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1、第26卷第1期青岛大学学报(工程技术版)Vol.26No.12011年3月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(E&T)Mar.2011文章编号:10069798(2011)01008105热泵驱动的两效海水淡化装置实验研究刘瑞璟,田晓亮,王兆俊,杜启行,刘春涛(青岛大学机电工程学院,山东青岛266071)摘要:为解决特殊场合下维生所需海水淡化设备的小型化问题,采用热泵驱动的低温多效蒸馏海水淡化法建造了两效淡化装置,并进行了实验研究。实验结果表明装置具有自平衡能力,装置经过预热阶段即进入稳定的淡水生产阶段,海
2、水喷淋量、真空度和热泵工况对淡水产量均有影响。研究结果表明,热泵驱动的低温蒸馏淡化方法可行,为该类海水淡化方法更多效实验装置的建造提供依据。关键词:海水淡化;热泵;低温多效蒸馏中图分类号:P747文献标识码:A到2009年,全世界已有150个国家应用海水淡化技术,数亿人饮用或使用淡化水,淡化水以年增长率10%~12%的速度增加[1]。但以上数据主要指大型的海水淡化装置的建造规模,对于某些特殊场合,如海岛、舰船或海上钻井平台等,需要一种以维生为目的的小型海水淡化装置,因此海水淡化装置小型化的要求被提上日程。小型淡化装置的研制,
3、主要包括传统海水淡化特殊环境适应技术、适宜环境特点的高效节能淡化技术及相关后处理技术研究,形成不同功能、用途及能源匹配方式的海水淡化装备,形成小型海水淡化系列化产品,满足海岛、舰船及海上石油平台等对淡水资源的需求[2]。而在舰船上配套的小型海水淡化装置,以低温蒸馏为原理的将占多数[3]。热泵技术能够满足低温蒸馏这种既需要加热,又需要制冷的海水淡化工况要求。该技术属高效、节能技术,它在海水淡化领域具有广阔的应用前景[4]。由于未知热泵驱动的低温多效蒸馏海水淡化方法在实践中可能出现的问题,本研究建造了小型实验装置以进行实验研究。
4、1热泵驱动的多效蒸馏淡化系统的提出每种海水淡化方法既有其显著的优点又有显著的缺点,相关淡化法的组合既可以消除各自的缺点又可以保留各自的优点[5]。低温多效蒸馏淡化法利用外部热能实现其高效的海水淡化,存在预处理简单,结垢腐蚀轻微,热效率高等优点,但其缺点也无法克服[6]:1)因其需要蒸汽,必须与电厂联合运行,所以建厂地址受到限制。2)末效蒸汽需要用大量的循环海水来冷却,一方面循环水泵消耗大量电力,另一方面排出的海水带走大量的热量造成浪费。3)末效蒸汽能量由高品位蒸汽转化为低品位海水热能,可用能白白浪费,产生了较大的不可逆损失。
5、压汽蒸馏因能回收利用最末效蒸汽,被称为热功效率最高的热法海水淡化。此方法最大的优点是依靠电能即可造水。但因为低压水蒸汽的密度很小而比容很大,对压缩机的设计与技术问题提出了问题,因此装置规模小,效数少,使造水比低,能耗相对较高。作者所在的能源工程研究所提出将热泵技术应用于低温多效海水淡化的方案,即利用封闭式热泵循环提供能量的低温多效海水淡化系统[7],系统原理如图1所示。收稿日期:2010-12-06作者简介:刘瑞璟(1980-),男,硕士研究生,实验师,主要研究方向为高效节能等。通讯作者:田晓亮(1963-),男,教授,博士
6、,从事高效节能技术方面的研究。Email:txl6666@163.com82青岛大学学报(工程技术版)第26卷1海水供给泵;2热泵系统压缩机;3真空泵;4循环盐水泵;5第1效蒸发室;6第2效蒸发室;7冷凝器;8蒸发室盐水罐;9淡水水泵;10蒸发室淡水罐;11浓盐水泵;12淡水、浓盐水、补充海水换热器;13系统启动过程蒸发器;14热泵系统储液罐;15热泵系统干燥过滤器;16热泵系统节流阀;17系统启动海水泵图1利用热泵循环的节能海水淡化系统原理图该系统运行原理为:将热泵系统的蒸发器作为低温多效海水淡化系统的冷凝器,吸收从末效蒸
7、发器来的低压蒸汽的热量,将其冷凝为淡水,同时回收其热能;热泵的冷凝器放置在海水淡化系统的第1效蒸发器中作为热源,将较高温度的热能提供给低压海水,使第1效蒸发器的循环海水汽化,所产生的较高压力的蒸汽又被输送到第2效作为蒸发器的热源,在该效蒸发器中冷凝为淡水,同时使该效的循环海水汽化,产生了新的蒸汽,被输送到第3效作为第3效蒸发器的热源。如此逐效相连,直到低温多效海水淡化系统的冷凝器,将热量再次传递给热泵系统的蒸发器,形成循环,使海水淡化过程一直进行下去。该系统利用热泵回收多效蒸馏海水淡化系统末效蒸汽的热量,既可继承压汽蒸馏法可
8、回收利用最末效蒸汽热能的优点,又可保留多效蒸馏法蒸汽热量多次使用、实现效数多的特点,因而可实现节能的淡水生产;同时,所选用热泵压缩机的容量大小可决定海水淡化系统的产水量和体积大小。2两效海水淡化实验装置的设计建造利用封闭式热泵循环的低温多效海水淡化系统的优点是:选用不同型号的压缩机,即可设
