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(大連理工大學(xué) 能源與動(dòng)力學(xué)院 教育部海洋能及節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116000)

柴油發(fā)電機(jī)組廢熱驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)分析

王潁菲，徐士鳴

(大連理工大學(xué) 能源與動(dòng)力學(xué)院 教育部海洋能及節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116000)

利用海島柴油發(fā)電機(jī)組排出的廢熱驅(qū)動(dòng)低溫多效海水淡化裝置實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)產(chǎn)，節(jié)約能源并為缺水海島提供價(jià)格低廉的淡水。根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組工作參數(shù)，設(shè)計(jì)了一套低溫多效海水淡化系統(tǒng)，經(jīng)熱力和換熱設(shè)計(jì)計(jì)算確定該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。并在不同的發(fā)電機(jī)組負(fù)荷下，對(duì)系統(tǒng)的產(chǎn)水率、噴淋密度、濃縮比等參數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算，其研究結(jié)果可為實(shí)際的海島水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供參考。

柴油發(fā)電機(jī)；廢熱；低溫多效蒸發(fā)；海水淡化；水電聯(lián)產(chǎn)

0 引言

在淡水資源匱乏的今天，海水淡化技術(shù)在解決全球水危機(jī)方面扮演著十分重要的角色。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，海水淡化技術(shù)發(fā)展迅速，形成了多級(jí)閃蒸、多效蒸餾、壓汽蒸餾、反滲透及電滲析等多種成熟的淡化技術(shù)。目前，世界海水淡化裝置容量正逐年增大[1]。

海水淡化需要消耗大量能量，導(dǎo)致淡化水成本較高[2]。為了降低海水淡化的成本，人們對(duì)能源與海水淡化系統(tǒng)的結(jié)合做了大量的研究工作。鄭宏飛[3]等人對(duì)太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)做了系統(tǒng)而詳細(xì)的分析與研究；Konishi T[4]等人對(duì)核能驅(qū)動(dòng)的海水淡化工程進(jìn)行了探討。但是，海水淡化的成本問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解決。而在一些缺水且遠(yuǎn)離陸地的海島上，普遍采用柴油發(fā)電機(jī)組供電。通常柴油發(fā)電機(jī)組的熱效率約為35%，其余的熱量都隨著缸套冷卻水和高溫?zé)煔馀诺江h(huán)境中。如果利用這部分廢熱[5]來(lái)進(jìn)行海水淡化，實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)產(chǎn)，可提高能源利用率，并大幅降低海水淡化成本，是解決海島淡水供應(yīng)問(wèn)題的途徑之一。

國(guó)外早在1987年便有了對(duì)使用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)的成本分析[6]，Khalifa等人使用軟件對(duì)新能源(風(fēng)能和太陽(yáng)能)以及柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明使用柴油發(fā)電機(jī)組或使用柴油機(jī)、風(fēng)能、太陽(yáng)能混合系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，海水淡化的成本最低[7],Henderson等人對(duì)利用反滲透海水淡化裝置來(lái)平衡風(fēng)能-柴油機(jī)混合發(fā)電系統(tǒng)中能量供應(yīng)和用電需求的矛盾的可行性進(jìn)行了探討[8]。國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)用于海島的，與柴油發(fā)電機(jī)組相結(jié)合的小型海水淡化系統(tǒng)的研究很少。高從堦[9]等人對(duì)柴油發(fā)電機(jī)與海水淡化結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)作了簡(jiǎn)單的介紹，沒(méi)有涉及具體的結(jié)合形式；姜周曙[10]等人設(shè)計(jì)了一套利用漁輪用柴油機(jī)余熱進(jìn)行制冷及海水淡化的裝置，但并未對(duì)其變工況下的運(yùn)行特性進(jìn)行研究。

本文針對(duì)使用柴油發(fā)電機(jī)組供電的缺水的海島，設(shè)計(jì)了一套柴油發(fā)電機(jī)組廢熱驅(qū)動(dòng)的海水淡化裝置，在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行熱力學(xué)分析計(jì)算，確定其換熱面積、噴淋密度、管束排布等結(jié)構(gòu)參數(shù)。并在此基礎(chǔ)上，針對(duì)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷隨用電需求變化而變化的特點(diǎn)，對(duì)已確定的海水淡化系統(tǒng)在不同的發(fā)電機(jī)組負(fù)荷下的運(yùn)行情況進(jìn)行計(jì)算分析。

1 系統(tǒng)流程

柴油機(jī)的廢熱以冷卻水和煙氣兩種方式排出。為了有效利用柴油機(jī)排出的廢熱，采用循環(huán)水來(lái)回收這兩種類型的廢熱。由于循環(huán)水出水溫度受柴油機(jī)冷卻水進(jìn)出口溫度要求的限制，通常低于80℃。因此，采用耗功量小、熱效率高、海水預(yù)處理簡(jiǎn)單的低溫多效蒸餾法進(jìn)行海水淡化比較合適。由于循環(huán)水溫度較低，首效蒸發(fā)溫度可控制在70℃以下，避免了海水蒸餾易結(jié)垢的問(wèn)題[11]。低溫多效蒸餾操作彈性較大，適合在柴油發(fā)電機(jī)組排出廢熱量變化的環(huán)境下工作。

柴油發(fā)電機(jī)組廢熱驅(qū)動(dòng)的低溫多效海水淡化系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。對(duì)于小型低溫多效海水淡化系統(tǒng)，為了簡(jiǎn)化海水淡化裝置結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)運(yùn)行控制，海水淡化流程采用全順流流程，蒸餾裝置采用橫管降膜換熱，各效布置為立式串聯(lián)。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)組廢熱驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)流程

海水淡化系統(tǒng)由循環(huán)熱水和海水淡化兩部分組成，循環(huán)熱水回收柴油機(jī)全部的冷卻水廢熱和部分排氣廢熱后，在循環(huán)泵的作用下，進(jìn)入海水淡化系統(tǒng)的首效蒸餾器內(nèi)，加熱并汽化進(jìn)入首效蒸餾器內(nèi)的海水。水溫降低后的循環(huán)熱水流經(jīng)海水預(yù)熱器，進(jìn)一步降低溫度，放出熱量。淡化用原料海水經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入首效蒸餾器，由噴淋器均勻的噴淋在首效換熱管上，吸收換熱管內(nèi)循環(huán)熱水的熱量，部分蒸發(fā)；產(chǎn)生的蒸汽流入第二效蒸餾器換熱管作為第二效蒸餾器的熱源。首效蒸餾器中未蒸發(fā)的海水在重力和效間壓差的作用下流入第二效，閃蒸出一部分蒸汽，其余海水噴淋在第二效的換熱管上，依次逐效進(jìn)行，直到最后一效蒸餾器；在此蒸餾器內(nèi)濃海水被排出，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝，冷凝水進(jìn)入淡水罐。海水淡化裝置從第二效開(kāi)始有淡水產(chǎn)出，淡水流入各級(jí)淡水閃蒸罐部分閃蒸，閃蒸出的蒸汽作為下一效蒸餾器的熱源，最后未閃蒸的淡水流入淡水罐。冷凝器管內(nèi)流通冷卻海水，冷卻海水流出冷凝器后，大部分排放，小部分與末效蒸餾器排出的部分濃海水混合，作為原料海水進(jìn)入首效蒸餾器，以提高各效的噴淋密度。

2 熱力學(xué)模型

2.1 建模假設(shè)

(1)系統(tǒng)保溫良好，忽略散熱損失；

(2)忽略流體流動(dòng)過(guò)程中的各種阻力；

(3)忽略海水濃度變化所引起的沸點(diǎn)升高，海水物性按純水計(jì)算。

遵循能量和質(zhì)量守恒原理，系統(tǒng)內(nèi)各換熱器熱力學(xué)模型如下。

2.2 海水預(yù)熱器與首效蒸餾器模型

循環(huán)水系統(tǒng)通過(guò)海水預(yù)熱器與首效蒸餾器,將回收的柴油發(fā)電機(jī)組廢熱(Qgen)用來(lái)預(yù)熱淡化用海水，并提供首效海水蒸發(fā)所需的熱量。

Qgen=mvap,1hwap,l+ms,1,ohs,1,o-ms,1,ihs,p,i

(1)

ms,1,i=mvap,1+ms,1,o

(2)

式中m——質(zhì)量流量/kg·s-1；

h——比焓/kJ·kg-1；

下標(biāo) vap——蒸汽；

s——海水；

l——首效蒸餾器；

p——預(yù)熱器；

i——入口；

o——出口。

2.3 第n效蒸餾器模型(n≥2)

=ms,n,ohs,n,o+mvap,nhwap,n,o-ms,n,ihs,n,i

(3)

ms,n,i=mvap,n+ms,n,o

(4)

式中r——汽化潛熱/kJ·kg-1；

下標(biāo)n——第n效蒸餾器。

2.4 冷凝器模型

(5)

下標(biāo) N——末效蒸餾器；

con——冷凝器。

從第二效開(kāi)始，蒸汽冷凝產(chǎn)生的淡水流入淡水罐。由于淡水罐的壓力逐級(jí)降低，淡水將逐級(jí)產(chǎn)生閃蒸，閃蒸出的蒸汽與本效二次蒸汽一起進(jìn)入下一效蒸餾器作為驅(qū)動(dòng)熱源。

(6)

(7)

下標(biāo) f——淡水罐。

(8)

2.7 系統(tǒng)整體能量與質(zhì)量守恒

Qgen=ms,ohs,N,o+mw,ohw,o

(9)

(10)

(11)

(12)

式中x——海水鹽濃度/[%]；

ε——濃縮比；

下標(biāo) w——淡水。

3 設(shè)計(jì)工況下系統(tǒng)參數(shù)確定

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)確定

某海島柴油發(fā)電機(jī)組額定功率為300 kW，平均發(fā)電效率為35%。回收全部柴油機(jī)冷卻水廢熱和部分排氣廢熱，回收的廢熱量相當(dāng)于供入柴油機(jī)燃油熱量的35%，其余30%的熱量通過(guò)排氣和機(jī)體散熱排到環(huán)境中。回收的廢熱全部用于海水淡化。

實(shí)際上海島柴油發(fā)電機(jī)組絕大部分時(shí)間運(yùn)行在額定功率值以下。因此，按柴油機(jī)工作負(fù)荷為80%，循環(huán)水回收的廢熱量為240 kW作為海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)加熱負(fù)荷。設(shè)計(jì)循環(huán)水出口溫度為75℃，并以此溫度進(jìn)入首效蒸餾器，循環(huán)水流出海水預(yù)熱器的溫度為60℃。為了提高蒸餾器內(nèi)海水噴淋密度，采用濃海水再循環(huán)，循環(huán)比(β)取為1。冷卻海水進(jìn)口溫度30℃，設(shè)計(jì)溫升為6℃，冷凝器熱端溫差取6℃，則設(shè)計(jì)冷凝溫度為42℃。設(shè)計(jì)海水淡化系統(tǒng)的海水濃縮比為2.0。

3.2 設(shè)計(jì)工況下系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

首先根據(jù)所建立的海水淡化系統(tǒng)熱力學(xué)模型，進(jìn)行設(shè)計(jì)工況下系統(tǒng)的熱力計(jì)算，確定進(jìn)出各效蒸餾器的海水、淡水、二次蒸汽進(jìn)出口溫度、壓力、流量、傳熱量等熱力參數(shù)。得到設(shè)計(jì)工況下各效蒸餾器的產(chǎn)水量和熱負(fù)荷。然后根據(jù)文獻(xiàn)[12]，對(duì)各效蒸餾器在設(shè)計(jì)工況下的噴淋密度、傳熱系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合熱力計(jì)算結(jié)果，計(jì)算出各效蒸餾器理論傳熱面積。根據(jù)換熱管布管和計(jì)算的噴淋密度情況，確定蒸餾器有效熱管長(zhǎng)和管束排列方式(管排數(shù)和管列數(shù))，最終應(yīng)使管排及管列數(shù)為整數(shù)且實(shí)際傳熱面積大于理論傳熱面積。

表1 海水淡化系統(tǒng)各蒸餾器主要工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到設(shè)計(jì)工況下海水淡化系統(tǒng)各換熱器主要工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所列。其中，有效換熱管長(zhǎng)取1.4 m，管列數(shù)13列。首效蒸餾器內(nèi)熱水流程為每排管束為一流程，冷凝器內(nèi)冷卻水流程為每?jī)膳殴苁鵀橐涣鞒?。熱力?jì)算得到的熱水循環(huán)泵流量13 779 kg/h,冷卻海水泵流量31 904 kg/h,海水進(jìn)料流量2 460 kg/h,系統(tǒng)淡水產(chǎn)量為1 219.5 kg/h,計(jì)算海水濃縮比為1.98。

4 系統(tǒng)運(yùn)行特性分析

由于柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)際發(fā)電負(fù)荷隨島上用電負(fù)荷的變化而變化，導(dǎo)致柴油機(jī)所排出的廢熱量也隨之變化，對(duì)海水淡化系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。為了便于了解和掌握水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工作特性，在已確定的海水淡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下,采用數(shù)值模擬方法來(lái)分析變工況條件下柴油發(fā)電機(jī)組廢熱驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)工作特性。

假定循環(huán)水回收的柴油機(jī)廢熱負(fù)荷與柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)際負(fù)荷變化成線性關(guān)系(實(shí)際情況是，隨著柴油機(jī)負(fù)荷的降低，熱效率也降低，排出的廢熱占輸入能量的比值增加)。對(duì)已確定的海水淡化系統(tǒng)，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷為額定負(fù)荷的50%～100%時(shí)，分析海水淡化系統(tǒng)的產(chǎn)水率、各效蒸餾器熱負(fù)荷、噴淋密度、實(shí)際運(yùn)行溫差等參數(shù)隨機(jī)組負(fù)荷的變化，計(jì)算結(jié)果如圖2～圖7所示。

圖2 系統(tǒng)及各效產(chǎn)水率隨發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化

圖2表示系統(tǒng)及各效蒸餾器產(chǎn)水速率隨柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。當(dāng)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷增大時(shí)，系統(tǒng)及各效蒸餾器產(chǎn)水率都隨之增加。這是由于在循環(huán)水流量恒定時(shí)，熱負(fù)荷增大，導(dǎo)致循環(huán)水進(jìn)出海水淡化系統(tǒng)的溫差增大。循環(huán)水入口溫度升高，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)總傳熱溫差增大，在相同的傳熱面積和噴淋密度條件下傳熱量增大，海水蒸發(fā)量增大，產(chǎn)水率提高。

圖3 系統(tǒng)各換熱設(shè)備熱負(fù)荷隨發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化

系統(tǒng)內(nèi)各換熱器熱負(fù)荷也隨著柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的提高而增大(如圖3所示)，其變化趨勢(shì)與圖2中各效蒸餾器產(chǎn)水率變化趨勢(shì)相同。從圖中可見(jiàn)，對(duì)于全順流立式布置、熱水驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)，首效和二效蒸餾器熱負(fù)荷幾乎相同，其他各效蒸餾器熱負(fù)荷逐效略有增加，冷凝器熱負(fù)荷最大。由于通過(guò)海水預(yù)熱器后進(jìn)入首效蒸餾器的海水溫度幾乎達(dá)到飽和，首效蒸餾器產(chǎn)生的蒸汽作為二效的熱源而沒(méi)有其它蒸汽補(bǔ)入。因此，首效和二效蒸餾器負(fù)荷幾乎相同。二效蒸餾器以后的各效蒸餾器，其熱源蒸汽不僅有上一效蒸餾產(chǎn)生的蒸汽，還有上一效海水噴淋閃蒸和凝結(jié)水閃蒸所產(chǎn)生的蒸汽。因此對(duì)于全順流海水淡化系統(tǒng)而言，二效以后的蒸餾器負(fù)荷和產(chǎn)水率逐效增大，冷凝器在所有換熱設(shè)備中具有最大熱負(fù)荷。

圖4 各效噴淋密度隨發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化

圖4顯示的是系統(tǒng)各效噴淋密度隨柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。由于淡化用海水進(jìn)水量一定，各效產(chǎn)水率隨著柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的增加而增大，使得各效噴淋密度隨著柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的增加而減小。當(dāng)濃海水再循環(huán)比為1時(shí)，首效噴淋密度維持在0.075 1 kg/(m·s)左右。為了使海水能夠均勻地分布在降膜橫管表面上,對(duì)每效蒸餾器的噴淋密度有一定要求。一般認(rèn)為橫管降膜蒸發(fā)的最小噴淋密度不低于0.044 kg/(m·s)[13]。對(duì)于全順流海水淡化系統(tǒng)而言，因各效中海水均有蒸發(fā)，使得第五效的噴淋密度最小。如果原料海水進(jìn)水量保持不變，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷由50%升高到100%時(shí)，第五效蒸餾器的噴淋密度由0.066 1 kg/(m·s)減少到0.057 4 kg/(m·s)，仍能滿足要求。

圖5 各換熱設(shè)備換熱系數(shù)隨發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化

圖5反映出各效蒸餾器傳熱系數(shù)的變化趨勢(shì)與圖4各效蒸餾器噴淋密度的變化趨勢(shì)一致。對(duì)于全順流多效蒸餾系統(tǒng)而言，當(dāng)進(jìn)水量恒定時(shí)，首效蒸餾器噴淋密度不隨柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化而變化，傳熱系數(shù)保持恒定，但海水蒸發(fā)量隨柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的增加而增加，使得其后各效蒸餾器內(nèi)海水蒸發(fā)量也隨之增加，噴淋密度降低，導(dǎo)致傳熱系數(shù)下降。說(shuō)明在確定的系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)下，傳熱系數(shù)受噴淋密度的影響較大。而對(duì)于冷凝器，蒸汽在其管外凝結(jié)換熱，其凝結(jié)換熱系數(shù)主要受液膜厚度的影響。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷增加后，冷凝器負(fù)荷也隨之增大，冷凝器中凝結(jié)的蒸汽量增大，每排冷凝管上流經(jīng)的冷凝液量增加，液膜厚度加大，使冷凝管外側(cè)換熱熱阻增大，冷凝器總傳熱系數(shù)下降。

圖中還可以看出，各效蒸餾器的傳熱系數(shù)基本都在2.4 kW/(m2·℃)以上，但首效蒸餾器和冷凝器傳熱系數(shù)相對(duì)較小，在2.2 kW/(m2·℃)以下。其原因在于，首效蒸餾器和冷凝器均為單側(cè)相變傳熱，其余各效蒸餾器均為管內(nèi)外雙側(cè)相變傳熱。通常情況下，相變傳熱系數(shù)大于非相變傳熱系數(shù)。要提高首效蒸餾器及冷凝器的傳熱系數(shù)，必須提高管束內(nèi)水流速，從而提高無(wú)相變的管側(cè)換熱系數(shù)，這將會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水和冷卻水泵功耗增加，傳熱溫差增大。

圖6 各換熱設(shè)備實(shí)際傳熱溫差隨發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化

圖6給出了海水淡化系統(tǒng)內(nèi)各換熱設(shè)備傳熱溫差隨柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。圖中可見(jiàn)，各換熱設(shè)備的傳熱溫差都隨柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的增大而有所提高。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷由50%升高到100%時(shí)，各效蒸餾器傳熱溫差均從3.5℃左右變化到6.5℃左右。其原因是，對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的多效蒸餾海水淡化裝置而言，當(dāng)循環(huán)水泵流量保持恒定時(shí)，隨著柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷增加，回收的廢熱量增加，使得循環(huán)水進(jìn)出口溫度同時(shí)增大，也使得各效蒸餾器負(fù)荷(產(chǎn)水量)增大，傳熱溫差自然增加。因此，實(shí)際的海水淡化系統(tǒng)在一定的加熱負(fù)荷變化范圍內(nèi)，具有自調(diào)節(jié)、自適應(yīng)特性，具有較好的操作彈性。

圖7 濃縮比及每kW熱負(fù)荷產(chǎn)水率隨發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化

圖7給出了海水淡化系統(tǒng)濃縮比和單位加熱負(fù)荷產(chǎn)水量隨柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水量不變時(shí)，海水濃縮比隨柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷增加而升高，但單位加熱負(fù)荷產(chǎn)水率卻是降低的。由50%負(fù)荷時(shí)的1.434×10-3kg/(s·kW)降至100%負(fù)荷時(shí)的1.407×10-3kg/(s·kW)。這是因?yàn)樵诶鋮s水流量恒定條件下，冷卻水溫升隨發(fā)電機(jī)組負(fù)荷增加而提高，導(dǎo)致冷凝溫度以及系統(tǒng)產(chǎn)出淡水和末效排出的濃海水溫度隨之上升(見(jiàn)圖6)，由此帶出系統(tǒng)的熱量也增大。這表明當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)確定后，增大輸入系統(tǒng)的熱量，盡管可以提高產(chǎn)水率，但系統(tǒng)性能有所降低。當(dāng)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷100%時(shí)，濃縮比已達(dá)到了2.61，過(guò)高的海水濃縮比會(huì)使得換熱管上易于結(jié)垢，影響換熱。因此，綜合考慮產(chǎn)水率、濃縮比、及系統(tǒng)性能的影響，對(duì)于確定結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)的海水淡化系統(tǒng)，不建議長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行，否則需要考慮調(diào)節(jié)循環(huán)熱水、冷卻海水和進(jìn)料海水的流量，來(lái)控制循環(huán)熱水和冷卻海水進(jìn)出口溫度以及海水濃縮比。

5 結(jié)論

上述計(jì)算和分析表明，采用低溫多效蒸餾技術(shù)來(lái)回收柴油發(fā)電機(jī)組冷卻水和排氣廢熱進(jìn)行海水淡化是可行的。對(duì)于額定功率為300 kW的柴油發(fā)電機(jī)組，在80%負(fù)荷條件下回收全部冷卻水和部分排氣廢熱負(fù)荷為240 kW，循環(huán)熱水進(jìn)出口溫度為75℃/60℃時(shí)，海水冷卻水進(jìn)出口溫度為30℃/36℃條件下，采用五效蒸餾海水淡化系統(tǒng)，小時(shí)產(chǎn)水量可達(dá)1.22 t/h(29 t/d),可以有效解決150～200人海島的用水問(wèn)題。

與柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)合的低溫多效海水淡化裝置能夠在發(fā)電機(jī)組負(fù)荷50%～100%的情況下正常運(yùn)行，產(chǎn)水率隨發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的增加而增加(從0.77 t/h增大到1.52 t/h)，各效蒸餾器噴淋密度始終在0.05～0.08 kg/(m·s)之間。說(shuō)明低溫多效海水淡化裝置在工作條件變化很大的情況下具有很好的適應(yīng)性。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期在80%額定功率以上工作時(shí)，為了避免換熱管束結(jié)垢，需要適當(dāng)增大進(jìn)料海水流量，以降低濃縮比。

一般情況下，海島柴油發(fā)電機(jī)組的工作負(fù)荷多在額定功率的50%～80%之間，按此負(fù)荷區(qū)間回收的柴油機(jī)廢熱負(fù)荷設(shè)計(jì)的低溫多效海水淡化系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行穩(wěn)定性方面較為合理。回收柴油發(fā)電機(jī)組廢熱后可以將其熱利用率提高一倍以上，從而節(jié)約大量能源，大幅降低海水淡化成本。因此，利用柴油發(fā)電機(jī)組廢熱驅(qū)動(dòng)的低溫多效海水淡化技術(shù)具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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AnalysisofDesalinationSystemPoweredbyWasteHeatFromdieselGeneratingSet

WANG Ying-fei, XU Shi-ming

(Key Laboratory of Ocean Energy Utilization and Energy Conservation of Ministry of Education, School of Energy and Engineering, DLUT, Dalian 116000,China)

Exhaust heat of diesel generating set on the island was utilized to drive distillation desalination system and inexpensive water was obtained. A multi-effect distillation desalination installation powered by waste heat of diesel generating set was established. Based on the designed system, the operation parameters such as the water produced rate, sprinkle density and concentrationratio, which varied with the load of generator, were numerical simulated. The result could be applied to the practical water-electricity cogeneration system.

diesel generating set；waste heat；low-temperature multi-effect distillation；desalination；water-electricity cogeneration

2013-12-19修訂稿日期2014-04-29

王潁菲(1989～),女，碩士研究生，研究方向?yàn)楹Ｋ?/p>

TM611.22;P747

A

1002-6339 (2014) 05-0455-06