余熱回收式太陽能海水淡化

來源:智匯工業

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關鍵詞:海水淡化技術 海水淡化系統 海水脫鹽

    海水淡化技術是一種水資源利用的開源增量技術,將海水脫鹽來生產淡水。目前,應用反滲透膜法和蒸餾法是海水淡化市場中的主流。本文設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途徑。太陽能耦合柴油機余熱是本海水淡化裝置的能量來源,有效利用了柴油機缸套冷卻水的性質實現能量的再利用,積極響應了我國 “節能減排”的號召。


    目前,柴油機以其經濟性和動力性強等優勢,占據國內外船舶的主動力推進裝置的主體。然而,柴油機在運轉提供能量的過程中,雖功率高,但柴油機產生大量的熱能仍未被完全利用。以型號為MAN 12K98ME/MC的柴油機為例,柴油機產生的能量僅50%的熱量用于動力裝置做功,其中主機的缸套冷卻水的溫度高達353K(80℃),目前的研究和應用尚未對這部分的能量進行有效利用,而近標準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。


    1、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,但其具有良好的經濟性。


    由Sharma和Goswami提出的一個在理論和實驗上設計了一個太陽能真空脫鹽的系統。


    在真空脫鹽系統中,真空的蒸發器中,在大氣壓力的作用下,地面的海水因虹吸作用,經管道自發流入到蒸發器中。蒸發器的海水受太陽能輻射能,受熱緩慢蒸發濃縮。


    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行熱交換,加強換熱減少系統的熱損失。同時,蒸汽通過管翅式冷凝器中,產生的蒸汽壓力梯度,使蒸汽向冷凝器自發流動,最后通過管路輸送至淡水罐中儲存。他們經過實驗證明與他們開發的模型預測所吻合。


    在此基礎上,我們對該系統進行改進,進行耦合主機余熱,設計了一個新的系統。


    2、系統工作原理


    將濃縮鹽水柜和淡水柜設置在機艙,在甲板上利用鋼架結構將海水淡化單元抬高至離淡水柜距離10m的位置,在蒸發器中產生被動真空,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。


    首先將要進行淡化的海水經海水泵由舷外泵入管道內,系統運行期間,閥A3是關閉的,海水經A4泵向太陽能預熱器,在這個過程中,海水還要與冷凝器中的二次蒸汽發生熱交換,蒸汽冷凝的同時,又對進口海水進行了預熱,減少了系統對外界的熱損失。而后經過太陽能的再次加熱,送入具有一定真空度的蒸發器中,在蒸發器中,海水又經過主機缸套水的持續加熱,保證蒸發器里的海水能持續被加熱而沸騰。產生的蒸汽被冷凝后送往淡水柜儲存。


    產生真空的操作:在機艙內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,在高架上部的蒸發器和冷凝器要保證密封與絕緣。要使該系統產生真空,在開啟系統之前。關閉所有的閥門。首先將所有的管道住滿相應的液體。然后打開閥A3、A1向蒸發器和冷凝器充入海水,要保證海水全部將蒸發器和冷凝器充滿,打開截止閥A1的目的是使之前留在蒸發器內的空氣全部排出。在將蒸發器和冷凝器中充滿海水之后關閉閥A1、A3。隨后打開閥A2、A5使水在重力的作用下自行流下,蒸發器上部便形成了一個穩定的真空。隨后打開閥A4、A6系統準備就緒。該系統中,要保證蒸發器中有水沒過主機缸套水的換熱管路。


    船舶上除主機之外還有很多船用設備也會產生很大的余熱,這些可以按照一定方法加以利用。在該系統中,可以在進入蒸發器之前加裝一個三通閥,交替或一并向系統供熱。


    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,在大氣和重力的自然作用下,通過平衡供應管路和排出管路中的靜水壓強和大氣壓力產生一個穩定的真空,且自然地保持真空,降低了制造真空的額能量。海水的預熱由經過再次加熱的主機缸套冷卻水提供,在蒸發器中保持海水持續沸騰的熱量由太陽能提供,提供給該系統的能量會大大降低。但此系統的制造工藝簡單,真空易于維持,制造淡水的成本很低,該系統可以與船舶其它的設施余熱相耦合,可操作的空間很大。采用此系統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。


    (審核編輯: 智匯婷婷)

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