海水淡化浓盐水太阳能加热研究

摘要

淡水资源短缺已经成为制约沿海经济发展的瓶颈问题。海水淡化是解决沿海地区淡水资源危机的有效途径。利用太阳能的膜蒸馏技术海水淡化及淡化浓盐水的处理，是降低海水淡化产业成本的有效方法。
　　 本文采用真空管集热器加热系统，研究了太阳能对海水淡化浓盐水加热性能的影响。采用浓盐水自动采集与监测系统，考察了太阳能辐照度、环境温度、相对湿度、风速四个气象因子以及淡化浓盐水进水体积流量、进水温度对6°Bé盐水太阳能集热性能的影响。实验采用的真空管集热器面积为10m2，浓盐水的进料体积流量为0.12m3/h～0.14 m3/h。
　　 天津经济技术开发区2007年5月到2008年5月的研究结果表明：在六个气象影响因子中，太阳辐照强度对淡化浓盐水加热效果最为明显，其次是环境温度、相对湿度、风速。淡化浓盐水的进水温度及体积流量对加热效果影响不明显。
　　 常温下淡化浓盐水太阳能加热后出水温度为35℃～65℃，浓盐水集热效率为30％～80％，用于膜蒸馏过程可节约20％～40％的能耗，单位集热面积单位时间浓盐水集热量的平均值为5.182kJ/(kg.m2)。在太阳辐照强度和环境温度都较高的气候条件下，太阳能对浓盐水明显的加热效果可持续到16:00～17:00。
　　 采用Matlab建立了神经网络海水淡化浓盐水太阳能加热模型，利用小时平均值数据进行训练，所得结果与实验结果基本一致。用此模型对实验月均值进行预测，所得结果与实验值的误差均小于5％。用此模型对永兴岛及大连，上海，海口，汕头，福州五个典型城市气候条件下，海水淡化浓盐水太阳能膜蒸馏预热过程模拟预测，结果表明浓盐水的集热速率均高于7.941 kJ/(kg.m2)。在永兴岛气候条件下，20℃浓盐水太阳能加热出水温度为45℃～75℃，其它五个城市气候条件下预测，浓盐水出水温度为45℃～65℃。太阳能的集热效率为30％～75％，可以节约20％～40％的能量。