潮汐能直接驱动海水淡化的装置系统及其试验研究

摘要

反渗透海水淡化技术相比其他海水淡化技术具有腐蚀和结垢轻微、设备投资少等优点，近几十年发展迅速。但是这种方法需要提供大量的电能来制取高压海水，这不仅增加了海水淡化的成本和提高了碳排放，还加剧了能源危机。前期课题组以解决高能耗、高成本和高碳排放为目的，提出了潮汐能海水淡化的方案，但未能从实际出发证明此方案是可行的。本文的目的是研究潮汐能反渗透海水淡化方案的可行性;研制一套潮汐能聚能增压装置;通过试验研究其增压效果及其它运行性能;本文还针对潮汐能海水淡化和制盐一整套流程，提出一套可实现双效节能的脉动能交换装置的设计方案。
　　本文通过搭建潮汐能海水淡化试验平台，研制柱塞式潮汐能聚能增压装置，并且给潮汐能聚能增压装置匹配反渗透膜组件，来测试潮汐能海水淡化系统运行的数据，以此证明潮汐能海水淡化方案的可行性以及发现其中存在的问题。
　　测试和研究结果表明:当水位高度一定时，随着管道内水流量的增加，增压装置的转速逐渐增大，海水的压力也逐渐增大;当管道内水的流量一定时，随着水位高度的增加，增压装置的转速逐渐增大，海水的压力也逐渐增大;随着海水压力的增加，海水压力增长的越来越慢，因为海水压力越大时，对海水的加压越困难;反渗透膜组件进水口处海水压力已经达到6Mpa，满足了反渗透海水淡化对海水压力的要求;试验过程总产出了淡水，产出淡水的速度也会受到潮汐水位和进入潮汐能聚能增压装置内海水流量的影响;柱塞式聚能增压装置出口处的高压海水的压力是脉动的，压力的脉动会影响潮汐能海水淡化系统的稳定运行，也会降低生产淡水的质量，因此需要把海水的压力稳定下来。
　　本文在实际测试了大量的数据、查阅了相关文献基础上得到了如下的结论:柱塞式潮汐能聚能增压方案是可行的，海水压力满足了反渗透海水淡化的要求;潮汐能反渗透海水淡化方案是可行的;课题组提出的海水淡化和制盐一体化的方法，能够更有效的解决聚能增压装置出口处高压海水的压力脉动问题，因此该方法是在无需额外耗能的情况下，将高压海水的压力脉动直接转移到了制盐过程所需要的热气流中，即节省了稳压装置和产生脉动热气流的装置，又大幅度提高了潮汐能的利用效率，达到了双向节能的效果;课题组在解决高压海水压力脉动时，设计了变频式脉动能交换器，该交换器属于国内外首创。

目录

声明

摘要

符号表

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 海水淡化技术及其分类

1．3 反渗透海水淡化方法及其特点

1．4 海洋能海水淡化

1．5 潮汐能的利用现状

1．5．1 潮汐能发电

1．5．2 潮汐能海水淡化研究进展

1．6 存在的问题和发展趋势

1．7 本文预期目标

2 潮汐能直接驱动的海水淡化方法

2．1 潮汐能海水淡化原理

2．2 潮汐海水淡化的主要研究内容

2．3 潮汐海水淡化的系统及流程

2．4 方法的优势分析

2．4．1 高效节能

2．4．2 零碳排放

2．4．3 成本低廉

2．4．4 海水综合利用率高

2．4．5 社会、生态效益显著

2．5 方法的创新理念

3 试验台系统搭建及试验方案的确定

3．1 试验系统及其运行方式

3．2 试验平台的搭建

3．2．1 高位水箱

3．2．2 排水箱

3．2．3 回水泵

3．2．4 蝶阀

3．2．5 回水箱

3．2．6 输水管道

3．2．7 海水淡化膜组件

3．2．8 缓冲箱体

3．2．9 增压器供水箱

3．2．10 过滤器

3．3 试验装置介绍

3．3．1 潮汐聚能器

3．3．2 转换器

3．3．3 增压器

3．4 试验台测试设备

3．4．1 机械压力表

3．4．2 超声波流量计

3．3．3 数字化光电转速表

3．5 测试方案

4 试验台数据测试与分析

4．1 水位高度对增压器转速的影响

4．2 水位高度对海水压力的影响

4．3 水位高度对装置增压比的影响

4．4 管道水流量对增压器转速的影响

4．5 管道水流量对海水压力的影响

4．6 本章小结

5 脉动能交换装置的设计

5．1 海水压力的脉动分析

5．2 蓄能器稳压

5．3 海水淡化排放问题

5．4 海水淡化“零”排放技术

5．5 压力脉动的转移

5．6 变频脉动能交换装置

5．6．1 活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器

5．6．2 双活塞式可变频脉动能交换器

5．7 海水淡化和制盐一体化

5．7．1 一体化的方法及装置

5．7．2 一体化装置运行方式

5．8 一体化的效益分析

5．8．1 社会效益

5．8．2 经济效益

5．9 本章小结

6 总结

参考文献

致谢

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