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基本信息

項(xiàng)目名稱：
塔式橫管降膜蒸發(fā)太陽(yáng)能海水淡化裝置
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本設(shè)計(jì)將太陽(yáng)能與低溫多效蒸發(fā)海水淡化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，引入橫管降膜蒸發(fā)技術(shù)，巧妙設(shè)計(jì)了蒸發(fā)器塔式布局結(jié)構(gòu)，大大提高了裝置的造水效率。本設(shè)計(jì)采用真空管集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、閃蒸發(fā)生器系統(tǒng)、電輔/冷卻系統(tǒng)與MED海水淡化系統(tǒng)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能高效利用、晝夜不間斷運(yùn)行、淡水產(chǎn)量相比同類方案高的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
詳細(xì)介紹：
本設(shè)計(jì)目標(biāo)是利用太陽(yáng)能與低溫多效蒸發(fā)海水淡化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，引入橫管降膜蒸發(fā)技術(shù)，巧妙設(shè)計(jì)蒸發(fā)器塔式布局結(jié)構(gòu)，提高裝置的造水效率，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高效利用、晝夜不間斷運(yùn)行、淡水產(chǎn)量較高的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 為此，設(shè)計(jì)了塔式橫管降膜蒸發(fā)太陽(yáng)能海水淡化裝置，包含5個(gè)子系統(tǒng)：真空管集熱系統(tǒng)、閃蒸發(fā)生器系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)和電輔/冷卻系統(tǒng)。該裝置由太陽(yáng)能集熱器來(lái)提供系統(tǒng)需要的熱量，集熱器為雙層全玻璃真空玻璃管集熱器，使得海水最高蒸發(fā)溫度不超過(guò)70℃，其特征是：5個(gè)橫管降膜式蒸發(fā)器串聯(lián)組成，蒸發(fā)器采用層疊的塔式布置，海水可以依靠自身重力和效間壓力差，實(shí)現(xiàn)逐效流動(dòng)，而不再需要海水泵輸送；系統(tǒng)首效蒸發(fā)器輸入蒸汽，通過(guò)反復(fù)蒸發(fā)與冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽的淡化產(chǎn)量；為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高效利用、晝夜不間斷運(yùn)行、設(shè)置蓄熱水箱，在白天“儲(chǔ)存”集熱器吸收的熱量，在夜間為多效蒸發(fā)裝置運(yùn)行提供熱量來(lái)源；滿足日產(chǎn)10t的海水淡化要求。 分析了真空管集熱器、蓄熱水箱、閃蒸發(fā)生器及橫管降膜蒸發(fā)的原理及系統(tǒng)組成方式，完成了集熱量與橫管降膜蒸發(fā)器相關(guān)熱力參數(shù)的算法設(shè)計(jì)和計(jì)算。 搭建了淡水產(chǎn)量10t/d的橫管降膜蒸發(fā)5效塔式實(shí)驗(yàn)裝置。通過(guò)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，分析了塔式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)塔式結(jié)構(gòu)內(nèi)橫管降膜蒸發(fā)器換熱管矩形排布進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，評(píng)估分析了裝置的熱力性能。

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)目的： 海水淡化技術(shù)是解決當(dāng)前淡水資源匱乏問(wèn)題的有效途徑之一。傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)投資高，能源消耗大、淡水資源緊張等迫使人們?nèi)ふ倚履茉春涂稍偕茉?，太?yáng)能以其儲(chǔ)量無(wú)限、完全清潔的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)脫穎而出。太陽(yáng)能與低溫多效蒸發(fā)海水淡化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，成為必然發(fā)展趨勢(shì)。 基本思路： 設(shè)計(jì)了塔式橫管降膜蒸發(fā)太陽(yáng)能海水淡化裝置，包含5個(gè)子系統(tǒng)：真空管集熱系統(tǒng)、閃蒸發(fā)生器系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)和電輔/冷卻系統(tǒng)。該裝置由太陽(yáng)能集熱器來(lái)提供系統(tǒng)需要的熱量，集熱器為雙層全玻璃真空玻璃管集熱器；為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高效利用、晝夜不間斷運(yùn)行、設(shè)置蓄熱水箱；海水淡化系統(tǒng)由5個(gè)橫管降膜式蒸發(fā)器串聯(lián)組成，蒸發(fā)器采用層疊的塔式布置；滿足日產(chǎn)10t的海水淡化要求。 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能與低溫多效蒸發(fā)海水淡化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，造水比較高，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性高； （2）蒸發(fā)器采用層疊的塔式布置，海水依靠自身重力和效間壓力差，實(shí)現(xiàn)逐效流動(dòng)，不需要海水泵輸送，因此系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性增加，降低了能源消耗。 （3）設(shè)計(jì)了蓄熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能高效利用、晝夜不間斷運(yùn)行、淡水產(chǎn)量相比同類方案高。 （4）搭建了塔式實(shí)驗(yàn)裝置，評(píng)估分析了裝置的熱力性能，編制了熱力性能校核軟件，并完成了系統(tǒng)仿真，能動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)流程。 基本參數(shù)和主要性能指標(biāo)： （1）加熱蒸汽溫度為65 ℃ （2）末效蒸發(fā)器蒸汽溫度為50℃ （3）海水的濃縮比為2 （4）造水比為4.04 （5）淡水產(chǎn)量為10t/d

科學(xué)性、先進(jìn)性

在國(guó)內(nèi)外，太陽(yáng)能與傳統(tǒng)海水淡化系統(tǒng)相結(jié)合方面已經(jīng)取得階段性成果，如太陽(yáng)能多級(jí)閃蒸系統(tǒng)、太陽(yáng)能多級(jí)沸騰蒸餾系統(tǒng)等。但是將太陽(yáng)能集熱技術(shù)與具有操作溫度低，預(yù)處理簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗小，熱效率高等優(yōu)點(diǎn)的低溫多效蒸發(fā)海水淡化技術(shù)緊密結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，才能極大提高太陽(yáng)能海水淡化裝置的經(jīng)濟(jì)性。而本作品太陽(yáng)能與低溫多效蒸發(fā)海水淡化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，引入橫管降膜蒸發(fā)技術(shù)，巧妙設(shè)計(jì)了蒸發(fā)器塔式布局結(jié)構(gòu)，大大提高了裝置的造水效率。 實(shí)質(zhì)性的技術(shù)特點(diǎn)和進(jìn)步體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：海水最高蒸發(fā)溫度不超過(guò)70℃，充分發(fā)揮了低溫多效蒸發(fā)海水淡化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；蒸發(fā)器采用層疊的塔式布置，海水可以依靠自身重力和效間壓力差，實(shí)現(xiàn)逐效流動(dòng)，而不再需要海水泵輸送，因此系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性增加，降低了能源消耗；設(shè)計(jì)了蓄熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能高效利用、晝夜不間斷運(yùn)行、淡水產(chǎn)量相比同類方案高；搭建了淡水產(chǎn)量為10t/d的橫管降膜蒸發(fā)5效塔式實(shí)驗(yàn)裝置，完成了塔式橫管降膜蒸發(fā)太陽(yáng)能海水淡化裝置的系統(tǒng)仿真。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2011年5月，獲得遼寧省挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽特等獎(jiǎng)

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合作研究

作品可展示的形式

圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1、實(shí)現(xiàn)了海水淡化技術(shù)與太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，完成了可持續(xù)能源和清潔能源的有效利用； 2、采用橫管降膜蒸發(fā)技術(shù)，具有傳熱系數(shù)高、熱耗量小，要求供熱的溫位低等優(yōu)點(diǎn)； 3、蒸發(fā)器塔式布置，海水可以依靠自身重力和效間壓力差實(shí)現(xiàn)逐效流動(dòng)，降低了能源消耗； 4、設(shè)計(jì)了蓄熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能高效利用、晝夜不間斷運(yùn)行、淡水產(chǎn)量相比同類方案高； 5、搭建了5效塔式實(shí)驗(yàn)裝置，完成了塔式橫管降膜蒸發(fā)太陽(yáng)能海水淡化裝置的系統(tǒng)仿真，并編制了熱力性能校核軟件。 研究設(shè)計(jì)了“塔式橫管降膜蒸發(fā)太陽(yáng)能海水淡化裝置”的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)量無(wú)限、完全清潔的太陽(yáng)能與MED海水淡化技術(shù)的結(jié)合，提供了一種低投資，低能耗的獲得淡水的途徑。 1萬(wàn)噸/天的低溫多效蒸發(fā)海水淡化設(shè)備銷售價(jià)格約6500萬(wàn)元，工程投資約9500萬(wàn)元。按照年均制造海水淡化設(shè)備規(guī)模10萬(wàn)噸/天保守?cái)?shù)值測(cè)算，年均售價(jià)6.5億元。發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海水淡化裝備制造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，將為我國(guó)的裝備制造業(yè)帶來(lái)極大的商機(jī)和利潤(rùn)。

同類課題研究水平概述

橫管降膜蒸發(fā)過(guò)程中，由于其可在相對(duì)低的溫度驅(qū)動(dòng)力或相對(duì)低的熱流量引起的表面蒸發(fā)，同時(shí)因?yàn)楸∧ふ舭l(fā)的換熱管外側(cè)液體的膜狀流動(dòng)有利于蒸汽與液相盡快分離，所以其換熱系數(shù)較高, 在相同的熱負(fù)荷條件下所需傳熱面積可大為節(jié)省。因此，橫管降膜蒸發(fā)是一種節(jié)能型蒸餾淡化技術(shù)，不僅熱耗量小，而且要求供熱的溫位低，其與陽(yáng)能技術(shù)的結(jié)合是太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)中最有前景的方向之一。 國(guó)內(nèi)外研究人員（見(jiàn)參考文獻(xiàn)）對(duì)不同的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)進(jìn)行了分析和研究，但目前還未見(jiàn)搭建橫管降膜蒸發(fā)太陽(yáng)能海水淡化塔式裝置，本裝置采用橫管降膜蒸發(fā)技術(shù)，采用塔式布置，由5效蒸發(fā)器構(gòu)成，日產(chǎn)淡水10噸。設(shè)計(jì)中采用了蓄熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)置蓄熱水箱在白天“儲(chǔ)存”集熱器吸收的熱量，在夜間為多效蒸發(fā)裝置運(yùn)行提供熱量來(lái)源，真正實(shí)現(xiàn)了晝，不間斷運(yùn)行、保證了淡水產(chǎn)出的可持續(xù)性。 依托遼寧省海水淡化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和海洋能源利用與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)支持下，實(shí)驗(yàn)室先期搭建了橫管降膜蒸發(fā)傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)、水平管管內(nèi)流動(dòng)與傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)等系列實(shí)驗(yàn)裝置，獲得大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為本裝置的進(jìn)一步改進(jìn)提高提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)一流的實(shí)驗(yàn)條件能夠?yàn)楸狙b置的后續(xù)研發(fā)提供強(qiáng)有力的支撐，在此基礎(chǔ)上提出具有原創(chuàng)性的新的海水淡化裝置技術(shù)方案。 參考文獻(xiàn)： [1]The application of solar energy for large-scale seawater desalination.D.Hoffman.; Desalination ,89 (1992) 115-184. [2]Use of parabolic trough solar energy collectors for seawater desalination.Soteris Kalogirou; Applied Energy, 60 (1998) 65-68. [3] 一種新型多效內(nèi)回?zé)崾教?yáng)能海水淡化裝置. 陳子乾，鄭宏飛，何開(kāi)巖；北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005.
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