氣波蒸汽再壓縮機制及在多效蒸發(fā)中的應用.pdf

1、目前，人類賴以生存、發(fā)展的淡水資源極度匱乏，相反，無法被人類生活、工業(yè)生產(chǎn)直接使用的海洋水、工業(yè)廢水等含鹽水占水資源比例95％以上。因此針對含鹽水處理問題，國內(nèi)外學者進行了深入而廣泛的研究。如今，世界范圍內(nèi)用于含鹽水處理的技術(shù)主要有熱法、冷凍法、膜法、化學法等，而較為成熟的主要為熱法中的多效蒸發(fā)、多效閃蒸技術(shù)以及膜法中的反滲透技術(shù)。相比于多效蒸發(fā)技術(shù)，反滲透技術(shù)不適宜處理高濃度工業(yè)含鹽廢水，而多效閃蒸技術(shù)相比于多效蒸發(fā)消耗能量較大。因此

2、多效蒸發(fā)技術(shù)具備較廣泛的濃度適用性及節(jié)能特性，有著較好的發(fā)展前景。
　　為進一步提升多效蒸發(fā)技術(shù)的節(jié)能特性，國內(nèi)外學者已將蒸汽再壓縮技術(shù)耦合進入多效蒸發(fā)系統(tǒng)，目前主要為熱力蒸汽再壓縮技術(shù)以及機械蒸汽再壓縮技術(shù)，然而熱力蒸汽再壓縮技術(shù)中作為蒸汽再壓縮裝置的噴射器具有增壓效率低的問題;機械蒸汽再壓縮技術(shù)中的蒸汽壓縮機又具有開發(fā)、制造成本高昂，研究進入瓶頸的問題;因此本文開創(chuàng)式將氣波增壓技術(shù)引入多效蒸發(fā)系統(tǒng)，以解決以上兩個主要問題。

3、r>　　本文針對R718蒸汽間斷波相互作用規(guī)律及增壓機制進行了詳細的研究;對利用氣波增壓技術(shù)進行增壓的不同氣波增壓器進行了結(jié)構(gòu)設計、優(yōu)化分析;針對已耦合氣波增壓技術(shù)的多效蒸發(fā)系統(tǒng)進行了詳細的熱力學分析;初步完成了氣波蒸汽再壓縮多效蒸發(fā)實驗平臺的搭建及系統(tǒng)評測，其主要工作和相關(guān)結(jié)論如下:
　　(1) R718蒸汽間斷波相互作用規(guī)律及運動激波增溫增壓特性研究
　　構(gòu)建能夠充分描述R718蒸汽間斷波相互作用規(guī)律的激波對撞管CFD模

4、型，利用Fluent軟件，對激波管內(nèi)R718蒸汽間斷波進行數(shù)值模擬，分析增壓通道內(nèi)激波、接觸面、膨脹波等各種間斷波的反射、透射作用后的壓力、溫度、相變分數(shù)、聲阻抗等物性參數(shù)，總結(jié)得到含有真實氣體效應的R718蒸汽激波、膨脹波和接觸面的周期性反射規(guī)律，并通過對物性參數(shù)波圖的詳細分析，發(fā)現(xiàn)運動激波的制熱、增壓效果明顯，一次激波增壓壓比可達3.77，疊加激波增壓壓比高達12.84，應用在多效蒸發(fā)系統(tǒng)中可大幅降低驅(qū)動蒸汽品質(zhì)要求;且在高真空環(huán)境

5、中，疊加激波制熱效應顯著，可將低壓飽和蒸汽溫度從278K增溫至930K，可為特定化學反應提供即熱工況。
　　(2)兩種氣波增壓器結(jié)構(gòu)模擬優(yōu)化研究及對比
　　通過確立四端口氣波增壓器及對撞型氣波增壓器的工作波圖，分別確定兩種氣波增壓器的初步結(jié)構(gòu)設計參數(shù)，構(gòu)建三維CFD分析模型，通過對模型模擬結(jié)果的分析，優(yōu)化三維結(jié)構(gòu)設計參數(shù)，并完成設備工程圖紙的繪制。目前四端口氣波增壓器已完成實體設備的加工制造，可實現(xiàn)進出口相對角度的靈活調(diào)節(jié)，

6、以適用不同工質(zhì)、工況;而對撞型氣波增壓器已申請相關(guān)發(fā)明專利(CN104533851A)
　　(3)氣波蒸汽再壓縮含鹽水處理系統(tǒng)(MED-WVC)分析、評測研究
　　基于耦合HYSYS物性參數(shù)庫的熱力學分析程序的工藝計算結(jié)果以及熱力學分析的最佳工況參數(shù)，完成了多流程、多再壓縮模式的MED-WVC實驗平臺的設備選型、配管以及平臺搭建，平臺占地面積10m2，可實現(xiàn)多種對比實驗。該實驗系統(tǒng)工藝已申請2項發(fā)明專利(CN10439926

7、7A、CN104436728A)。
　　熱力學分析結(jié)果顯示，在系統(tǒng)較優(yōu)工況下:首效溫度為65攝氏度，末效溫度為45攝氏度，再壓縮溫度為75攝氏度，系統(tǒng)總效數(shù)為10效，四端口氣波增壓器的使用可降低驅(qū)動蒸汽壓力品質(zhì)需求達到50％，而對撞型氣波增壓器的使用，最高可降低驅(qū)動蒸汽壓力品質(zhì)達到85％。
　　通過對含鹽水處理系統(tǒng)的實驗評測，確定真空條件下系統(tǒng)蒸發(fā)效果遠優(yōu)于正壓條件下，自循環(huán)功能的引入可提升系統(tǒng)性能，且氣波增壓器增壓壓比可達