单效机械压汽蒸馏海水淡化系统(SEMVC)的热力学分析与优化研究

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海水淡化技术是人类为了解决世界性的淡水资源短缺和水资源污染问题而产生的取水手段。该技术虽然已经存在长达两个世纪,但一直受到国内外学者的重视。海水淡化技术的方法较多,主要包括蒸馏法、结晶法和膜法三大类。机械压汽蒸馏海水淡化技术(MVC)是热蒸馏法的一种,该技术是一种单纯利用机械能的海水淡化技术。本文分析了MVC的研究现状和发展趋势,主要研究了该系统的热力性能。
  为了获得机械压汽蒸馏海水淡化技术的合理的运行参数,基于热力学第一定律建立了系统的数学模型。分别讨论了压缩机的压缩比、定熵效率、海水蒸发温度以及蒸发冷凝过程的传热温差对系统性能的影响,并分析了系统的经济合理性。分析结果表明:压缩机压缩比越低、定熵效率越高、蒸发温度越低,则系统比功耗越低、系统回收率越高,在60-110℃之间时,蒸发温度对比功耗影响不显著;综合分析得出,蒸发温度在85-95℃、压缩比控制在1.1-1.3、传热温差为2-5℃时系统运行良好,产水的耗能在9-12kWh/m3。并根据分析结果选取了一组系统设计参数。
  通过热力学第二定律建立了(火用)分析数学模型,结合参数举例中的数据,讨论了压缩比、定熵效率和蒸发温度对系统(火用)利用情况的影响,讨论了热分析和(火用)分析的差异。结果表明:海水淡化过程的(火用)效率为4.8%,(火用)损失主要集中在蒸发冷凝器和压缩机,预热器和水泵的(火用)损失系数较小;压缩比越低,压缩机定熵效率越大、蒸发温度越低则系统(火用)效率越高;该技术充分回收利用余热,具有较高的热效率,但该技术的(火用)效率较低。从降低(火用)损失的角度分析,提高传热性能、利用高性能低压比的压缩机和选择适当的蒸发温度是该技术的重点突破方向。最后,本文拟合出了系统性能的方程,经验证性能拟合方程具有一定的准确性和参考价值。
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