多效鼓泡蒸发太阳能海水淡化系统的稳态实验研究.pdf

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1、第33卷第3期太阳能学报Vol．33，No．32012年3月ACTAENERGIAESOLARISSINICAMar．，2012文章编号:0254-0096(2012)03-0380-06多效鼓泡蒸发太阳能海水淡化系统的稳态实验研究刘忠，曾胜，程涛涛，金涛(浙江大学玉泉化工机械研究所，杭州310027)摘要:基于鼓泡蒸发和空气载湿气液相平衡机理，设计并实现了一台具有五级四效性能的鼓泡蒸发式太阳能海水淡化系统，对该系统的稳态产水性能进行研究，给出系统在特定的运行温度和压力环境中，不同鼓气量下各效的产水率、耗电当量及经济性能系数。实验结果表明，系统采用多效鼓泡蒸发技术并对各级采取

2、鼓气量的优化组合措施，可提高系统的产水率。当各级载气流量分别为570、570、570、450L/h时的，装置的淡水产率为1．668L/h，GOR值为2．77，折算单位产量能耗4．93kWh/t，该点为装置的经济性能系数最高的工况点。关键词:太阳能海水淡化;鼓泡蒸发;多效;相平衡中图分类号:TK519文献标识码:A0引言1鼓泡蒸发增湿-去湿淡化基本原理海水淡化作为一种解决水资源短缺问题的重要鼓泡传热传质是利用气液相平衡原理，将气体途径，是目前国际上研究的热点问题之一。传统的通入液体中并使之形成气泡，气泡在液体中因浮力海水淡化方法存在能耗高、淡化成本高的缺点。如作用而上升的过程中

3、，在气液接触面形成边界层，由何降低淡水制备的能耗或如何利用绿色能源是目前于气液两相存在温差和分压差，从而实现气液相之［1］世界淡水制备发展的重要方向之一。间传质传热。作为一种强化传热传质技术，鼓泡传太阳能海水淡化的基本原理就是利用太阳能加热传质在化工领域运用广泛。并由此衍生出鼓泡流热海水，或者利用太阳能发电为装置提供电力驱动。化床、鼓泡塔、鼓泡反应器、鼓泡流化床锅炉、鼓泡式然而太阳能辐射的能量密度较低，具备分散性、间断吸收塔等设备。［2］性和不稳定性。以多效蒸馏、多级闪蒸及反渗透鼓泡蒸发式海水淡化的基本原理就是利用载气为代表的现代海水淡化工业，非常适用于大规模的(一般是空气)

4、通入热海水中形成气泡，在气泡上升集中供水，但无法有效利用低位的太阳能。采用增的过程中吸收海水的热量和蒸发出的水蒸气，收集湿-去湿淡化技术在利用低位热能进行中小规模淡载湿气体，实现对载气的增湿操作。载湿气体引入［3］化方面具有独特的优势。鼓泡传热传质作为一种冷凝室，使载气温度降至露点温度以下冷凝，实现对低功耗的强化传热传质技术，将其运用于增湿-去湿载气的去湿操作从而获得淡水。鼓泡蒸发与降膜蒸太阳能海水淡化领域可以在提高海水淡化效率的同发相比，其用于形成气泡的气泵理论功耗低于形成时降低功耗。降膜所需的喷淋及系统内部抽真空功耗，且装置简本文在充分认识鼓泡蒸发的强化传热传质优势单。鼓

5、泡蒸发在功耗和装置复杂程度上具备一定优［4，5］基础上，分析和总结前人理论和实验研究成果，势，将其应用于太阳能海水淡化系统，可以在保证较设计了一台具有多效鼓泡蒸发强化传热传质过程的高产水率的同时降低能耗。增湿-去湿太阳能海水淡化系统，并进行淡水制备2装置及原理研究，给出了影响装置经济性能各参数的实验关系。研究表明，对流换热和相变换热的过程具有较收稿日期:2010-03-23基金项目:浙江省科技计划(2007C31051)通讯作者:曾胜(1970—)，男，博士、副教授，主要从事海水淡化、机械结构动力学方面的研究。shengzeng@zju．edu．cn3期刘忠等:多效鼓泡蒸发太

6、阳能海水淡化系统的稳态实验研究381［4］大的传热系数。空气作为一种不凝结性气体，其进行。载湿能力会随温度的升高而显著提高。系统以空气2)五级鼓泡蒸发冷凝塔为装置的主要部件，垂为载气，采用鼓泡蒸发和强制对流等传热传质手段，直布置，总高2400mm，塔身为PVC板热熔焊接，外进行海水淡化。部为50mm厚石棉保温层，最底部一级为一独立蒸为了满足对载气的增湿-去湿操作，确定以翅片发室，容积为30L，其余各级如图2所示。载湿气体换热结构为基础，采用多级间壁换热器。考虑到空通过该级下端进口处进入不锈钢翅片冷凝室，在冷气受热后密度会减小从而产生升力，可以将各级竖凝室中载气依靠自升力上升，

7、在翅片温度降低至露直布置，以降低系统气体输运的功耗。这样上一级点温度时产出淡水，淡水汇流至冷凝室底部，并沿冷蒸发侧的热量进入下一级冷凝室，冷凝获得淡水的凝室斜板流至淡水承接槽。水蒸气冷凝释放出潜热同时热量直接传入下一级蒸发侧，被蒸发室直接利导入不锈钢翅片后随翅片导入蒸发室的热海水中，用作为蒸发热源，从而使冷凝侧与蒸发侧之间维持使下一级蒸发室内的海水升温。蒸发室和冷凝室用一个自然而合理的传热温差。不锈钢焊接，形成蒸发室和冷凝室耦合一体结构。实验装置的流程示意图如图1所示。它主要由蒸发冷凝室置于PVC内筒内