风力驱动热力循环海水淡化工艺应用基础研究

淡水资源短缺已经成为人类共同面临的世界性问题，目前海水(苦咸水)淡化已经成为解决淡水资源短缺的重要途径。海水淡化属于能耗密集型产业，若将风能等可再生资源用于海水(苦咸水)淡化，则可在解决淡水资源短缺问题的同时，推进海水淡化绿色产业化的进程。本项目拟在水蒸汽及湿空气热力循环机理研究的基础上，探索将风能在低温负压下转化为热能以促进海水蒸发的方法，实现低品位热能的利用，提高能量利用效率；结合机械蒸汽压缩，将风能转化为一次蒸汽的内能，对系统进行供热，提高能量回收率；针对风能的间歇特性，设计合理的蓄能装置，并研究热力循环间歇性操作的控制系统；设计并优化海水喷淋装置，增大海水的雾化程度以增加传热面积，从而提高海水蒸发率。本项目的成功实施将为高效绿色的风能海水淡化技术的应用及推广奠定基础，并具有重要的工程应用指导意义。

（1） 用于风能驱动海水淡化工艺的热力循环及关键技术研究. 在负压或接近真空的条件下，海水蒸发可以在低温下进行，因此负压水处理法能充分利用低品位热量，有利于提高风机传递的机械能向热能的转变效率。此外，机械蒸汽压缩单元也是热能充分回收的不可缺少的组成部分，能够通过机械能的加入提高已获蒸汽的潜热回收效率，降低系统的能耗。本项目对负压蒸发—机械蒸汽压缩海水淡化循环系统进行了设计并结合风能利用的特点，提出了适合风能等可再生机械能直接或间接驱动的一种常温负压热法海水淡化技术——超重力真空蒸发海水淡化（Super Gravity Vacuum Desalination，简称SGVD）技术，并对其工艺过程和关键设备结构、参数进行了研究，经过多次改进目前已完成部分关键设备的加工制造，其余设备也正在进行加工制造。本项目还对目前另一种常温海水淡化技术——RO技术进行了研究，设计了一套小流量RO系统，通过对其相关特性的实验研究探索了RO与SGVD的结合点或耦合方式，得到了两种合理的耦合方案。此外，在上述研究过程中，提出了另一种新型的RO海水淡化装置——旋流冲击转向高压反渗透海水淡化装置，利用常温常压高速流体冲击、转向产生的高压取代高压泵实现海水反渗透淡化，可简化工艺、降低系统要求及成本、提高能量利用率。.（2）蓄能装置及热力循环间歇性操作的控制系统研究. 设计合理的蓄能装置，在风力较大或不需要风能输入的情况下将风能进行转化，储存成其它形式的能量，可以有效地利用风能并且减小风能间歇性的影响。本项目根据海南的实际气象特点，采用风光互补的方法克服风能间歇操作的影响，设计了风能为主、太阳能为辅、蓄电池补充的风光互补控制系统，目前正在调试阶段。.（3）风力海水喷淋技术研究. 增大蒸发室内海水的传热面积可以提高海水的传热效率，进而增大海水吸收的热量，促进海水的蒸发，即如何增强海水在蒸发室内的雾化效果是喷淋技术研究的关键。本项目针对超重力真空蒸发海水淡化技术的特点，提出两种海水喷淋方式，即动静结合型和流量驱动型喷淋雾化。针对动静结合喷淋雾化方式提出两种装置结构，流量驱动型雾化装置可以使进口海水产生高速常压旋流，在风力驱动超重力蒸发室旋转获得的低压环境高速流出雾化，提高雾化效果，促进海水蒸发与淡化。目前正在对海水喷淋装置进行结构与参数优化设计，为下一步加工制造做准备。.

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