探討太陽能真空脫鹽的系統(tǒng)在海水淡化中的應(yīng)用
【m.tuchai.cn南京純水設(shè)備】海水淡化技術(shù)是一種水資源利用的開源增量技術(shù)，將海水脫鹽來生產(chǎn)淡水。目前，應(yīng)用反滲透膜法和蒸餾法是海水淡化市場中的主流。本文設(shè)計一種新型海水淡化裝置，并通過原理來分析其具體的實現(xiàn)途徑。太陽能耦合柴油機(jī)余熱是本海水淡化裝置的能量來源，有效利用了柴油機(jī)缸套冷卻水的性質(zhì)實現(xiàn)能量的再利用，積極響應(yīng)了我國 “節(jié)能減排”的號召。
目前，柴油機(jī)以其經(jīng)濟(jì)性和動力性強(qiáng)等優(yōu)勢，占據(jù)國內(nèi)外船舶的主動力推進(jìn)裝置的主體。然而，柴油機(jī)在運轉(zhuǎn)提供能量的過程中，雖功率高，但柴油機(jī)產(chǎn)生大量的熱能仍未被完全利用。以型號為MAN 12K98ME/MC的柴油機(jī)為例，南京去離子水處理設(shè)備柴油機(jī)產(chǎn)生的能量僅50%的熱量用于動力裝置做功，其中主機(jī)的缸套冷卻水的溫度高達(dá)353K（80℃），目前的研究和應(yīng)用尚未對這部分的能量進(jìn)行有效利用，而近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下飽和溫度的缸套冷卻水，對于海水淡化來說具有較高的利用價值。
一、方法的可行性
太陽能是天然能源，零成本而來源廣泛，雖效率低，但其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。由Sharma和Goswami提出的一個在理論和實驗上設(shè)計了一個太陽能真空脫鹽的系統(tǒng)。在真空脫鹽系統(tǒng)中，真空的蒸發(fā)器中，在大氣壓力的作用下，地面的海水因虹吸作用，經(jīng)管道自發(fā)流入到蒸發(fā)器中。蒸發(fā)器的海水受太陽能輻射能，受熱緩慢蒸發(fā)濃縮。
濃縮的海水自上而下的流入鹽水罐中，而低溫海水與高溫濃縮海水進(jìn)行熱交換，加強(qiáng)換熱減少系統(tǒng)的熱損失。同時，蒸汽通過管翅式冷凝器中，產(chǎn)生的蒸汽壓力梯度，使蒸汽向冷凝器自發(fā)流動，最后通過管路輸送至淡水罐中儲存。他們經(jīng)過實驗證明與他們開發(fā)的模型預(yù)測所吻合。
在此基礎(chǔ)上，我們對該系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)行耦合主機(jī)余熱，設(shè)計了一個新的系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)工作原理
將濃縮鹽水柜和淡水柜設(shè)置在機(jī)艙，在甲板上利用鋼架結(jié)構(gòu)將海水淡化單元抬高至離淡水柜距離10m的位置，在蒸發(fā)器中產(chǎn)生被動真空，在真空度很高的情況下，可使海水的沸點降低至40℃，這大大減少了在常壓下將海水加熱至沸騰的熱量。
首先將要進(jìn)行淡化的海水經(jīng)海水泵由舷外泵入管道內(nèi)，系統(tǒng)運行期間，閥A3是關(guān)閉的，海水經(jīng)A4泵向太陽能預(yù)熱器，在這個過程中，海水還要與冷凝器中的二次蒸汽發(fā)生熱交換，蒸汽冷凝的同時，又對進(jìn)口海水進(jìn)行了預(yù)熱，減少了系統(tǒng)對外界的熱損失。而后經(jīng)過太陽能的再次加熱，送入具有一定真空度的蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器中，海水又經(jīng)過主機(jī)缸套水的持續(xù)加熱，保證蒸發(fā)器里的海水能持續(xù)被加熱而沸騰。產(chǎn)生的蒸汽被冷凝后送往淡水柜儲存。
產(chǎn)生真空的操作：在機(jī)艙內(nèi)的淡水和濃縮鹽水收集柜要與大氣相通，這樣才能順利的使淡水和濃縮鹽水在重力的作用下流下來，在高架上部的蒸發(fā)器和冷凝器要保證密封與絕緣。要使該系統(tǒng)產(chǎn)生真空，在開啟系統(tǒng)之前。關(guān)閉所有的閥門。首先將所有的管道住滿相應(yīng)的液體。然后打開閥A3、A1向蒸發(fā)器和冷凝器充入海水，要保證海水全部將蒸發(fā)器和冷凝器充滿，打開截止閥A1的目的是使之前留在蒸發(fā)器內(nèi)的空氣全部排出。在將蒸發(fā)器和冷凝器中充滿海水之后關(guān)閉閥A1、A3。隨后打開閥A2、A5使水在重力的作用下自行流下，蒸發(fā)器上部便形成了一個穩(wěn)定的真空。隨后打開閥A4、A6系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒。該系統(tǒng)中，要保證蒸發(fā)器中有水沒過主機(jī)缸套水的換熱管路。
船舶上除主機(jī)之外還有很多船用設(shè)備也會產(chǎn)生很大的余熱，這些可以按照一定方法加以利用。在該系統(tǒng)中，可以在進(jìn)入蒸發(fā)器之前加裝一個三通閥，交替或一并向系統(tǒng)供熱。
采用被動真空的利用太陽能和余熱的真空沸騰式海水淡化系統(tǒng)，在大氣和重力的自然作用下，通過平衡供應(yīng)管路和排出管路中的靜水壓強(qiáng)和大氣壓力產(chǎn)生一個穩(wěn)定的真空，且自然地保持真空，降低了制造真空的額能量。南京反滲透純水處理設(shè)備海水的預(yù)熱由經(jīng)過再次加熱的主機(jī)缸套冷卻水提供，在蒸發(fā)器中保持海水持續(xù)沸騰的熱量由太陽能提供，提供給該系統(tǒng)的能量會大大降低。但此系統(tǒng)的制造工藝簡單，真空易于維持，制造淡水的成本很低，該系統(tǒng)可以與船舶其它的設(shè)施余熱相耦合，可操作的空間很大。采用此系統(tǒng)可一定程度上降低污染和船舶的營運成本，減少對外界的排放，減輕污染。。
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