淡化装置的实验研究王国建,李戬洪(中国科学院广州能源研究所.广州510640)摘要:设计了一种竖管降膜一横管冷凝的太阳能海水淡化装置.以电加热作为供热热源,在不同的运行参数下进行了实验研究,分析了影响装置性能的各种因素.分析表明:在供能相同的情况下,闭式循环的单位能耗产水率比开式循环提高了约1.0～1.5倍;提高循环热水进口温度有利于提高产水率和单位能耗产水
2、率;海水流率有一个理想取值范围.关键词:太阳能;海水淡化;竖管降膜蒸发中图分类号:fr747.14文献标识码:AO引言我国在20世纪70～80年代进行了顶棚式太阳能蒸馏器的研究,顶棚式太阳能蒸馏器具有设备简单,运行费用低的优点,缺点是占地面积大,单位面积产水量低.膜蒸发,膜凝结具有热容量小,传热迅速,传热量大的优点.近年来国内学者对降膜蒸发给予了较多的注意,研究工作集中在循环热水进口温度,海水流率以及冷凝潜热回收等因素对产水的影响规律.作者借鉴已有文献给出的各类太阳能海水淡化系统的优点l.],设计了一套降膜蒸发太阳能海水淡化系统,并对其进行了实验
3、测试和分析,力图在太阳能海水淡化系统小型化,高效性方面做一些实验探索.1实验装置作为系统主体的装置部分主要由发生器,冷凝器和换热器构成.其中发生器采用竖直菠萝管,冷凝器采用光管盘管,换热器采用管壳式换热器.各部分换热面积为:发生器0.495In2,冷凝器0.240m~,换热器0.293In2.1.1工作过程总体描述如图1所示,系统的工作原理是:①热源提供的收稿日期:2oo4—11-o2循环热水1.阀I;2.阀2;3.阀3;4.阀4;5.冷水泵;6.套管换热器;7.冷水盘管;8.喷淋管;9.热水泵;lO.带布液环的竖管;11.冷凝腔;12.蒸发腔;
4、13.淡水储存腔;14.电加热水箱;15.淡水水封;16.浓海水水封;为测温点图1竖管降膜实验系统剖面图Fig.1Schematicdiagramoftheunit热水由水泵9送人装置的蒸发腔12,在蒸发腔12中流经带布液环的竖管10放出热量加热管外的海水.热水出装置后返回电加热水箱l4中;②海水经喷淋管8喷淋到竖管10外壁上,在布液圆环的作用下海水在竖管外壁均匀分布,形成降膜蒸发.未蒸发的浓海水落至蒸发腔12的底部,经套管换热器6流出装置.在套管换热器6中,冷海水被预热后进人喷淋管中;③蒸气由蒸发腔12上升至冷凝腔11,在冷水盘管7的外壁上凝结
5、形成蒸馏水,蒸馏水滴落至470太阳能27卷淡水储存腔13中.本研究拟进行开式循环与闭式循环两大块实验.1.2技术特点1.2.1菠萝管强化传热管技术菠萝管是一种强化传热管,由于外表面有菠萝花纹状倾斜交叉沟槽故称为菠萝管.本装置所采用的菠萝管外表面积是相同管径的光管的3.519.经实验测试,表面浸润状况良好,喷淋到竖管上的液体在菠萝花纹状沟槽的引导下可以迅速的扩展到整个管子外表面,所以菠萝花纹状沟槽本身就有引流和布液的作用.1.2.2闭式循环发生器的排水措施在闭式负压循环实验中,淡水出口和浓海水出口增设了水封(见图1).水封的作用是确保浓海水和淡水顺
6、利排出并防止空气进人发生器.由于负压不会超过一个大气压的大小,水封高度取10m左右足够使用.2实验数据测量与分析2.1产水率随循环热水进口温度的变化图2给出了潜热回收时循环热水进口温度对产水率的影响规律.从图上可以看出,随着循环热水进口温度的提高产水率会迅速提高,温度越高上升越快.并且闭式负压循环的产水率相比于开式循环优势很明显,这点在本文后面还会继续说明.图2中闭式负压循环的运行压力P=54800Pa.7060皇5040302010078808284868890循环热水进口温度Pc图2产水率随循环热水进口温度的变化关系Fig.2Thevaria
7、tionofproductivityversustheinputtemperature此外还专门就潜热回收与潜热不回收两类运行工况对产水率的影响做了测试.从图2上还可以看出,开式闭式两种循环方式下潜热回收时的产水率都优于潜热不回收时的产水率.2.2产水率随海水流率的变化图3给出了潜热回收时海水流率对产水率的影响规律.图中为循环热水进口温度,P为闭式负压循环的运行压力.从图3看出,存在某一海水流率的最佳值,当海水流率小于这一值时,产水率随海水流率的增加而增大;当海水流率大于这一值时,产水率随海水流率的增加而减小.但是相比于开式循环,闭式负压循环的海
8、水流率最佳取值要大得多.由于开式循环蒸发腔中有大量空气,气压较大,海水只有在较高的温度下才能以较快的速率蒸发,这要求蒸发管外的液膜流率要
