气波蒸汽再压缩机制及在多效蒸发中的应用

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aini412319016
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目前,人类赖以生存、发展的淡水资源极度匮乏,相反,无法被人类生活、工业生产直接使用的海洋水、工业废水等含盐水占水资源比例95%以上。因此针对含盐水处理问题,国内外学者进行了深入而广泛的研究。如今,世界范围内用于含盐水处理的技术主要有热法、冷冻法、膜法、化学法等,而较为成熟的主要为热法中的多效蒸发、多效闪蒸技术以及膜法中的反渗透技术。相比于多效蒸发技术,反渗透技术不适宜处理高浓度工业含盐废水,而多效闪蒸技术相比于多效蒸发消耗能量较大。因此多效蒸发技术具备较广泛的浓度适用性及节能特性,有着较好的发展前景。为进一步提升多效蒸发技术的节能特性,国内外学者已将蒸汽再压缩技术耦合进入多效蒸发系统,目前主要为热力蒸汽再压缩技术以及机械蒸汽再压缩技术,然而热力蒸汽再压缩技术中作为蒸汽再压缩装置的喷射器具有增压效率低的问题;机械蒸汽再压缩技术中的蒸汽压缩机又具有开发、制造成本高昂,研究进入瓶颈的问题;因此本文开创式将气波增压技术引入多效蒸发系统,以解决以上两个主要问题。本文针对R718蒸汽间断波相互作用规律及增压机制进行了详细的研究;对利用气波增压技术进行增压的不同气波增压器进行了结构设计、优化分析;针对已耦合气波增压技术的多效蒸发系统进行了详细的热力学分析;初步完成了气波蒸汽再压缩多效蒸发实验平台的搭建及系统评测,其主要工作和相关结论如下:(1) R718蒸汽间断波相互作用规律及运动激波增温增压特性研究构建能够充分描述R718蒸汽间断波相互作用规律的激波对撞管CFD模型,利用Fluent软件,对激波管内R718蒸汽间断波进行数值模拟,分析增压通道内激波、接触面、膨胀波等各种间断波的反射、透射作用后的压力、温度、相变分数、声阻抗等物性参数,总结得到含有真实气体效应的R718蒸汽激波、膨胀波和接触面的周期性反射规律,并通过对物性参数波图的详细分析,发现运动激波的制热、增压效果明显,一次激波增压压比可达3.77,叠加激波增压压比高达12.84,应用在多效蒸发系统中可大幅降低驱动蒸汽品质要求;且在高真空环境中,叠加激波制热效应显著,可将低压饱和蒸汽温度从278K增温至930K,可为特定化学反应提供即热工况。(2)两种气波增压器结构模拟优化研究及对比通过确立四端口气波增压器及对撞型气波增压器的工作波图,分别确定两种气波增压器的初步结构设计参数,构建三维CFD分析模型,通过对模型模拟结果的分析,优化三维结构设计参数,并完成设备工程图纸的绘制。目前四端口气波增压器已完成实体设备的加工制造,可实现进出口相对角度的灵活调节,以适用不同工质、工况;而对撞型气波增压器已申请相关发明专利(CN104533851A)(3)气波蒸汽再压缩含盐水处理系统(MED-WVC)分析、评测研究基于耦合HYSYS物性参数库的热力学分析程序的工艺计算结果以及热力学分析的最佳工况参数,完成了多流程、多再压缩模式的MED-WVC实验平台的设备选型、配管以及平台搭建,平台占地面积10m2,可实现多种对比实验。该实验系统工艺已申请2项发明专利(CN104399267A、CN104436728A)热力学分析结果显示,在系统较优工况下:首效温度为65摄氏度,末效温度为45摄氏度,再压缩温度为75摄氏度,系统总效数为10效,四端口气波增压器的使用可降低驱动蒸汽压力品质需求达到50%,而对撞型气波增压器的使用,最高可降低驱动蒸汽压力品质达到85%。通过对含盐水处理系统的实验评测,确定真空条件下系统蒸发效果远优于正压条件下,自循环功能的引入可提升系统性能,且气波增压器增压压比可达2.86,压缩效率为36.2%,验证了热力学分析中气波再压缩技术的引用可降低驱动蒸汽压力品质的结论。
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