 Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2013, 3, 6-8 doi:10.4236/aep.2013.31B002 Published Online March 2013 (http://www.hansp u b . o rg/journal/aep.html) A Solar Energy Distiller Combined with Vapor-Compress Plant for Seawater Desalination Jinzeng Chen, Don gb o Wang, Guan ghu a L i School of Power Engineering , Naval University of Engineering,PLA, Wuhan, China Email: jinzengchen@163.com Received 2013 Abstract: In the present work, a solar energy distiller was combined with vapor-compress plant for seawater desalina- tion was designed. The advantage of the plant is the relented heat of the vapor is reused. By mechanical vapor compres- sion, the evaporation temperature and efficiency were risen. With the mathematic mode ls, the thermal analysis was done. Comparing with traditiona l solar seawater desalination plant, combined with vapor-compress solar energy distiller plant is more smaller and high efficiency. Keywords: Solar Energy; Vapor-Compress Distillation; Desalination 一种岛礁用结合压汽蒸馏的太阳能海水淡化装置 陈金增，王东波，李光华 海军工程大学动力工程学院，武汉，中国 Email: jinzengchen@163.com 收稿日期：2013 摘 要：本文提出一种用于海岛淡水供应的结合压汽蒸馏的太阳能海水淡化装置，充分利用太阳能海水淡化过 程中蒸汽的汽化潜热，通过机械压缩提高装置的蒸发温度和运行效率，建立了系统数学模型，进行热力学分析 计算；与单纯盘型太阳能海水淡化装置相比，本装置占地面积小、产水量大，具有较好的推广应用前景。 关键词：太阳能；压汽蒸馏；海水淡化 1 引言 海水淡化作为解决人类水资源短缺问题的方法 在世界范围内获得广泛应用，海水淡化方法目前使用 最多的主要有多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED） 和反渗透（RO）技术，海水淡化以消耗能源为代价， 目前主要应用热能和电能等。对于远离大陆的岛屿开 发，为保证淡水供应，海水淡化装置更是必备的基础 设施，由于电力供应的限制，太阳能成为海岛海水淡 化能源的首选。但是，与传统能源相比，太阳能由于 品位低、难于高效利用，造成太阳能海水淡化产量很 小，目前，普通盘形太阳能海水淡化的产水量只有 1 m3/m2yr 左右[1]。文献[2]对机械蒸汽压缩蒸馏海水淡 化进行了热力分析，可以看出，对于压汽蒸馏海水淡 化装置，当蒸发温度在 90℃~100℃范围内运行效率较 高，而对于一般集热式太阳能板而言，难于将海水加 热到 90℃以上。文献[3,4]对机械蒸汽压缩蒸馏海水淡 化进行了实验研究，通过离心压缩机及降膜蒸发技 术，可以提高装置的效率。根据太阳能海水淡化及压 汽蒸馏海水淡化的特点，本文提出一种结合压汽蒸馏 的太阳能海水淡化装置，充分利用蒸汽的汽化潜热， 利用压缩机提高装置的蒸发温度，从而提高装置的运 行效率。 Copyright © 2013 Hanspub 6  一种岛礁用结合压汽蒸馏的太阳能海水淡化装置 结合压汽蒸馏的太阳能海水淡化装置如图 1所 示：装置由补给海水泵、三台热交换器、太阳能加热 板、压汽机、闪发室和管道、阀件组成。 补给海水进入到装置后先经过浓海水、淡水加 热，温度上升，经加热的补给海水，在太阳能加热板 中吸收太阳能，温度继续上升，经过压缩蒸汽的加热， 达到闪蒸温度。在压力差下，补给海水到达闪蒸室闪 蒸，产生蒸汽，压缩机将蒸汽抽出并提高压力，将饱 和蒸汽压缩成为过热蒸汽，且在闪蒸室形成一定的真 空。过热蒸汽受到海水冷却放出显热及汽化潜热，汽 化潜热得到回收利用，达到提高效率的目的。 2 热力学分析 为计算方便，做如下假设： 1）认为海水、淡水比热为常数; 2）装置采取保温措施，运行过程无能量损失； 压缩机入口处蒸汽的温度、压力为t1、p1，按绝 热压缩过程计算，压缩比为 ，为此可得出压缩机出 口处温度和压力分别为 t2、p2, 21 1 2 211 k k pp p tt p 压缩机出口处过热蒸汽的焓值, 22 (, )hftp2 压缩蒸汽加热补给海水，自身凝结为常压下的饱 和水，蒸汽冷凝过程释放的热量为： 22 21 (,) () S QhPt hPQ 式中：压力 p2下饱和蒸汽的焓值， 2 ()hp 为压力 p2 下的汽化潜热，Q1为凝水释放的显热。 Figure1. the sketch of vapor compression distillor desalination with solar energy 图1. 结合压汽蒸馏的太阳能海水淡化装置流程图 1 p海水闪蒸所需要的热量（对应压力 ）： 1 p 11 (,) X Qpt 太阳能板吸收的热量： ()( ) L Pa y A HAUTTQ 式中：A太阳板面积；H太阳板的辐射强度；UL总传 热系数； 盖板透过率与吸热板吸收率的乘积， P T为 吸热板温度， 为环境温度， a T y Q为海水加热到闪蒸 温度需吸收的热量。 则淡水产量 2 m 1 211 (,) SyP P QQCmt mCt pt 式中： 为浓海水流量， 为太阳能板将海水提升 的温度, 1 m t P C海水比热。 热交换器 3的能量平衡方程为： SX P QQ Cmt 式中：m为海水流量； 设补给海水进口温度为 ,经热交换器 1、2后温 度为 i t x t，则有： 11 21 ()() () p xpx px Cmtt CmttCmtt i P C海水、淡水比热， 浓海水流量， 淡水流 量； 1 m2 m 压缩机耗功： 1 1 1 k k k WRT k 以产水量 1吨/天的淡化装置为例计算，装置每天 工作 10 小时，按全国三等地区太阳平均辐射热计算， 结果如表 1。 Table 1. The comparison of nomal solar desalin a tion plant and vapor compression distillor desalination with solar energy plant 表1. 结合压汽蒸馏的太阳能淡化装置和普通盘式太阳能淡化装置 比较 结合压汽蒸馏的 太阳能淡化装置 普通盘式太阳 能淡化装置 补给海水温度℃ 25 25 经太阳能加热后海水温度℃ 93 97 海水闪蒸压力、温度 0.0912 MPa, 97℃ 0.0912 MPa, 97℃ 经压缩过热蒸汽压力、温度 0.1095 MPa, 116.8℃ / 压缩机功率 kW 1.8 / 泵功率 kW 2 2 太阳能板面积 m2 61 330.8 Copyright © 2013 Hanspub 7  一种岛礁用结合压汽蒸馏的太阳能海水淡化装置 Copyright © 2013 Hanspub 8 3 结论 通过表 1可以看出，当淡水产量为 1吨/天时，相 同的环境条件下，在普通的盘式太阳能海水淡化装置 的基础上增加压汽蒸馏过程，所使用的太阳能板面积 只有普通盘式太阳能淡化装置的20%，大大减少了装 置的占地面积和投资费用，改进后的装置增加了换热 器和压缩机，需增加压缩机耗功 1.8 kW，装置的运行 成本稍有增加。 参考文献 (References) [1] H. F. Zheng, K. Y. He, Z. Q. Chen. Solor desalination technology, Beijing: Beijing University of science and technology Press, 2006. [2] J. Z. Chen, G. H. Li, Y. F. Li. An analysis of marine mechanical vapor-compress desalination plant . Ship science and technology, 2011.12. [3] N. H. ALY, A. K. EL-FIQI. Mechanical vapor compression desalination system-a case study, Desalination, 2003, 158(1-3): 143-150. [4] D. S. Jiao, J. Wang, An analysis of mechanical vapor- compress desalination system, Jernal of Chinese Science and Technology University, 2009, 39(1): 76-82. |