10000噸天太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

青島大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）SKIPIF1<0SKIPIF1<0 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：10000噸/天太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：熱能與動(dòng)力工程姓名：指導(dǎo)教師：10000噸/天太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)TheDesignofASeawaterDesalinationMultiplexedSystemProducingFreshwater10000T/DaywithSolarEnergy摘要低溫多效海水淡化系統(tǒng)蒸發(fā)溫度低，對(duì)減少設(shè)備腐蝕與結(jié)垢起到一定作用。其海水預(yù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗小，熱效率高，操作安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，能利用低品位能源。對(duì)當(dāng)前海水淡化現(xiàn)狀和太陽能集熱技術(shù)分別進(jìn)行了綜述，提出了太陽能低溫多效海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，建立起了包括蒸發(fā)器、預(yù)熱器、閃蒸罐和冷凝器的傳熱傳質(zhì)計(jì)算，在已經(jīng)建立的傳熱傳質(zhì)計(jì)算基礎(chǔ)上，利用VisualBasic語言編制了低溫多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序，以10000噸/日系統(tǒng)為例詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，得出了系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行工藝性設(shè)計(jì)，得出海水淡化系統(tǒng)預(yù)熱器及蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，動(dòng)力系統(tǒng)的能耗，以及太陽能集熱系統(tǒng)的集熱面積和換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。關(guān)鍵詞：海水淡化低溫多效太陽能設(shè)計(jì)AbstractBecauseofthelowevaporationtemperatureofthelow-temperaturemulti-effectdesalinationsystem,ittakeseffectsomehowinreducingthecorrosionandfoulingofthesystem.thepretreatmentprocessisverysimple.Theenergyusingofpowerissmall.Ithashigherthermalefficiency.Ithassafeandreliableoperation.Itcantakeadvantageoflow-gradeenergy.Thereviewofthesolarenergycollectingtechnologyandthedevelopmenttrendsofseawaterdesalinationarecarriedoutinthisthesis,proposinganewsystemofsolarlow-temperaturemulti-effectdesalinationcomplexsystemandbuildingsomemathematicalmodelsofthethermodynamicprocess,includingtheevaporator,preheater,condenserandflashtank.Onthebasementoftheestablishedmodels,thispapermakescalculationprocedureofthelow-temperaturemulti-effectdistillationdesalinationsystemsintheVisualBasiclanguage.As10000ton/dayforexample,itdescribedthesystemdesignprocessindetails.Asaresult,canthemaindesignparametersofthesystemcanbegot.Afterprocessdesigningofthesystemthestructuralparametersofthepreheaterandtheevaporatordesalinationsystems,theenergyconsumeofthepowersystem,thecollectorareaofsolarcollectorsystemandthestructuralparametersoftheheatexchangercanbeobtained.Keyworlds：seawaterdesalinationmultipleevaporationdevicesolarenergydesign目錄第1章緒論 11.1發(fā)展太陽能海水淡化的意義 11.2海水淡化技術(shù)發(fā)展概況與主要方法 21.2.1海水淡化技術(shù)發(fā)展概況 21.2.2海水淡化技術(shù)主要方法 21.3太陽能集熱技術(shù)發(fā)展概況和主要方法 51.3.1太陽能集熱技術(shù)發(fā)展概況 51.3.2太陽能集熱主要方法 61.4本文研究?jī)?nèi)容 7第2章太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)原理與模型的建立 82.1太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的提出 82.2太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的物理模型 82.3低溫多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)計(jì)算 112.3.1第i效蒸發(fā)器傳熱傳質(zhì)計(jì)算 112.3.2第i效閃蒸罐傳熱傳質(zhì)計(jì)算 142.3.3海水預(yù)熱器傳熱傳質(zhì)計(jì)算 152.4小結(jié) 15第3章海水淡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 173.1原始數(shù)據(jù)的選擇與設(shè)定 173.2確證各效溫度分布 173.3系統(tǒng)物料衡算及熱量衡算 183.4海水預(yù)熱器與各效蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 193.4.1海水預(yù)熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 193.4.2各效蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 243.4.3冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算 243.5動(dòng)力系統(tǒng)能耗計(jì)算 253.6系統(tǒng)參數(shù)總匯 283.7小結(jié) 28第4章太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 304.1原始數(shù)據(jù)的選擇與設(shè)定 304.2太陽能集熱系統(tǒng)的計(jì)算 304.2.1換熱器的計(jì)算 304.2.2蓄熱器的計(jì)算 324.2.3太陽能集熱系統(tǒng)集熱面積的計(jì)算 324.3小結(jié) 34第5章結(jié)論 35致謝 36參考文獻(xiàn) 37附錄 39青島大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE1第1章緒論1.1發(fā)展太陽能海水淡化的意義潛在的能源危機(jī)和世界生態(tài)環(huán)境不斷惡化，促使世界大多數(shù)國(guó)家積極發(fā)展新能源和可再生能源，其中包括太陽能和各種可再生能源，太陽能以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。太陽能在每秒鐘到達(dá)地面能量有800,000千瓦，假若我們能把0.1％的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，在5％的效率下，每年高達(dá)5.6×1012kWh，相當(dāng)于世界能源消費(fèi)的40倍。中國(guó)是太陽能資源豐富的國(guó)家之一，總面積超過2/3的地區(qū)年日照時(shí)數(shù)超過2000小時(shí)，西北地區(qū)年日照時(shí)數(shù)達(dá)10000小時(shí)，是最富有的世界太陽能資源地區(qū)，太陽能利用有巨大潛力。目前，隨世界的發(fā)展以及環(huán)境的惡化，地球的淡水已經(jīng)逐漸緊缺。國(guó)際上有“在十九世紀(jì)爭(zhēng)煤，在二十世紀(jì)爭(zhēng)油，在二十一世紀(jì)爭(zhēng)水”[1]的說法。到2050年，地球人口將要到123億，到時(shí)地球淡水會(huì)變得很匱乏。中國(guó)已被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)最缺水的國(guó)家之一，缺水城市已到300多個(gè)，這將嚴(yán)重影響21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。我國(guó)解決水資源缺乏的一條有效途徑就是進(jìn)行海水淡化，然而海水淡化畢竟不是一件容易實(shí)現(xiàn)的事情，傳統(tǒng)的海水淡化的效率比較低，消耗了太多的能源，后果就是不能大面積的推廣海水淡化。如何才能有效地降低海水淡化的成本，世界上很多國(guó)家包括我國(guó)為此做了大量的細(xì)致的工作。我們都知道太陽能是一種潔凈無污染的能源，在能效配合上能夠在很大程度上得到實(shí)現(xiàn)。這些年利用了太陽能進(jìn)行海水淡化的工作走得很快，因?yàn)槭澜绺鲊?guó)都認(rèn)識(shí)到了經(jīng)濟(jì)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須節(jié)約能源。世界上還有一些不能夠利用電網(wǎng)電能的地區(qū)，比如孤立的小島，太陽海水淡化為之提供了有效解決問題的途徑[2]。隨著太陽能利用的不斷發(fā)展，現(xiàn)在世界上一些國(guó)家和地區(qū)，已經(jīng)對(duì)太陽能海水淡化的研究進(jìn)行到很深的程度[2]。考慮到太陽能發(fā)展的現(xiàn)狀，本文提出了一種新型太陽能海水淡化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，即將大型太陽能集熱器產(chǎn)生的熱能作為海水淡化的熱源，以期達(dá)到節(jié)約能源和得到淡水的目的。1.2海水淡化技術(shù)發(fā)展概況與主要方法經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)展，海水淡化技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到一定的技術(shù)水平，大規(guī)模海水淡化系統(tǒng)已經(jīng)在一些國(guó)家運(yùn)行，目前在商業(yè)上成功的主要有蒸發(fā)法等一些方法。1.2.1海水淡化技術(shù)發(fā)展概況海水淡化是世界上廣泛的問題，不僅僅是幾個(gè)國(guó)家?guī)讉€(gè)地區(qū)的問題，而是涉及到全人類的生存和發(fā)展的問題。推廣海水淡化事業(yè)，從占地球三分之二面積的海洋中獲取淡水資源已經(jīng)成為全世界關(guān)注的重大的問題之一。國(guó)外進(jìn)行海水淡化的事業(yè)已經(jīng)近一百多年，海水成為一些沙漠國(guó)家最重要的水源，與海水處理技術(shù)相關(guān)的科技已經(jīng)相當(dāng)成熟?，F(xiàn)在，全球海水淡化每日的產(chǎn)量有三千五百萬立方米上下，其中大部分用于人的飲用水，成功讓1億多人告別飲水的困難。世界上大概有一萬多海水淡化廠，人們將越來越高度重視海水淡化在解決水問題中所起到的作用[3]。中國(guó)從上世紀(jì)開始進(jìn)行海水淡化的研究，最先開始的是電滲析海水淡化的研究。中國(guó)在當(dāng)今世界上海水淡化的發(fā)展中已經(jīng)占有一席之地。但是也有一定的不足之處。我國(guó)的海水淡化事業(yè)雖已具有一定的規(guī)模，但是自主創(chuàng)新能力和相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)能力以及高新技術(shù)能力還有所欠缺。中國(guó)最需要的是建立起完備的產(chǎn)業(yè)鏈條，形成整個(gè)系統(tǒng)的自主創(chuàng)造能力。以便于進(jìn)一步早日解決這些難題，我國(guó)必須不斷加大投入，增強(qiáng)創(chuàng)新能力，提高技術(shù)水平，建立健全相關(guān)生產(chǎn)工藝的流程，早日達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平[4]。1.2.2海水淡化技術(shù)主要方法海水淡化的最終目的是從含有鹽分的海水中獲得淡水。根據(jù)脫鹽方式的不同，有三類方法分別是熱法、膜法、化學(xué)法能夠進(jìn)行海水脫鹽。其中，熱法能夠通過蒸發(fā)和結(jié)晶實(shí)現(xiàn)，蒸發(fā)主要有多效蒸發(fā)和壓汽蒸發(fā)，結(jié)晶通過冷凍或者水合物實(shí)現(xiàn)。膜法通過電滲析或者反滲透的方式實(shí)現(xiàn)。海水淡化中化學(xué)法，離子交換法成本較高，使其應(yīng)用受的水質(zhì)很差達(dá)不到飲用地標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前世界上海水淡化廣泛采用的主要是多級(jí)閃蒸、多效蒸發(fā)、反滲透和電滲折法等[5]。熱法（1）多級(jí)閃蒸多級(jí)閃蒸已經(jīng)成為當(dāng)今世界海水淡化領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最先進(jìn)、成熟度最高的被廣泛承認(rèn)的海水淡化技術(shù)。多級(jí)閃蒸海水淡化的基本原理:將含有鹽分的海水進(jìn)行一定程度的加熱后引入相應(yīng)的閃蒸海水的閃蒸室，為達(dá)到閃蒸的目的必須控制容積室內(nèi)的壓力不高于當(dāng)下海水飽和壓力才能夠使海水在當(dāng)前壓力下能夠完成蒸發(fā)的目的，海水在當(dāng)前壓力下能夠得到蒸發(fā)，蒸發(fā)后海水的溫度降低，蒸發(fā)過程產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為淡化水，實(shí)現(xiàn)海水淡化的目的。經(jīng)過加熱的海水按照次序不斷地流經(jīng)多個(gè)進(jìn)行海水淡化的閃蒸罐，需要指出的是這些閃蒸室的壓力在不斷地降低。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)一效一效的蒸發(fā)，從而獲得淡化海水?，F(xiàn)代的多效蒸發(fā)正朝著大容量、多目的的運(yùn)行過程發(fā)展，即不僅進(jìn)行海水淡化，同時(shí)還產(chǎn)生其他的經(jīng)濟(jì)效益。地球上目前雖有很多淡化海水的方式，但幾乎一半以上的海水淡化仍然通過蒸發(fā)過程進(jìn)行[6]。（２）多效蒸發(fā)我們把海水在120℃以下進(jìn)行一效一效蒸發(fā)的過程叫做海水淡化的低溫多效技術(shù)。在蒸發(fā)過程中，海水逐效流經(jīng)連接起來的蒸發(fā)器，這些蒸發(fā)器有很多的類型，但最常用的是水平管降膜蒸發(fā)器。這些蒸發(fā)器被加熱蒸汽進(jìn)行加熱，后面每一效蒸發(fā)溫度均低于前一效，結(jié)果得到的淡水多于蒸汽量。多效蒸發(fā)會(huì)在未來被人們廣泛應(yīng)用，因?yàn)槿藗儾粫?huì)忽視其利用的巨大潛力，其中它的優(yōu)勢(shì)作用在應(yīng)用中起到很大的作用，具體有以下特點(diǎn)：①多效蒸發(fā)可以用較低的能源獲得很高的熱效率，在一些化工領(lǐng)域或者能夠提供低品位熱源的企業(yè)，其廢熱可用于多效蒸發(fā)，它的造水比也能達(dá)到很高的水平。②多效蒸發(fā)最大的特點(diǎn)是它的蒸發(fā)溫度很低，這樣低的溫度顯然降低了設(shè)備的腐蝕作用，也使結(jié)垢大大減少。③水平管降膜蒸發(fā)器或冷凝器具有傳熱效率高，流動(dòng)阻力小的特點(diǎn)。④多效蒸發(fā)的設(shè)備能實(shí)現(xiàn)緊湊化和最大限度的簡(jiǎn)化。⑤多效蒸發(fā)的材料比較便宜，如同合金管等廉價(jià)材料。⑥整個(gè)過程能達(dá)到較大的彈性，同時(shí)減少了動(dòng)力能耗。⑦低溫多效可以得到水質(zhì)高的淡化水，使得淡化水的含鹽量大大降效。世界上目前為止最大的多效蒸發(fā)淡化海水技術(shù)可達(dá)到20000m3/d，但是它的容量還有增大的空間。隨著科技的不斷發(fā)展，將來能夠獲得更大容量的海水淡化設(shè)備。所以該技術(shù)有著巨大的利用空間，為解決水資源問題提供一條捷徑。當(dāng)然低溫多效海水淡化存在一些不足之處啊，比如其熱效率受到傳熱系數(shù)的制約，在淡化過程中蒸汽的比容較大造成設(shè)備的體積也比較大，增加了設(shè)備的生產(chǎn)費(fèi)用[7]。（3）壓氣蒸餾壓氣蒸餾也能實(shí)現(xiàn)海水淡化，其原理是海水先經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱，之后海水流經(jīng)一個(gè)蒸發(fā)器，對(duì)蒸發(fā)器加熱使得海水汽化，汽化的蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮及壓縮后獲得了高溫和高壓，再把它送回到蒸發(fā)器中作為蒸發(fā)器的加熱蒸汽，而作為加熱蒸汽的高溫高壓蒸汽冷凝放熱后獲得了淡水產(chǎn)品。這行壓縮過程的實(shí)現(xiàn)有兩種不同的方式，一種是通過引射器引射高壓蒸汽，另一種是使用機(jī)械式的壓縮機(jī)自己接對(duì)蒸汽進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)了蒸汽的潛熱不斷被傳遞[8]。（4）冷凍法冷凍法能夠?qū)崿F(xiàn)海水脫鹽，在上世紀(jì)中葉當(dāng)時(shí)人們廣泛認(rèn)為冷凍法是在未來有巨大發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。通過冷凍的方式獲得淡化海水的原理是水中的無機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)鹽的濃度系數(shù)與海水中的無機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)鹽的濃度系數(shù)相差一兩個(gè)數(shù)量級(jí)。通常情況下，假若水中含無機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)鹽那么水的冰點(diǎn)會(huì)降低。在這種情況下，假若對(duì)其進(jìn)行冷凍，逐漸使溫度降低到水的冰點(diǎn)，就會(huì)有結(jié)成冰的純水慢慢結(jié)晶，而其他雜質(zhì)無機(jī)鹽不會(huì)結(jié)晶。只有無機(jī)鹽達(dá)到飽和溫度后才會(huì)結(jié)晶。通過冷凍的方法獲得海水，一共可分為兩類。一種是自然法，還有就是可以通過人工的方式實(shí)現(xiàn)冷凍。當(dāng)前世界范圍內(nèi)已經(jīng)有很多國(guó)家建設(shè)了應(yīng)用冷凍法的海水淡化工廠。在其中有中型的也有小型的，還不能進(jìn)行大規(guī)模的海水淡化工程[9]。離子法（1）反滲透我們也把反滲透稱為反滲透超過濾法或者分離法。直到1953年，這種膜式的反滲透發(fā)才被人們應(yīng)用。反滲透法重要的一點(diǎn)是它利用一種半透膜，這種半透膜不允許溶質(zhì)透過半透膜而只允許溶劑透過半透膜。它的這種性質(zhì)，把含有鹽分的海水和不含鹽的淡水隔開。在這個(gè)過程中，淡水也逐漸透過半透膜到海水側(cè)，使得海水測(cè)液面不斷升高，直到海水液面到達(dá)一定的高度，實(shí)現(xiàn)了滲透。由于海水比淡水高，就會(huì)產(chǎn)生滲透壓。在這時(shí)假若我們?cè)诤Ｋ好嫔献饔靡粋€(gè)大于海水液壓的壓力，就會(huì)引起海水中部分的淡水通過半透膜運(yùn)動(dòng)到淡水側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了海水淡化的反滲透過程[10]。反滲透與多級(jí)閃蒸相比所具有的優(yōu)點(diǎn)就是在滲透過程中不會(huì)發(fā)生相變，反滲透過程的實(shí)現(xiàn)僅需要消耗一定的電能，而避免了使用蒸汽的消耗，從而節(jié)約了能量。另外，反滲透系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組化，它的安裝也比較容易。由于所用的建筑面積比較小，建設(shè)所用的時(shí)間也比較少。反滲透啟動(dòng)過程也比較快。然而在此技術(shù)中，半透膜需要大量經(jīng)常的更換，以保證淡化海水的質(zhì)量。這樣不可避免的增加了成本，膜的費(fèi)用很高，這樣使得此法不經(jīng)濟(jì)。（2）電滲析法電滲析海水淡化的方法在上世紀(jì)五十年代興起，最先開始的是淡化苦咸水，在此之后日本首先利用該技術(shù)在海水淡化中應(yīng)用。電滲析是把直流電作為動(dòng)力，利用一種能夠進(jìn)行陰離子交換的樹脂，利用交換膜選擇透過水中的陰陽離子，從而實(shí)現(xiàn)把一個(gè)水體中的離子通過半透膜送到另一側(cè)的水體中。電滲析過程必然要消耗一定的能源，能量消耗與溶液濃度成正比。與它淡化海水的方式相比，電滲析所耗的能量明顯高于其他的淡化方法，因此這種方法沒有在海水淡化中得到廣泛應(yīng)用[11]?；瘜W(xué)法（1）離子交換法離子交換技術(shù)所利用的是溶劑本身具有的和具有某種電性的離子和被處理的海水中含有相同電性的離子進(jìn)行離子交換從而實(shí)現(xiàn)鹽分的去除。當(dāng)前世界上在海水淡化的應(yīng)用中，離子交換法唯一的應(yīng)用領(lǐng)域是制取少量的飲用水，在飛機(jī)失事或船舶緊急缺水情況下為人員提供飲用水。在軍事領(lǐng)域，這種方發(fā)得到一定的運(yùn)用[12]。（2）水合物法在海水淡化中，水合物法還處于不成熟的階段。這種方法實(shí)現(xiàn)的原理是某些諸如天然氣、甲烷等一些有機(jī)氣體很難在水中溶解，但假若和水一起混合后，能夠形成兩者的水合物。在這種原理上，把此類氣體和海水一起混合后，。能夠形成一定量的含水分子的水合物，水合物中含有一定量的水和劑，水和劑即是此類氣體。形成水合物后，水合物以晶體形式析出，實(shí)現(xiàn)了同鹽水的分離。分離出來的水合物在經(jīng)過分離和用純水洗滌之后，對(duì)其進(jìn)行加熱，是何物在受熱下分解融化，通過分離能夠獲得淡水。比如，丙烷可以作為一種水合劑，與水結(jié)合生成水合物，每一個(gè)烴分子能夠攜帶17個(gè)水分子。1.3太陽能集熱技術(shù)發(fā)展概況和主要方法太陽能集熱器是太陽能熱利用過程中的主要部件，太陽能集熱器能夠吸收太陽光，從而產(chǎn)生巨大能量，為用能設(shè)備提供巨大能量。太陽能集熱器如同人類的心臟，人類心臟若損壞，人的生命也就終止了。相同的道理，假若太陽能集熱器壞了，太陽能熱水系統(tǒng)就會(huì)失去動(dòng)力。不同類型的太陽能系統(tǒng)的集熱器也是不同的。太陽能集熱器的形狀有板式的，也有管式的。相同的是兩種都有能夠吸收太陽輻射的能力，把光能轉(zhuǎn)化為熱能，再把這些能量傳遞給水或者其他介質(zhì)，例如水和氣體以及液體油。假若集熱器不斷吸收能量，工質(zhì)的溫度會(huì)不斷上升一直到系統(tǒng)所需的溫度才會(huì)停止[13]。太陽能集熱器根據(jù)不同的溫度，分為低溫、中溫、高溫三種類型。當(dāng)然這只是一種標(biāo)準(zhǔn)。按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)由不同的分類方式。例如，根據(jù)集熱器能不能在每天跟隨太陽移動(dòng)，可分為跟蹤型集熱器和非跟蹤型集熱器?？偠灾?，太陽能集熱器最終實(shí)現(xiàn)光能想熱能的轉(zhuǎn)變。1.3.1太陽能集熱技術(shù)發(fā)展概況上世紀(jì)五十年代，前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了地球上首座太陽能電站，并且為之建立了一個(gè)小型的系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，上世紀(jì)八十年代，地球上共建設(shè)了有20多座功率超過500kW的太陽能電站，其中單機(jī)的最大功率是80MW。上世紀(jì)80年代，以色列和美國(guó)一同出資建設(shè)了LUZ國(guó)際太陽能電站公司，并且對(duì)太陽能集熱進(jìn)行了大規(guī)模研究，共同開發(fā)了槽式太陽能集熱技術(shù)，并且公司正式進(jìn)入了運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。1989到1991年間在美國(guó)的加州沙漠地帶建立了9座太陽能槽式電站，這個(gè)電站達(dá)到了358,3兆瓦的裝機(jī)容量。并且實(shí)現(xiàn)了成本的下降，理論上是每度電5到6美分。我國(guó)一直高度重視太陽能集熱領(lǐng)域的研究工作，我國(guó)曾經(jīng)在六五時(shí)期成功的建設(shè)了1千瓦的太陽能塔式模擬電站系統(tǒng)和1千瓦的太陽能平板低溫系統(tǒng)。另外，中國(guó)和有關(guān)國(guó)家曾經(jīng)共同合作設(shè)計(jì)并建造了有5千瓦的太陽能碟式樣機(jī)。此外，中國(guó)與以色列還曾在2005年在南京合作設(shè)計(jì)并建成了75千瓦的太陽能塔式電站，此電站已正式投入運(yùn)營(yíng)當(dāng)中。由于有巨大的優(yōu)勢(shì)即太陽能是無盡的，所以太陽能集熱在未來有巨大的發(fā)展?jié)摿?，中?guó)應(yīng)當(dāng)大規(guī)模研究和發(fā)展太陽能集熱，才能在未來能源領(lǐng)域占據(jù)一定的地位。太陽能研究領(lǐng)域的重點(diǎn)是怎樣降低成本，如何勢(shì)力最大化，真正實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。1.3.2太陽能集熱主要方法。太陽集熱的最終目的是實(shí)現(xiàn)光能向熱能的轉(zhuǎn)變[14]。太陽能光能的采集方法有三種，它們分別是碟式、塔式和槽式。這是根據(jù)吸收光能的不同方式劃分的。（1）太陽能碟式當(dāng)前太陽能集熱系統(tǒng)中熱效率很高的一種是碟式系統(tǒng)，其太陽能利用率能夠達(dá)到29.4%[15]。據(jù)此認(rèn)為它能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能利用的最佳化。其工作原理是通過雙軸跟蹤術(shù)的利用，通過反光鏡把太陽光聚集，把聚集的光傳遞給接收器，接受其吸收太陽光的能量，實(shí)現(xiàn)能量向熱能的轉(zhuǎn)變。通常情況下，接收器要把聚光器放在聚光點(diǎn)后面，以便于減輕和防止聚光器在高溫下融化。（2）太陽能塔式太陽能塔式集熱器的工作原理是通過一組定日鏡群能夠?qū)崿F(xiàn)太陽光聚集到塔頂接收器上，這些定日鏡群能夠獨(dú)自跟蹤太陽的位置，接收器接收能量后實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。由此可見，定日鏡群對(duì)陽光的聚集和反射，是實(shí)現(xiàn)陽光的利用的根本原因。塔式系統(tǒng)必須要有足量的定日鏡，才能實(shí)現(xiàn)大功率的要求。實(shí)際中太陽能系統(tǒng)的功率可以達(dá)到30~400MW之間[16]。（3）太陽能槽式槽式太陽能集熱系統(tǒng)的原理是通過槽式反射鏡對(duì)陽光進(jìn)行聚焦，聚焦鏡是一種拋物面形式的鏡面，拋物面是通過平移拋物線實(shí)現(xiàn)的。聚光鏡將太陽能聚集到拋物面的一條直線上，有一些管狀的集熱器就連在這些拋物線上，以方便吸收太陽能。通常情況下，將諸多拋物面連在一起，構(gòu)成集熱器陣列，以達(dá)到整體效應(yīng)。槽式太陽能集熱器拋物面能夠追蹤太陽光，具體安置是軸線南北放置，能夠?qū)崿F(xiàn)東西旋轉(zhuǎn)，達(dá)到追蹤太陽光的目的。聚光比很高。太陽能槽式集熱系統(tǒng)的主要組成部分有：面積巨大的槽式聚光器、熱工質(zhì)、蒸汽產(chǎn)生器、蓄熱器。以便于解決夜間沒有太陽能的弊端，必須配置蓄熱器。蓄熱器的作用主要是在白天將多余的太陽能儲(chǔ)存下來，以便在夜間沒有太陽能的情況下給系統(tǒng)提供能量。有時(shí)，儲(chǔ)存的能量不能保證能量充足的供應(yīng)，就需要在系統(tǒng)中加入化石能源作為補(bǔ)充能源。槽式太陽能集熱系統(tǒng)有如下的特點(diǎn)：①槽式集熱器結(jié)構(gòu)緊湊，與塔式和碟式相比，相同的熱能轉(zhuǎn)化下，其占地面積會(huì)小到50%。②太陽能槽式集熱器加工安裝能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，可以批量生產(chǎn)，形成規(guī)模效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的發(fā)展。③槽形拋物面集熱系統(tǒng)的生產(chǎn)所需的構(gòu)件形式不多，容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，適于批量生產(chǎn)。與其他幾種集熱系統(tǒng)相比，槽式太陽集熱技術(shù)是所有太陽能集熱技術(shù)中功率最高的，也是效率最高的，其技術(shù)也是最成熟的。1.4本文研究?jī)?nèi)容當(dāng)前海水淡化中直接把太陽能作為熱源實(shí)現(xiàn)淡化海水的方法已經(jīng)有一定的技術(shù)成熟度。在實(shí)際應(yīng)用中，可以利用太陽能產(chǎn)生低溫蒸汽，用蒸汽加熱海水。從而實(shí)現(xiàn)了既充分利用了太陽能，又能夠獲得淡化水的目的。當(dāng)前海水淡化技術(shù)和太陽能集熱技術(shù)已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，但是將二者結(jié)合起來還沒有形成大規(guī)模效應(yīng)。假若把太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，把熱能作為動(dòng)力進(jìn)行海水淡化，將會(huì)在海水淡化中有好的前景。通過對(duì)比和分析本文通過對(duì)槽式太陽能集熱系統(tǒng)和低溫多效海水淡化系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起。探尋一種新型復(fù)合系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)太陽能海水淡化的目標(biāo)。本課題研究的重點(diǎn)是怎樣更有效地利用太陽能以及提高海水淡化的效率。如何減少能耗，實(shí)現(xiàn)能量的高利用率。主要研究?jī)?nèi)容有：（1）分析與研究怎樣實(shí)現(xiàn)將槽式太陽能集熱系統(tǒng)與低溫多效海水淡化系統(tǒng)的復(fù)合，建立一種新的系統(tǒng)（2）建立相應(yīng)的物理模型和傳熱傳質(zhì)計(jì)算以實(shí)現(xiàn)各個(gè)換熱器設(shè)計(jì)所需要參數(shù)的計(jì)算數(shù)據(jù)。（3）以10000噸/日太陽能海水淡化系統(tǒng)為例，進(jìn)行定量分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。第2章太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)原理與模型的建立2.1太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的提出我們的目的在于充分利用太陽能集熱系統(tǒng)與海水淡化系統(tǒng)的成熟技術(shù)，利用兩者技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，提出一種新型的系統(tǒng)。在第一章中比較了解了以上兩種系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文提出了將槽式太陽集熱系統(tǒng)與低溫多效海水淡化系統(tǒng)相復(fù)合的新型系統(tǒng)。即利用太陽能集熱產(chǎn)生的蒸汽作為海水淡化的熱源，進(jìn)行太陽能海水淡化的。該系統(tǒng)充分利用了太陽能集熱系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，同時(shí)保留了低溫多效系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)效數(shù)多，易于大型化的特點(diǎn)，因而可實(shí)現(xiàn)太陽能海水淡化的大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2.1。圖2.1太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)工作原理圖1-太陽能集熱器，2-蓄熱器，3-換熱器，4、5、6、7、8-多效蒸發(fā)器，9-末效蒸汽冷凝器，10-濃鹽水排出泵，11-淡水水泵，12-海水供給泵，13-進(jìn)料海水泵，14-真空泵，15-冷卻海水PH-海水預(yù)熱器，S-閃蒸2.2太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)物理模型物理結(jié)構(gòu)的描述是系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)，建立和正確使用物理模型有助于將系統(tǒng)中的復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化、明了化。在本文中建立了一個(gè)5效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)，由5個(gè)蒸發(fā)器、1個(gè)冷凝器、4個(gè)預(yù)熱器和3個(gè)閃蒸罐，以及水泵和真空泵共同組成。如圖2.1所示的是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。由太陽能系統(tǒng)來的蒸汽作為加熱熱源，在首效蒸發(fā)器4中加熱海水使其汽化蒸汽凝結(jié)后則直接返回太陽能系統(tǒng)；原料海水首先進(jìn)入冷凝器9，然后被分成兩股流:一股15直接排回大海，另一股作為蒸餾過程的進(jìn)料。進(jìn)料海水由后至前依次被送入各個(gè)預(yù)熱器(PH)進(jìn)行預(yù)熱，然后進(jìn)入第一效蒸發(fā)器4;蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽大部分進(jìn)入下一效作為加熱蒸汽，另一部分被抽往預(yù)熱器(PH)用于預(yù)熱海水;濃縮海水在兩效間的壓差作用下流入下一效繼續(xù)蒸發(fā);各效蒸汽的凝結(jié)水流入相應(yīng)閃蒸罐(S)，產(chǎn)生的蒸汽也被引至下一效。如此進(jìn)行直到末效，濃海水最終由末效排出。2至5效及冷凝器、預(yù)熱器產(chǎn)生的凝結(jié)水即為淡化水產(chǎn)量。太陽能海水淡化有多個(gè)子系統(tǒng)幾多個(gè)部件，其作用及工作原理如下：ⅰ太陽能油循環(huán)子系統(tǒng)主要包括太陽能集熱器1，蓄熱器2及換熱器3。白天光照條件下，從太陽能集熱器1出來的高溫油被分為兩部，一部分進(jìn)換熱器3加熱蒸汽，另一部分則進(jìn)蓄熱器2蓄熱。從換熱器及蓄熱器出來的油則返回太陽能集熱器1，如此形成油循環(huán)。ⅱ太陽能蒸汽循環(huán)子系統(tǒng)主要包括蓄熱器2及換熱器3。白天光照條件下，從海水淡化系統(tǒng)返回的飽和水被泵送到換熱器3中進(jìn)行換熱，成為90℃的飽和蒸汽后進(jìn)入蒸發(fā)器4；晚上無光照條件下，從海水淡化系統(tǒng)返回的飽和水則被泵送到蓄熱器2進(jìn)行加熱，成為90℃的飽和蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器4，如此形成蒸汽循環(huán)。ⅲ各效蒸發(fā)器是利用加熱蒸汽冷凝放熱來蒸發(fā)進(jìn)料海水的，一方面通過進(jìn)料海水對(duì)加熱蒸汽進(jìn)行冷卻獲得產(chǎn)品淡水，另一方面蒸汽的放熱量可以對(duì)海水進(jìn)行加熱進(jìn)而蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽。ⅳ冷凝器利用進(jìn)料海水對(duì)末效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行冷卻，一方面，可以通過海水冷卻二次蒸汽得到冷凝淡水;另一方面，二次蒸汽的放熱量可以提高進(jìn)料海水溫度，使得海水進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)具有較高的焓值，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)所需的熱量相應(yīng)減少，提高了蒸發(fā)器的換熱效率。ⅴ預(yù)熱器利用蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽中的部分蒸汽對(duì)海水進(jìn)行預(yù)熱，來提高海水溫度，從而使得海水進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)具有較高的焙值，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)所需的熱量相應(yīng)減少，提高了蒸發(fā)器的換熱效率。ⅵ閃蒸罐的壓力低于進(jìn)口冷凝水所對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓，冷凝水進(jìn)入后即為過熱水，于是，一部分冷凝水吸收熱量作為汽化潛熱而迅速蒸發(fā)，使得剩下的冷凝水的溫度降低，由出口接管排出，流入冷凝水匯總管。閃蒸罐主要起兩方面的作用:獲得少量蒸汽作為加熱蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器，使剩下的冷凝水溫度降低。ⅶ真空及不凝汽子系統(tǒng)主要包括真空泵和真空調(diào)節(jié)閥。各效蒸發(fā)器與真空抽氣系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)閥們相連。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)真空泵14將系統(tǒng)中空氣抽出，形成真空環(huán)境工作，抽出系統(tǒng)中的空氣形成一定真空度，各效蒸發(fā)器的真空度由其真空調(diào)節(jié)閥控制；系統(tǒng)正常運(yùn)行后，真空泵仍然工作，抽出海水淡化過程產(chǎn)生的不凝性氣體，維持各效蒸發(fā)器的正常工作的真空度?，F(xiàn)在將對(duì)太陽能海水淡化系統(tǒng)的蒸發(fā)器進(jìn)行一些說明。本課題研究的內(nèi)容采用的是橫管式降膜蒸發(fā)器。橫管降膜蒸發(fā)最大的優(yōu)點(diǎn)就是傳熱系數(shù)高，與其他蒸發(fā)方式相比，橫管降膜蒸發(fā)的效率是豎管降膜蒸發(fā)的三倍，是多級(jí)閃蒸的二倍。橫管降膜蒸發(fā)器的兩側(cè)均是相變，且又有液膜得作用，所以它的傳熱效率非常高，而且傳熱溫差也能控制在較小的范圍內(nèi)。它的傳熱性能在低溫情況下也很有量，已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)。此種換熱器在關(guān)外進(jìn)行的是蒸發(fā)過程，管內(nèi)是蒸汽的凝結(jié)過程。豎管降膜所具有的優(yōu)點(diǎn)它都具有，但是它的高度遠(yuǎn)低于豎管降膜，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的緊密型，橫管降膜蒸發(fā)所有的管子及噴淋系統(tǒng)，因而熱損失小，能都設(shè)置在一個(gè)筒體中，所以消耗的材料也很低[18]。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)單機(jī)系統(tǒng)容量最高達(dá)到20000立方米每天。它產(chǎn)生的水質(zhì)比反滲透要強(qiáng)得多，但是能耗并不比反滲透多。本設(shè)計(jì)中選用的換熱管材是銅合金（70Cu-30Ni），同時(shí)根據(jù)具體的計(jì)算選用了直徑為25mm和直徑為55mm的管子。（1）噴淋的密度在換熱面上噴淋要保證有足夠大的面積，而且要保證液體的均勻分布。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的主要有兩個(gè)情況，一個(gè)是降液密度，另一個(gè)是熱負(fù)荷的大小。根據(jù)Rautenbach和Gebel的科學(xué)性研究，水平管降膜蒸發(fā)的管子最佳的噴淋密度的范圍是SKIPIF1<0。根據(jù)我設(shè)計(jì)的降膜蒸發(fā)器的最大熱負(fù)荷，考慮到一方面保證噴淋密度的不要過小，另一方面又考慮到熱負(fù)荷的極限，所以在合理的范圍內(nèi)選擇SKIPIF1<0[19]。（2）噴淋的系統(tǒng)常用的噴淋系統(tǒng)有噴嘴、淋水盤和噴孔。噴孔和淋水盤能夠保證獲得均勻地液膜，但是安裝水平的高低嚴(yán)重影響水噴淋的均勻性。此外安裝和檢修都不是一件容易的事，要求的精度高。而噴嘴的效果很好，能夠很好地實(shí)現(xiàn)液膜的均勻分布，而且安裝也不是那么麻煩[20]，因此本系統(tǒng)采用噴嘴作為噴淋系統(tǒng)。（3）管子的布置利用水平管進(jìn)行降膜蒸發(fā)，液體下降的速度經(jīng)計(jì)算為SKIPIF1<0管子間距離的增加能增加液膜的波動(dòng)性，大大減少了管子干燥區(qū)的面積，不利的影響是會(huì)產(chǎn)生液滴飛濺。此外，間距過大會(huì)讓液體在水平方向移動(dòng)很大距離。必須確證合適的管子布置方式，避免液滴大規(guī)模的飛濺或平移而對(duì)換熱產(chǎn)生不利影響[20]。在本設(shè)計(jì)中，采用的是等邊三角形排列，管間距是依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)查得的。2.3太陽能海水淡化的傳熱傳質(zhì)計(jì)算根據(jù)已經(jīng)建立的物理模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行傳熱傳質(zhì)計(jì)算。2.3.1第i效蒸發(fā)器傳熱傳質(zhì)計(jì)算圖2-3第i效蒸發(fā)器熱量衡算示意圖（1）物料的衡算先假定海水中無鹽分揮發(fā)，對(duì)任一效蒸發(fā)器的含鹽量衡算：SKIPIF1<02-1式中：SKIPIF1<0－蒸發(fā)的海水量，㎏/ｓ；SKIPIF1<0－海水濃度，％；SKIPIF1<0－第ｉ效蒸發(fā)水份量，㎏/ｓ；SKIPIF1<0－第ｉ效蒸發(fā)后的海水的濃度，％。ｉ表示所計(jì)算效數(shù)的序號(hào)。由此，可得系統(tǒng)的蒸發(fā)水量為：SKIPIF1<02-2（2）熱量的衡算根據(jù)第一效蒸發(fā)器的能夠?qū)崿F(xiàn)熱平衡的方程式，可得：SKIPIF1<02-3式中：SKIPIF1<0－生蒸汽的量，㎏/ｓ；SKIPIF1<0－生蒸汽的比焓，SKIPIF1<0；SKIPIF1<0－進(jìn)料的海水比焓,SKIPIF1<0；SKIPIF1<0－第1效蒸發(fā)器產(chǎn)生的水蒸汽比焓，SKIPIF1<0；SKIPIF1<0－出第一效海水的量，㎏/ｓ；SKIPIF1<0－出第一效海水的比焓，SKIPIF1<0；SKIPIF1<0－凝結(jié)水的比焓，SKIPIF1<0。在其中，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<02-4以上的公式中：SKIPIF1<0－生蒸汽的汽化潛熱，SKIPIF1<0；SKIPIF1<0－進(jìn)料的海水的比熱容，SKIPIF1<0；SKIPIF1<0－出第一效的海水的比熱容，SKIPIF1<0；SKIPIF1<0－出第一效的海水的溫度，℃。將(2-4)中各式帶入(2-3)后整理得：SKIPIF1<02-5根據(jù)海水的比熱容公式有SKIPIF1<0（SKIPIF1<0為海水的濃度，SKIPIF1<0為純水的比熱，SKIPIF1<0為海水中鹽分的比熱[21]）,故：SKIPIF1<0消去公式中相同項(xiàng)后：SKIPIF1<02-6把SKIPIF1<0代入式（2-6）能夠得到：SKIPIF1<02-7按此規(guī)律類推：SKIPIF1<0將（2-7）代入（2-5）得：SKIPIF1<0在其中：SKIPIF1<0由此可得：SKIPIF1<0于是，以此類推得到：SKIPIF1<0按此規(guī)律類推，按圖所示，對(duì)第ｉ效蒸發(fā)器有SKIPIF1<02-8在本課題設(shè)計(jì)中，因?yàn)槲锪鲜睾愕脑?，用SKIPIF1<0代替上式中的SKIPIF1<0，還要乘以熱利用的系數(shù)SKIPIF1<0(可取0.96~0.98[22])來考慮各效蒸發(fā)器的損失，就可得到：SKIPIF1<02-9式中：SKIPIF1<0－第ｉ效真發(fā)起進(jìn)口的加熱蒸汽的汽化潛熱，kJ/㎏；SKIPIF1<0－第ｉ效進(jìn)口加熱的蒸汽量，㎏/ｓ，根據(jù)物料守恒方程式有（SKIPIF1<0為第ｉ效的閃蒸罐的閃蒸量，SKIPIF1<0為第ｉ效的預(yù)熱器的進(jìn)入蒸汽量）：SKIPIF1<02-102.3.2第i效閃蒸罐的傳熱傳質(zhì)計(jì)算圖2-4第i效閃蒸罐的熱量衡算的示意圖當(dāng)i=2時(shí)，由熱量的衡算有：SKIPIF1<02-11當(dāng)i=3時(shí)，根據(jù)熱量的衡算有：SKIPIF1<02-12其中：SKIPIF1<0,SKIPIF1<0代入式（2-12）得：SKIPIF1<02-13以上各式中：SKIPIF1<0－與第ｉ效蒸發(fā)的水蒸氣對(duì)應(yīng)的凝結(jié)水的比焓，SKIPIF1<0;SKIPIF1<0－第ｉ效蒸發(fā)的水蒸氣的比焓，SKIPIF1<0;SKIPIF1<0－第ｉ效閃蒸罐的閃蒸量，SKIPIF1<0;SKIPIF1<0－第ｉ效預(yù)熱器中進(jìn)入的蒸汽量，SKIPIF1<0。2.3.3海水預(yù)熱器傳熱傳質(zhì)計(jì)算圖2-5第i效預(yù)熱器熱量衡算的示意圖按圖圖2-5所示，對(duì)第i效預(yù)熱器由熱量平衡知:SKIPIF1<0將上式展開可得：SKIPIF1<02-14式中：SKIPIF1<0－出ｉ效預(yù)熱器的海水比熱，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－出ｉ效預(yù)熱器的海水溫度，℃在上列公式中引入了SKIPIF1<0變量，在論文中，取每效預(yù)熱器中海水被加熱到飽和溫度，每效溫升取SKIPIF1<0。因?yàn)樵跐舛认嗤瑫r(shí)，比熱隨溫度變化不大，所以可取SKIPIF1<0的平均值，即SKIPIF1<0。由此，代入式（2-14）有：SKIPIF1<02-152.4小結(jié)在本章主要作了以下工作：（1）在比較分析現(xiàn)有的太陽能集熱技術(shù)和低溫多效蒸發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種復(fù)合的系統(tǒng)——太陽能海水淡化復(fù)合系統(tǒng)。（2）對(duì)提出的新型系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)分析及運(yùn)行說明，著重對(duì)橫管降膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題的解決辦法作了說明。（3）建立了新系統(tǒng)的物理模型與傳熱傳質(zhì)計(jì)算，為下一章的系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算做好了準(zhǔn)備。第3章海水淡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算本章中將使用上一章建立的物理與傳熱傳質(zhì)計(jì)算，根據(jù)冷凝水閃蒸與額外蒸汽引出，以10000噸/日太陽能海水淡化系統(tǒng)作為例子，對(duì)本系統(tǒng)中海水淡化各個(gè)部件進(jìn)行了定量的分析和數(shù)學(xué)計(jì)算，因?yàn)橛?jì)算過程實(shí)為數(shù)據(jù)的迭代過程，所以本設(shè)計(jì)使用VisualBasic語言編制適用于本淡化系統(tǒng)的計(jì)算程序，得到了系統(tǒng)各部位的熱力性能參數(shù)。太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算會(huì)在下一章中提出。3.1原始數(shù)據(jù)的選擇與設(shè)定（1）設(shè)備的容量：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的淡化水生產(chǎn)能力為10000t/d，即D=417t/h（2）海水初始的質(zhì)量濃度是SKIPIF1<0，濃縮比SKIPIF1<0,初溫是SKIPIF1<0（3）型式：本系統(tǒng)采用了5效（5）設(shè)定噴淋的水溫。為增強(qiáng)提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通常下減小海水進(jìn)入蒸發(fā)器的過冷度。過冷度的選擇與系統(tǒng)的性能的提高緊密相關(guān)。假若過冷度太大，就加熱蒸汽發(fā)生相變凝結(jié)產(chǎn)熱量不能支持蒸發(fā)產(chǎn)生相當(dāng)量的蒸汽，系統(tǒng)水產(chǎn)量將下降；假若過冷度過小，那么由于換熱器有較小的換熱溫差，就會(huì)讓換熱器面積變大，設(shè)備總的投資過大。本系統(tǒng)把海水加熱到75℃，即過冷度為7.5℃。（6）系統(tǒng)效間溫差。在本系統(tǒng)中，第一效的蒸發(fā)溫度定位82.5℃，末效蒸發(fā)溫度為46.5℃?？紤]到各方面的因素，各效取9℃溫差。（7）由太陽能系統(tǒng)出來的飽和蒸汽的溫度取為90℃。（8）假定各效的熱回收率為SKIPIF1<0＝0.98。（9）初算時(shí)根據(jù)造水比SKIPIF1<0與效數(shù)n的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系SKIPIF1<0=0.8n,取SKIPIF1<0=4。3.2確定各效溫度分布等溫差法和等面積法是建立多效蒸發(fā)海水淡化進(jìn)行溫度分布的兩種方法，第一種方法是在各效溫降相同的情況下確證溫度分布，第二種種方法是在各效蒸發(fā)器面積相等的情況下確證溫度分布。通常多效蒸發(fā)器以便于生產(chǎn)方便，偏于采用等面積法。然而要使工藝性能達(dá)到最好，等面積法是不合適的，有時(shí)可能采用等溫差法或等壓差法，或者介于它們之間的某種法[23]。假若選用等溫差法法，就可按照溫差相等直接進(jìn)行計(jì)算;假若選用等面積法法，就可以在初算時(shí)按照等溫差法計(jì)算，此時(shí)求解出的各效傳熱面積就會(huì)不相等，調(diào)整溫差再進(jìn)行試算，最后蒸發(fā)器就可以設(shè)計(jì)成等面積的。在本文中，確證各效換熱器溫度分布按等溫差法。３.３系統(tǒng)物料衡算及熱量衡算[24-28]（１）第一效的加熱蒸汽:SKIPIF1<0（２）第一效的進(jìn)料的海水量：SKIPIF1<0（3）第ｉ效的出口的濃溶的液量：SKIPIF1<0（4）第ｉ效的濃縮液出口的濃度：SKIPIF1<0（5）第ｉ效蒸發(fā)器的傳熱溫差：SKIPIF1<0利用上一章所建立的傳熱傳質(zhì)計(jì)算，將選擇的原始數(shù)據(jù)代入，對(duì)各效蒸發(fā)器，預(yù)熱器和閃蒸罐進(jìn)行能量與物料衡算，即可得到系統(tǒng)的熱流與物流分布，（本數(shù)據(jù)的計(jì)算是編程完成的，具體代碼見附錄。）見表3.1，3.2，3.3。表3.110000噸/日海水淡化系統(tǒng)海水預(yù)熱器熱力參數(shù)總匯項(xiàng)目第1效預(yù)熱器第2效預(yù)熱器第3效預(yù)熱器第4效預(yù)熱器預(yù)前溫度（℃）63513927預(yù)后溫度（℃）75635139預(yù)熱換熱量（KJ）3893.933893.963893.023893.93預(yù)熱用汽（t/h）6.08016.021235.96435.9093表3.210000噸/日海水淡化系統(tǒng)蒸發(fā)器熱力參數(shù)總匯項(xiàng)目第1效蒸發(fā)器第2效蒸發(fā)器第3效蒸發(fā)器第4效蒸發(fā)器第5效蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度℃82.573.564.555.546.5蒸汽溫度℃9081726354進(jìn)口濃度％0.03000.034460470.0405370.0489480.06083出口濃度％0.034460470.0405370.0489480.060830.075進(jìn)口鹽（t/h）694.444604.5574513.9386425.616342.461出口鹽（t/h）604.5574513.9386425.616342.461266.9651進(jìn)口蒸汽t/h83.483.865787.96177.53472.344出口蒸汽t/h89.88690.62883.31283.154975.4965換熱溫（℃）7.57.5表3.310000噸/日海水淡化系統(tǒng)閃蒸罐熱力參數(shù)總匯項(xiàng)目第二效閃蒸罐第三效閃蒸罐第四效閃蒸罐閃蒸溫度（℃）635139閃蒸量（t/h）1.6463.2784.7443.4海水預(yù)熱器與各效蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1海水預(yù)熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算由于在本系統(tǒng)中，各效海水預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)布置相同,故本設(shè)計(jì)中,只詳細(xì)計(jì)算第一效。其余各效的計(jì)算方法與第一效相同，差別只在換熱面積上，本設(shè)計(jì)會(huì)在后面以表格方式列出計(jì)算結(jié)果（見表3.4）。（1）海水預(yù)熱器結(jié)構(gòu)說明海水預(yù)熱器為固定管板式殼管換熱器，考慮海水腐蝕問題，兼顧經(jīng)濟(jì)性原就，換熱管采用銅合金（70Cu-30Ni）管，導(dǎo)熱系數(shù)SKIPIF1<0=115SKIPIF1<0。管子按三角形錯(cuò)排，單殼程。工作原理為：預(yù)熱器利用蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽中的部分蒸汽對(duì)海水進(jìn)行預(yù)熱，來提高海水溫度，從而使得海水進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)具有較高的焓值。（2）海水預(yù)熱器的換熱系數(shù)計(jì)算海水預(yù)熱器中的傳熱過程主要由管內(nèi)蒸汽發(fā)生相變凝結(jié)、管壁導(dǎo)熱、管外海水與管壁的換熱等過程組成。選傳熱管管外徑SKIPIF1<0=25mm，內(nèi)徑SKIPIF1<0=20mm總傳熱系數(shù)k（以外側(cè)面積為準(zhǔn)）理論上已知：SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0－蒸汽冷凝側(cè)傳熱系數(shù)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－海水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－壁面導(dǎo)熱熱阻，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－污垢熱阻，SKIPIF1<0壁面導(dǎo)熱熱阻對(duì)于本設(shè)計(jì)采用的管殼式換熱器的導(dǎo)熱熱阻為:SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0－壁面材料的導(dǎo)熱系數(shù)，SKIPIF1<0帶入計(jì)算得，SKIPIF1<0②污垢熱阻污垢熱阻是對(duì)整個(gè)熱交換過程中管內(nèi)外腐蝕、結(jié)結(jié)垢以及不凝氣體熱阻得綜合考慮。這是由于缺乏對(duì)這些熱阻產(chǎn)生的機(jī)理的了解。污垢熱阻值(即污垢系數(shù))的選取全憑經(jīng)驗(yàn)。取決于設(shè)計(jì)是保守還是樂觀，其值的大小對(duì)傳熱面積的大小影響甚大，選擇小的污垢系數(shù)與選擇大的污垢系數(shù)相比，傳熱面積要小30%－40%[29]。本文中參考文獻(xiàn)選擇污垢熱阻SKIPIF1<0SKIPIF1<0。③蒸汽冷凝傳熱系數(shù)管內(nèi)凝結(jié)換熱系數(shù)計(jì)算采用Chato在努塞爾特理論的基礎(chǔ)上給出的適用于Pr≥1情況下水平管內(nèi)凝結(jié)換熱的關(guān)系式；SKIPIF1<03-1式中:SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0為溫度的函數(shù)，隨各效溫度變化而變化。在此效中，定性溫度為79.77℃，查得各參數(shù)為：SKIPIF1<0=0.674SKIPIF1<0，SKIPIF1<0=971.8SKIPIF1<0，SKIPIF1<0=0.2933SKIPIF1<0，SKIPIF1<0=2305.58SKIPIF1<0，SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，SKIPIF1<0=1.9615SKIPIF1<0SKIPIF1<0=81℃，SKIPIF1<0=78.54℃（經(jīng)假設(shè)檢驗(yàn)后得出）代入式（3-1）計(jì)算得：SKIPIF1<0④海水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為流體橫掠外管束的表面對(duì)流換熱系數(shù)，考慮到海水易結(jié)垢問題，取殼側(cè)海水流速為SKIPIF1<01.9m/s。定性溫度為69℃，查得濃度為3%海水的物性參數(shù)如下：SKIPIF1<0=997.231SKIPIF1<0，SKIPIF1<0=SKIPIF1<0SKIPIF1<0=4.0538SKIPIF1<0，SKIPIF1<0=0.66254SKIPIF1<0雷諾數(shù)SKIPIF1<0=120385.9﹥104所以管外流動(dòng)為橫掠管束的紊流流動(dòng)。可選用下列公式計(jì)算[31]:SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0式中：普朗特?cái)?shù)SKIPIF1<0=2.41SKIPIF1<0=2.653計(jì)算得到：SKIPIF1<0=14267.9SKIPIF1<0⑤計(jì)算總傳熱系數(shù)kSKIPIF1<0代入各數(shù)據(jù)計(jì)算得到k=5103.7SKIPIF1<0（3）換熱管的布置傳熱面積A=Q/(kSKIPIF1<0)式中：SKIPIF1<0－蒸汽冷凝熱負(fù)荷，SKIPIF1<0取SKIPIF1<0=10.92℃所以帶入計(jì)算得A=69.87m2，就總管長(zhǎng)為SKIPIF1<0=890.7m。取單根為1.5m的標(biāo)準(zhǔn)管，就需管數(shù)為z=600，取整并考慮一定的安全裕度，就z=612管間距取SKIPIF1<0=0.032m管束中心管排數(shù)SKIPIF1<0，圓整取為28。管束外沿與殼體間距取SKIPIF1<0殼體內(nèi)徑SKIPIF1<0=0.032×26+4×0.025=0964m現(xiàn)將所設(shè)計(jì)的海水預(yù)熱器的主體結(jié)構(gòu)及其有關(guān)參數(shù)綜述如下：光滑管總數(shù)為612根，每根傳熱管的有效長(zhǎng)度為1500mm,管板厚度取30mm考慮傳熱管與管板之間膨脹加工時(shí)兩端各伸出3mm，傳熱管的實(shí)際下料長(zhǎng)度為1566mm。殼體長(zhǎng)度為1566mm。表3.4海水預(yù)熱器換熱面積總匯項(xiàng)目第1效預(yù)熱器第2效預(yù)熱器第3效預(yù)熱器第4效預(yù)熱器換熱面積（㎡）69.8771.372.74各效蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算同理，由于在本系統(tǒng)中，各效蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)布置相同,故本設(shè)計(jì)中,只詳細(xì)計(jì)算第一效。其余各效的計(jì)算方法與第一效相同，差別只在換熱面積上，本設(shè)計(jì)會(huì)在后面以表格方式列出計(jì)算結(jié)果（見表3.5）。（1）多效蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)說明多效蒸發(fā)器為工業(yè)中使用的水平管降膜蒸發(fā)器，結(jié)構(gòu)式意圖見圖3.1。工作原理為：加熱水蒸汽走管程，放出熱量凝結(jié)使管外噴淋海水蒸發(fā)，產(chǎn)生新的蒸汽，送入下一效蒸發(fā)器作加熱蒸汽。管內(nèi)凝結(jié)水在淡水箱中集結(jié)，然后通過淡水排出管排出到淡水箱。（2）水平管降膜蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的計(jì)算水平管降膜蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)理論上已知：SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0－蒸汽冷凝側(cè)傳熱系數(shù)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－海水蒸發(fā)側(cè)傳熱系數(shù)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－壁面導(dǎo)熱熱阻，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－污垢熱阻，SKIPIF1<0①壁面導(dǎo)熱熱阻考慮到生產(chǎn)加工的方便，在本設(shè)計(jì)中蒸發(fā)器采用與海水預(yù)熱器相同的管子形式與管材，即銅合金（70Cu-30Ni）管，導(dǎo)熱系數(shù)SKIPIF1<0=115SKIPIF1<0。管子按三角形錯(cuò)排，單殼程。傳熱管管外徑SKIPIF1<0=55mm，內(nèi)徑SKIPIF1<0=50mm。所以：SKIPIF1<0SKIPIF1<0②污垢熱阻本文中參考文獻(xiàn)選擇污垢熱阻SKIPIF1<0SKIPIF1<0。③管內(nèi)蒸汽冷凝傳熱系數(shù)經(jīng)分析，容易看出在第一效海水蒸發(fā)器與第一效海水預(yù)熱器中管內(nèi)凝結(jié)的物理情況，幾何情況相同，只是定性溫度不同，所以可采用同樣的計(jì)算步驟，這里只給出計(jì)算結(jié)果：SKIPIF1<0④管外降膜蒸發(fā)傳熱系數(shù)管外降膜蒸發(fā)傳熱是一種高效傳熱方式，但這方面的理論研究文獻(xiàn)并不多見。并且各學(xué)者的研究結(jié)論不一致，有些甚至相互矛盾。在本文中，采用文獻(xiàn)[32]給出的橫管降膜蒸發(fā)換熱系數(shù)計(jì)算式：SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0－海水的導(dǎo)熱系數(shù)，為溫度與質(zhì)量濃度的函數(shù)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－海水的運(yùn)動(dòng)粘度，為溫度與質(zhì)量濃度的函數(shù)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－海水的動(dòng)力粘度，為溫度與質(zhì)量濃度的函數(shù)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－海水噴淋密度，2.2節(jié)已述，取SKIPIF1<0定性溫度為82.5℃.查得的各物性參數(shù)如下：SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：SKIPIF1<0⑤計(jì)算總傳熱系數(shù)k（以外側(cè)面積為準(zhǔn)）SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)計(jì)算得k=5452SKIPIF1<0換熱管的布置傳熱面積A=Q/(kSKIPIF1<0)考慮到沸點(diǎn)溫升，取SKIPIF1<0所以帶入計(jì)算得A=1292.9m2，就總管長(zhǎng)為SKIPIF1<0=8352m。取單根為SKIPIF1<0的標(biāo)準(zhǔn)管，就需管數(shù)為z=928，取整并考慮一定的安全裕度，就z=929管間距取SKIPIF1<0=0.7m管束中心管排數(shù)SKIPIF1<0=33.52，圓整取34。管束外沿與殼體間距取SKIPIF1<0殼體內(nèi)徑SKIPIF1<0=0.07×33+4×0.055=2.53m現(xiàn)將所設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器的主體結(jié)構(gòu)及其有關(guān)參數(shù)綜述如下：光滑管總數(shù)為928根，每根傳熱管的有效長(zhǎng)度為9000mm,管板厚度取30SKIPIF1<0考慮傳熱管與管板之間膨脹加工時(shí)兩端各伸出3SKIPIF1<0，傳熱管的實(shí)際下料長(zhǎng)度為9066SKIPIF1<0。殼體長(zhǎng)度為9066mm，內(nèi)徑在考慮噴淋空間后殼體內(nèi)徑取為2600mm。表3.5各效蒸發(fā)器的換熱面積效數(shù)12345換熱面積（㎡）129211971356141214923.4.3冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算在本設(shè)計(jì)中冷凝器采用管殼式結(jié)構(gòu)，蒸汽走管程，海水走殼程。海水初溫15℃，被加熱到40℃。容易看出冷凝器的換熱計(jì)算與海水預(yù)熱器的相似，可以采用同一計(jì)算步驟，為節(jié)約篇幅，在此只給出計(jì)算結(jié)果：總傳熱系數(shù)：k=4527SKIPIF1<0傳熱面積：A=472SKIPIF1<0下面在此說明一下冷凝器中的殼側(cè)海水流量G的得來。熱平衡方程式SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0－海水溫升，為25℃SKIPIF1<0－海水的比熱容，為溫度和濃度的函數(shù)，查得為4021SKIPIF1<0由熱平衡式計(jì)算得到SKIPIF1<0SKIPIF1<0=1881751SKIPIF1<0冷卻海水排入大海部分：SKIPIF1<0=1187307SKIPIF1<03.5動(dòng)力系統(tǒng)能耗計(jì)算本系統(tǒng)的動(dòng)力部件主要為各效鹽水泵，海水供給泵，濃鹽水排出泵，淡水水泵,真空泵。下面對(duì)它們的能耗分別進(jìn)行計(jì)算。（1）各效鹽水泵能耗計(jì)算泵的全揚(yáng)程為實(shí)揚(yáng)程與管道水頭損失之和。對(duì)于鹽水泵，實(shí)揚(yáng)程為將本效鹽水打入下一效噴淋的揚(yáng)程。根據(jù)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)實(shí)揚(yáng)程為2.4米。管道水頭損失包括管路沿程阻力損失與局部阻力損失，可以分別計(jì)算。沿程阻力損失可用達(dá)西公式[33]表示為：SKIPIF1<03-2式中：SKIPIF1<0－管長(zhǎng)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－管徑，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－管內(nèi)流速，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－重力加速度，SKIPIF1<0SKIPIF1<0－摩擦系數(shù)SKIPIF1<0有很多試驗(yàn)值，最常用的是克雷布魯克試驗(yàn)式的值，此公式表示為：SKIPIF1<03-3式中：SKIPIF1<0—管內(nèi)壁粗糙度SKIPIF1<0—雷諾數(shù)對(duì)于本系統(tǒng)循環(huán)鹽水輸水管為直徑50m的不銹鋼管，經(jīng)計(jì)算沿程阻力損失為：SKIPIF1<0=0.304m局部阻力損失主要是閥門、彎頭、噴嘴等部件造成的，可以表示為：SKIPIF1<03-4式中：SKIPIF1<0——局部阻力系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)[33]中提供的各部件的SKIPIF1<0值，可以計(jì)算出個(gè)局部阻力損失之和為：0.994m。所以循環(huán)鹽水泵的全揚(yáng)H=3.8981m。本系統(tǒng)中共有4臺(tái)循環(huán)鹽水泵，總功耗的計(jì)算式為：SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0－循環(huán)水泵軸功率，對(duì)于大型離心式水泵SKIPIF1<0可取75%。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到SKIPIF1<0（2）海水供給泵的能耗計(jì)算對(duì)于海水供給泵，由于管路較長(zhǎng)，沿程阻力損失適合采用HazenWilliams公式：SKIPIF1<03-5SKIPIF1<03-6式中：SKIPIF1<0——流量系數(shù)SKIPIF1<0——流體平均深度，SKIPIF1<0；圓管時(shí)SKIPIF1<0SKIPIF1<0——?jiǎng)铀荻萐KIPIF1<0——管徑，SKIPIF1<0SKIPIF1<0——管長(zhǎng)，SKIPIF1<0SKIPIF1<0——管內(nèi)流速，SKIPIF1<0本系統(tǒng)中海水供給管采用工程直徑為500SKIPIF1<0的不銹鋼管，海水供給泵等的沿程阻力損失計(jì)算得SKIPIF1<0=1.8m。在海水的供給管路中，產(chǎn)生局部阻力損失的部件主要為海水預(yù)熱器，彎頭及流量調(diào)節(jié)閥。本系統(tǒng)中海水預(yù)熱器采用殼管式換熱器，本設(shè)計(jì)中的不做理論計(jì)算，根據(jù)工程實(shí)踐取預(yù)熱器中的壓降為40kpa,即4.1m水柱。三通閥與流量調(diào)節(jié)閥的阻力降查閱文獻(xiàn)[34]中相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得3.5m。海水取水深度為水平面下3m。所以海水供給泵的全揚(yáng)程為24.7m。根據(jù)式3-12計(jì)算可得，海水供給泵的功耗為SKIPIF1<0=455.7kw。（3）濃鹽水排出泵及淡水水泵能耗計(jì)算濃鹽水排出泵及淡水水泵的功耗計(jì)算方法與海水供給泵相同，不再贅述。經(jīng)計(jì)算濃鹽水排出泵功耗為SKIPIF1<0=3.692kw。淡水水泵功耗為SKIPIF1<0=3.94kw。（4）真空泵能耗計(jì)算①真空泵的排氣量在蒸發(fā)系統(tǒng)中，真空泵的排氣量是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值確證的：Vg=Va＋Vb3-7式中：Vg－總排氣量，kg/hVa－補(bǔ)充海水帶進(jìn)的不凝氣量，kg/hSKIPIF1<0－系統(tǒng)的泄漏量，kg/h可分別查表得到常溫常壓下海水的溶解空氣含量和系統(tǒng)操作溫度及真空度下溶解空氣含量，兩者相減即為SKIPIF1<0。本設(shè)計(jì)中采用在運(yùn)行中用真空調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的方法得到所需真空度，所以真空泵選用以常溫海水溶解的不凝性氣體為據(jù)。查資料得到排氣量為：SKIPIF1<0②真空系統(tǒng)抽氣速率：Se=1000GV/M(3-8)式中：Se－抽氣速率，SKIPIF1<0lV—不凝氣體摩爾體積，m3/molM—不凝氣體摩爾質(zhì)量，SKIPIF1<0在本設(shè)計(jì)中取不凝氣體的摩爾質(zhì)量為M=29SKIPIF1<0，摩爾體積為V=0.0224m3/mol,故計(jì)算得到：Se=60.48SKIPIF1<0經(jīng)計(jì)算，本系統(tǒng)可選用SK-0.4型真空泵，電機(jī)功率為SKIPIF1<0=10kW。（5）系統(tǒng)總能耗計(jì)算本系統(tǒng)總功耗為：SKIPIF1<0=507.432kW。生產(chǎn)1噸淡水的能耗為：SKIPIF1<03.6系統(tǒng)參數(shù)總匯根據(jù)上面各小結(jié)的計(jì)算結(jié)果，將系統(tǒng)主要參數(shù)匯總列表，見表3.6，3.7，3.8。3.7小結(jié)在本章中，我們對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇，以10000噸/日海水淡化系統(tǒng)為例，對(duì)新型復(fù)合海水淡化系統(tǒng)中蒸發(fā)器、海水預(yù)熱器，冷凝器等主要部件進(jìn)行了定量分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，給出了該類系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與定量分析的方法。并且計(jì)算了海水淡化系統(tǒng)的各部分動(dòng)力能耗。表3.610000噸/日海水淡化系統(tǒng)海水預(yù)熱器設(shè)計(jì)參數(shù)總匯項(xiàng)目第1效預(yù)熱器第2效預(yù)熱器第3效預(yù)熱器第4效預(yù)熱器進(jìn)料海水t/h694.444694.444694.444694.444預(yù)熱用汽t/h6.08016.021235.96435.9093預(yù)熱器換熱面積㎡69.8771.372.7474.8表3.710000噸/日海水淡化系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)能耗總匯循環(huán)鹽水泵功耗kW25.64海水供給泵功耗kW455.7濃鹽水排出泵功耗kW3.692淡水水泵功耗kW30.94真空泵功耗kW10總功耗kW507.432噸水能耗kWh/噸1.216表3.810000噸/日海水淡化系統(tǒng)蒸發(fā)器設(shè)計(jì)參數(shù)總匯項(xiàng)目第1效蒸發(fā)器第2效蒸發(fā)器第3效蒸發(fā)器第4效蒸發(fā)器第5效蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度81.573.564.555.546.5進(jìn)口鹽水t/h694.444604.557513.928425.61342.46出口鹽水t/h604.557513.928425.61342.46266.965進(jìn)口蒸汽t/h83.483.865783.96177.33472.344出口蒸汽t/h89.88690.67888.31283.15475.476換熱溫差℃7.57.5蒸發(fā)面積㎡12921197135614121492第4章太陽能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第3章中，我們對(duì)海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，得出了其系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，在本章中，將對(duì)太陽能集熱系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。4.1原始數(shù)據(jù)的選擇與設(shè)定（1）本系統(tǒng)中太陽能集熱系統(tǒng)的容量是由海水淡化系統(tǒng)決定的。即海水淡化系統(tǒng)中所需要的蒸汽量決定了系統(tǒng)的容量。在第3章中已經(jīng)計(jì)算得出：SKIPIF1<0=83.4SKIPIF1<0=23.167SKIPIF1<0該值即為太陽能系統(tǒng)中的蒸汽流量。返回?fù)Q熱器飽和水溫度為70℃，在換熱器中受熱成為飽和蒸汽。（3）集熱系統(tǒng)中的油選擇WD-400高溫合成型導(dǎo)熱油，由集熱器出來的油溫取為400℃，出換熱器器后的油溫定為300℃。（4）青島地區(qū)太陽輻射全年平均強(qiáng)度E取為600SKIPIF1<04.2太陽能集熱系統(tǒng)的計(jì)算4.2.1換熱器的計(jì)算（1）換熱器結(jié)構(gòu)說明換熱器采用殼管式換熱器，因蒸汽及油的腐蝕性較輕，兼顧經(jīng)濟(jì)性原就，換熱管采用碳鋼管，管子按三角形錯(cuò)排，單殼程。工作原理為：從蒸汽過熱器出來的高溫油流經(jīng)管內(nèi)加熱從汽輪機(jī)給水預(yù)熱器出來的飽和水，飽和水在管外吸熱相變成為飽和蒸汽后被送入蒸汽過熱器。（2）換熱器的換熱量計(jì)算由能量守恒得：SKIPIF1<0４-１式中：SKIPIF1<0--換熱器中蒸汽流量，SKIPIF1<0SKIPIF1<0--出口飽和蒸汽焓值，SKIPIF1<0SKIPIF1<0--進(jìn)口飽和水焓值，SKIPIF1<0SKIPIF1<0--過熱器中油的流量，SKIPIF1<0SKIPIF1<0--換熱器中油的比熱容，SKIPIF1<0SKIPIF1<0--換熱器中油的進(jìn)出口溫差，℃代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得Q=47.4MW此外還可算得油的換熱溫差為SKIPIF1<0=250℃油的出口溫度為SKIPIF1<0300℃（3）換熱器的傳熱計(jì)算換熱器中的傳熱過程主要由管外飽和水沸騰換熱，管壁導(dǎo)熱，管內(nèi)油與管壁的換熱等過程組成。由于換熱器的計(jì)算過程與蒸汽過熱器的計(jì)算過程相似，在此不再給出詳細(xì)計(jì)算過程，只將計(jì)算所選取的計(jì)算方程式及最后計(jì)算結(jié)果列出。管外飽和水的沸騰換熱可用下列關(guān)聯(lián)式計(jì)算：SKIPIF1<0４－２式中：SKIPIF1<0—重力加速度SKIPIF1<0—飽和蒸汽的汽化潛熱SKIPIF1<0—飽和蒸氣密度海水SKIPIF1<0—飽和水密度蒸汽汽化潛熱SKIPIF1<0—飽和蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)SKIPIF1<0—飽和蒸汽的動(dòng)力黏度系數(shù)SKIPIF1<0—管外壁溫度SKIPIF1<0—飽和蒸汽溫度SKIPIF1<0—管外徑管內(nèi)油與內(nèi)壁的換熱系數(shù)：SKIPIF1<04-3式中：SKIPIF1<0--油導(dǎo)熱系數(shù)SKIPIF1<0--管內(nèi)徑SKIPIF1<0--雷諾數(shù)SKIPIF1<0--普朗特?cái)?shù)經(jīng)計(jì)算可得換熱系數(shù)為SKIPIF1<0對(duì)數(shù)平均溫差SKIPIF1<0=250℃實(shí)際換熱面積為：A=Q/(kSKIPIF1<0)=133.4SKIPIF1<0就總管長(zhǎng)為SKIPIF1<0=1701m取單根為6m的標(biāo)準(zhǔn)管，就需管數(shù)為z=283.5，取整，就z=285管間距取s=0.07m管束中心管排數(shù)SKIPIF1<0殼體內(nèi)徑SKIPIF1<0=0.07×17+4×0.055=1.41m現(xiàn)將所設(shè)計(jì)的換熱器的主體結(jié)構(gòu)及其有關(guān)參數(shù)綜述如下：光滑碳鋼管總數(shù)為285根，每根傳熱管的有效長(zhǎng)度為6000mm,管板厚度取30SKIPIF1<0考慮傳熱管與管板之間膨脹加工時(shí)兩端各伸出3SKIPIF1<0，傳熱管的實(shí)際下料長(zhǎng)度為6066SKIPIF1<0。殼體長(zhǎng)度為6066SKIPIF1<0，殼體內(nèi)徑為1410mｍ。4.2.2蓄熱器的計(jì)算本系統(tǒng)中所采用的蓄熱為中高溫蓄熱，介于此方面的資料不全，且中高溫蓄熱