海水蒸发蒸汽发电机理研究

摘要

水资源危机，水质污染，淡水短缺是全球面临的严峻问题。在工业生产中，淡水用量巨大，火力发电尤其是用水大户，其用水量约占工业总用水量的40％，主要用于锅炉产生蒸汽和乏汽冷却用水等。沿海城市电厂有丰富的海水资源，如能利用海水蒸发产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机发电，用海水对乏汽进行冷凝，将极大地降低用水投资和成本，对节约水资源，缓解淡水紧缺压力和实现社会经济效益最大化以及可持续发展具有重大的意义。
　　海水水质成分复杂，含盐量高，腐蚀性强，不能像淡水一样直接蒸发产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机发电。本文探讨对海水进行脱硬预处理，将硬度离子——钙、镁离子处理至含量为零，再采用蒸发方式产生蒸汽，由于蒸汽中会夹带盐，需要对蒸汽进行洗涤，洗至电导率低于1μs/cm，满足汽轮机进汽要求，探索出海水直接蒸发发电的新工艺。
　　本论文以海水为原料，采用化学沉淀法除钙，即向海水中加入碳酸钠将钙离子以碳酸钙的形式去除，考察钙离子的去除率及最佳去除工艺条件，对除钙后的海水用纳滤装置对钙、镁、硫酸根及二价以上离子进行去除处理，对比考察了脱钙海水和原料海水纳滤膜通量和离子截留率的差异，并通过接触角、SEM、EDX等表征方法研究了膜面污染物的主要成份及其对膜性能的影响，结果表明，钙离子是造成纳滤膜无机污染的主要离子，脱钙处理能有效减缓海水淡化过程中纳滤预处理阶段的无机结垢问题，延长纳滤膜的使用寿命。对纳滤膜产水用碳酸钠和氢氧化钠将钙、镁离子完全沉淀去除，处理后海水蒸发产生蒸汽，通过收集蒸汽冷凝水研究蒸汽的品质，分析测定了蒸汽冷凝水的TDS和电导率，确定其是否满足汽轮机进汽要求及其用于发电的可行性。
　　实验结果表明，采用化学脱钙预处理+纳滤+二次化学除钙镁的工艺，能有效去除海水中的硬度离子，首次化学脱钙处理能去除海水中90％以上的钙离子，剩余钙离子含量低于40mg/L，采用纳滤膜进一步去除钙、镁离子及硫酸根，再采用二次化学法除钙镁后，钙、镁离子基本可完全除去，解决了蒸发产生蒸汽过程中的结垢问题，所得蒸汽经洗气塔洗汽后，蒸汽冷凝水的TDS低于1mg/L，电导率低于1μs/cm，蒸汽品质可满足汽轮机进汽要求，蒸发海水发电具有可实现性。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．1．1 水资源概况

1．1．2 开发使用海水资源的意义

1．1．3 电厂用水情况

1．2 海水淡化及水电联产发展概况

1．2．1 海水淡化

1．2．2 水电联产

1．3 海水淡化预处理

1．4 海水发电需要解决的问题

1．5 研究意义及内容

第二章 实验仪器试剂和分析方法

2．1 实验仪器和药品

2．1．1 实验仪器

2．1．2 其它实验仪器

2．1．3 实验所用药品

2．2 实验分析方法

2．2．1 离子测定方法

2．2．2 电导率的测定

2．2．3 TDS的测定

2．2．4 浊度的测定

2．2．5 pH值的测定

2．2．6 表征分析方法

2．2．7 主要参数的计算

2．3 实验装置及实验方案

2．3．1 实验流程及装置

2．3．2 实验用水水质

2．3．3 实验方案

第三章 海水脱钙预处理

3．1 海水脱钙处理实验原理

3．2 实验内容

3．3 最佳工艺参数的确定

3．3．1 最佳碳酸钠投加量

3．3．2 最佳反应pH值

3．3．3 最佳搅拌时间

3．3．4 最佳搅拌速度

3．3．5 最佳静置澄清时间

3．4 脱钙产水水质分析

3．5 本章小结

第四章 脱钙海水纳滤处理

4．1 技术方法与材料

4．1．1 海水纳滤预处理技术

4．1．2 实验用膜

4．2 实验装置及流程

4．3 纳滤预处理

4．3．1 纳滤膜的纯水通量与纯水透过系数

4．3．2 产水流量恒定时压力的变化

4．3．3 运行压力恒定时产水流量的变化

4．3．4 纳滤膜的离子截留效果

4．3．5 纳滤产水水质分析

4．4 纳滤产水的脱钙除镁

4．4．1 实验方法

4．4．2 陶瓷膜过滤装置

4．4．3 脱钙除镁产水分析

4．5 纳滤膜膜污染研究

4．5．1 接触角测试

4．5．2 扫描电镜(SEM)表征

4．5．3 能谱分析(EDX)

4．6 本章小结

第五章 海水蒸发蒸汽发电研究

5．1 汽轮机与发电机

5．2 海水蒸发器

5．2．1 蒸发器的分类

5．2．2 水平管式降膜蒸发器

5．2．3 海水蒸发产生蒸汽

5．3 洗汽塔洗汽

5．3．1 蒸汽带盐的方式及危害

5．3．2 洗汽塔洗汽原理

5．3．3 洗汽塔装置及工艺

5．3．4 洗汽结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢