利用液化天然气冷能的海水淡化技术研究

摘要

LNG的温度很低,含有宝贵低温冷能,所以在其气化时,有很多冷量可以利用,目前,国内外对LNG冷能利用的研究越来越多,有低温发电,冷库,空调,空分,低温粉碎,相变储能等方面。淡水是人类的生存资源,淡水的缺乏已经越来越严重,海水淡化技术受到了广泛的重视,具体分为蒸馏法,膜法和冷冻法三种,其中冷冻法海水淡化技术是需要冷能来使得海水结晶的,由此考虑把LNG冷能和冷冻法海水淡化相结合起来,形成了本论文“利用液化天然气冷能的海水淡化技术与装置的研究开发”。通过理论分析和实验研究,设计的海水淡化装置,实现了节能减排的目标。本文着重进行以下几方面的理论和实验研究,取得了一定的进展和成果。(1)选择了三种海水淡化冷冻法进行比选,即直接接触法,真空法和间接法。经过计算分析,得出直接接触法传热效率高,设备尺寸小,不消耗额外的电能,但其结晶过程复杂,技术成熟度低,缺乏基础研究理论知识。真空法是热质交换过程,所需LNG流量较少,但真空泵耗能较大,真空条件难以控制,技术成熟度较低。间接冷冻法技术较为成熟,操作比较简单,有借鉴的成熟产品。所以本实验选用间接冷冻方式来设计样机。(2)对中间冷媒进行比选,使得冷媒要满足低温条件下运行,也要满足具体实验的要求,最后选择了环保冷媒R410A。同时根据冷媒在运行时是否发生相变而提出了两种方案,通过软件的模拟分析,有相变流程具有流量小,功耗低的特点,最后选择它作为本课题的流程方案。(3)对海水结晶器(制冰桶)进行比选,分析比较了板冰机和片冰机各自的优缺点,片冰机由于具有传热效率高,能连续使得海水结晶,脱冰过程不需要热源等优势而被选用。对整个实验流程中的关键参数进行模拟计算,给出的换热系数随冰层厚度,冰层厚度随时间的关系图,得出在结晶过程中换热系数一直在减小,冰层生长速度也在慢慢减小。(4)分别研究了不同冷媒蒸发温度,布水盘喷头数量,海水流量对脱盐效果的影响,实验证明冷媒的蒸发温度越高,喷头数量越多,海水流量越大时,海水形成的冰晶纯度较高,脱盐效果好。本实验装置每消耗1kg液化天然气能获得2kg的冰融水,淡水流量到达了150L/h,充分利用了冷能,达到了节能减排的目标。

目录

摘要

ABSTRACT

符号表

第一章 绪论

1.1 液化天然气冷能

1.2 冷冻法海水淡化

1.2.1 冷媒直接接触冷冻法

1.2.2 真空冷冻法

1.2.3 间接冷冻法

1.3 利用LNG 进行冷冻法海水淡化

1.4 研究内容和目标

第二章 海水淡化方案

2.1 LNG 冷能利用的海水淡化方法比选

2.1.1 冷媒直接接触冷冻法

2.1.2 真空冷冻法

2.1.3 间接冷冻法

2.1.4 海水淡化方法比选

2.2 中间冷媒的比选

2.2.1 无机物

2.2.2 单工质氟利昂

2.2.3 碳氢化合物

2.2.4 氟利昂混合制冷剂

2.3 冷媒循环流程的比选

2.4 结晶器选择

2.4.1 管冰机

2.4.2 片冰机

2.4.3 管冰机与片冰机比较

第三章 间接冷冻法海水淡化试验样机的设计分析

3.1 海水结晶

3.2 实验样机设计

3.3 实验基准参数

3.4 片冰机结冰传热分析

3.4.1 制冰桶换热系数

3.4.2 冰层生长速度

3.5 主要辅助设备选型与样机制造

3.5.1 液氮储罐选型

3.5.2 R410A-液氮换热器选型

3.5.3 试验样机制造

第四章 海水淡化实验介绍及研究分析

4.1 实验操作

4.1.1 启动顺序

4.1.2 停机顺序

4.2 测试参数

4.3 海水淡化实验研究及分析

4.3.1 不同冷媒蒸发温度对冰融水浓度的影响

4.3.2 布水盘的喷头数量对冰融水浓度的影响

4.3.3 进入制冰机的海水流量对冰融水比重的影响

4.3.4 测试冷能利用率，冰融水的流量以及洗涤前后浓度

4.4 整套装置全流程试验

4.4.1 前处理

4.4.2 中间处理（冷冻脱盐）

4.4.3 后处理

第五章 总结

5.1 总结

5.2 存在问题

参考文献

致谢

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