真空管集热太阳能低温多效蒸发海水淡化系统研究探究

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1、真空管集热太阳能低温多效蒸发海水淡化系统研究探究　　摘要：太阳能海水淡化技术是同时可以解决淡水和能源短缺的最有前途的可再生能源海水淡化技术，但太阳能海水淡化工程的高投资性决定了淡水成本高昂。本文以真空管集热的低温多效蒸发系统为研究对象，建立相关物理数学模型，编制MATLAB计算机程序，分析系统热力经济性能和制水成本构成。关键词：真空管集热器；低温多效；海水淡化；制水成本Abstract:thesolarenergyseawaterdesalinationtechnologyisalsocansolvetheenergyshortageoffreshwaterandthemostpromisi

2、ngrenewableenergyseawaterdesalinationtechnology,butthesolardesalinationhighinvestmentprojectdecisionoffreshwatercostly.Thevacuumtubeheatcollectorlow-temperaturemulti-effectevaporationsystemastheresearchobject,establishthephysicalandmathematicalmodelofMATLAB,compilingcomputerprogram,systemanalysisof

3、thermaleconomicperformanceandthe11costofwaterpreparation.Keywords:vacuumtubeheatcollector;low-temperaturemulti-effectdesalination;watercost;中图分类号：P611.4+1文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）0前言传统海水淡化技术多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（MED）和反渗透（RO）等，已经非常成熟，得到了广泛应用并解决淡水资源紧缺的问题。但传统的海水淡化技术直接或者间接的消耗化石能源，带来了能源与环境可持续发展等问题。而可再生能源海水淡化

4、技术可以同时解决淡水资源紧缺、环境问题和能源危机，所以受到很多研究人员的关注。可再生能源驱动的淡化过程，投资占的比例最高，导致可再生能源海水淡化制水成本很高，是制约其不能广泛应用的原因之一。太阳能海水淡化技术被认为是未来能够同时解决能源和淡水紧缺问题最适合的技术[1]，许多科研单位和实验室建造太阳能海水淡化设备或者用计算机来模拟太阳能海水淡化过程，以获得其热力、经济性能和降低成本的方向。1真空管集热的低温多效蒸发海水淡化系统11本文研究的真空管集热的低温多效蒸发海水淡化系统包含真空管集热、闪蒸器、储热水箱、并流低温多效蒸发海水淡化和电辅/冷却系统。它们之间的耦合如图1.1所示：图1.1真空管

5、集热的低温多效蒸发太阳能海水淡化系统图太阳能辐射存在时间段：（1）真空管集热器利用太阳辐射来加热集热工质水。如果辐射强度过小，集热器出口水温达不到设计值，则阀2开，阀1闭，循环加热工质水，使其达到设计值。这个时间段内低温多效蒸发系统所需热量可由电辅系统提供；如果辐射强度适中，阀门2闭，控制阀门1、3、4和5开度，控制真空管集热器集热管中热水流量，使得集热器出口水温恒定为设计值；如果辐射强度过大，集热器出口水温高于设计值，则开启冷却系统将水温冷却到设计值。过程中控制阀门5的开度，使得阀门3流量等于阀门5的流量，即水箱内水量不变。（2）储热水箱（常压）同时与闪蒸发生器（具有一定负压）和真空管集热

6、器（常压）相连，闪蒸发生器前水温恒定，热水流入发生器并部分闪蒸。未闪蒸的热水和多效蒸发系统返回的首效冷凝水混合后一起流入集热器继续被加热，而闪蒸产生的蒸汽作为加热蒸汽驱动低温多效蒸发海水淡化系统。太阳能辐不存在射时间段：11阀门1、2和4关闭，驱动低温多效蒸发海水淡化系统的热量来自白天存储在水箱中的辐射热或者电辅系统。考虑到海水淡化系统取热和散热导致的水温降低，恰当的设置水箱体积，使得经过无太阳辐射时间段后水箱内热水温度（此刻水箱内水温达到一天中最低值）与首效加热蒸汽温度之差大于或者等于1.5℃[2]，本文取1.5℃。至此，完成一天的循环。2太阳能海水淡化系统数学模型2.1真空管集热器数学模

7、型本文研究的系统处在大连地区，集热器倾角与大连纬度相等，使用的集热器为双层全玻璃真空玻璃管集热器，真空夹层内压强P=10-2Pa，单个集热器的集热面积为2.5m2，有16根集热管。真空管集热器集热管吸收到的可用热量[3]由下式用插值型复化数值积分的方法计算：（2-1）式中，d为内玻璃管外径，m；L为管长，m；FR为集热器热转移因子；Ieff为集热管单位时间单位面积吸收的热量，w/m2；UL为集热器热损失系数，