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行業(yè)新聞

海水淡化設(shè)備_層層傳“熱”:海水淡化效率倍增

時間:2023-07-06 13:07:43 來源:[db:出處] 點擊:259次

浦宏海水淡化設(shè)備,海水反滲透設(shè)備廠家報價,型號齊全,歡迎采購造型。
1 、浦宏海水淡化設(shè)備零部件均采用知,質(zhì)量可靠。
2 、整體化程度高,易于擴展,增加膜數(shù)量即可增加處理量。
3 、浦宏海水淡化設(shè)備自動化程度高,遇故障立即自停,具有自動保護功能。
4 、脫鹽率高,可達 98 %以上。
5 、浦宏海水淡化設(shè)備能耗低,運行成本低。
6 、水利用率高,回收率達到 50 - 75 %。
7 、浦宏海水淡化設(shè)備結(jié)構(gòu)合理,占地面積少。
8 、先進的膜保護系統(tǒng),在設(shè)備關(guān)機時,淡化水可自動將膜表面的污染物沖洗干凈,延長膜壽命。
9 、系統(tǒng)無易損部件,無需大量維修,運行長期有效。

海水三千,取之一瓢,化其為淡,可解全球用水短缺之難。

海洋面積占地球表面的71%,可供人類飲用的淡水面積卻只占2.5%。聯(lián)合國新發(fā)布的《世界水發(fā)展報告》指出,目前仍有超過1/4的人口生活在水資源嚴重稀缺的地區(qū)。

海水淡化技術(shù)被認為是緩解淡水緊缺的途徑之一,有效解決了沙漠、海島及沿海發(fā)達地區(qū)的“干渴”問題。然而,諸多技術(shù)需要完備基建支撐、集中式安裝和大量能源供應(yīng),這些都成為制約其廣泛應(yīng)用的重要因素。

近日,上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所教授王如竹和副教授徐震原等人組成的ITEWA(能源—空氣—水)創(chuàng)新團隊與美國麻省理工學(xué)院(MIT)團隊合作,設(shè)計出局部加熱型多級太陽能蒸餾技術(shù),創(chuàng)紀錄地實現(xiàn)了385%的太陽能蒸發(fā)效率和5.78/L(m2·h)的產(chǎn)率,比此前的效率紀錄高約兩倍,為實現(xiàn)超高效的被動式太陽能海水淡化提供了全新思路和理論框架。相關(guān)研究論文已發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志。

常見系統(tǒng)熱量損失效率低

全被動式的太陽能海水淡化被認為是解決海水淡化適應(yīng)性的有效技術(shù)之一。

“被動式太陽能蒸餾器通過太陽能加熱產(chǎn)生蒸汽,并依靠冷凝收集淡水,具有運行簡單可靠和適用范圍廣等優(yōu)勢,對偏遠地區(qū)和基建落后地區(qū)尤為重要?!闭撐牡谝蛔髡?、上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院副教授徐震原告訴《中國科學(xué)報》。

在被動式太陽能海水淡化中,最常見的系統(tǒng)為單級盤式太陽能蒸餾,其理論效率約為60%,但實際運行效率卻只有約35%。低效率也導(dǎo)致該系統(tǒng)產(chǎn)水成本高且面積需求大,嚴重限制了其廣泛使用。

近年來,已有研究表明,界面局部加熱的太陽能蒸發(fā)通過將太陽能光熱轉(zhuǎn)換置于氣液蒸發(fā)界面,大幅度提升了太陽能蒸發(fā)效率,最高可達到94%。這使得界面局部加熱的太陽能蒸發(fā)研究成為了能源科學(xué)、材料科學(xué)和熱科學(xué)關(guān)注的焦點。

但徐震原和團隊成員查閱文獻時發(fā)現(xiàn),文獻中所提到的“界面蒸發(fā)”在真正應(yīng)用于海水淡化實驗時,效率并不高。他們分析,其中的原因就在于沒有對冷凝熱加以利用。

當(dāng)氣體凝結(jié)為液體時,釋放出的熱量便被稱為冷凝熱。在傳統(tǒng)的界面太陽能蒸汽冷凝過程中,其蒸汽焓被釋放到環(huán)境中。

“回收蒸汽焓是進一步提升能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。”徐震原解釋說,盡管太陽能界面蒸發(fā)效率很高,但如果對蒸汽焓不加以利用,太陽能—蒸汽轉(zhuǎn)化效率上限僅為100%。

全局熱能傳遞達到超高效

“全局傳熱傳質(zhì)優(yōu)化是達到超高效太陽能海水淡化的關(guān)鍵?!闭撐耐ㄓ嵶髡咄跞缰癖硎?。

通俗來講,全局傳熱傳質(zhì)就是將每一階段海水冷凝過程中丟失的熱量作為驅(qū)動下一階段蒸餾過程的熱源,讓每一階段都充分利用前一階段所釋放的熱量。

那么,技術(shù)上如何實現(xiàn)?研究人員猜想,如果把太陽能界面蒸發(fā)和多級冷凝熱回收結(jié)合起來,肯定能有效果。但如何在小型系統(tǒng)裝置里實現(xiàn)二者的有效結(jié)合,是個難題。

經(jīng)過反復(fù)討論和改良實驗,研究人員最終設(shè)計出一個局部加熱型多級太陽能蒸餾系統(tǒng)。第一層裝置將吸收的太陽能高效轉(zhuǎn)換為熱能,并用于海水蒸發(fā),蒸發(fā)過程產(chǎn)生的水蒸汽在冷凝薄板上凝結(jié)為淡水。而在后續(xù)多級裝置中,前一級冷凝過程釋放的熱量作為熱源傳至下一層級,驅(qū)動蒸餾過程并獲得淡水,其中最后一級冷凝產(chǎn)生的熱能(冷凝熱)將排放到海水中。

與傳統(tǒng)冷凝裝置系統(tǒng)不同,這一多級太陽能蒸餾設(shè)置因在太陽能吸收層兩側(cè)增加氣凝膠和吸液芯,可防止吸收層的熱量通過輻射、對流和導(dǎo)熱形式向外泄露,同時保證海水連續(xù)蒸發(fā)。

“這一新方法意義重大?!泵绹鴦趥愃共死麌覍嶒炇腋敝魅巍⒓又荽髮W(xué)伯克利分校機械工程系教授拉維·普拉希爾表示,太陽能蒸餾海水淡化面臨的挑戰(zhàn)之一,是由于冷凝過程中大量能量的損失,導(dǎo)致海水淡化效率低下。而通過有效地收集冷凝熱,太陽能蒸汽的整體效率可大幅提高。

“由于該結(jié)構(gòu)在‘太陽能—蒸汽轉(zhuǎn)換’和‘蒸汽—水轉(zhuǎn)換’環(huán)節(jié)提升系統(tǒng)效率,且二者對系統(tǒng)性能的提升是相乘關(guān)系,因此,太陽能海水淡化整體效率可以得到顯著提升。”徐震原說。

值得一提的是,模型顯示增加級數(shù)對于整體效率的提升始終有效,但該效果隨著級數(shù)的增加迅速衰減。研究人員綜合考慮高效率、抗污染性、經(jīng)濟性和可攜帶性等多方面因素,最終將局部加熱型多級太陽能蒸餾系統(tǒng)設(shè)制成為一個10級結(jié)構(gòu)、蒸發(fā)—冷凝間距為5毫米的系統(tǒng)。

便攜小型“隨處可用”

研究人員希望缺乏基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)或電網(wǎng)供應(yīng),且淡水資源短缺的沿海區(qū)域的人們,也可以享受到海水淡化技術(shù)的福利。

徐震原的愿景是,“只要有太陽能和海水,隨時隨地都能用”。

為此,局部加熱型多級太陽能蒸餾系統(tǒng)示范裝置在設(shè)計時注重便攜化和小型化,由現(xiàn)成的廉價材料所搭建,包括玻璃蓋板、鋁片、紙巾和尼龍框架等。比如,將紙巾作為毛細多孔蒸發(fā)器,其成本低,還具有豐富的纖維素、纖維微孔結(jié)構(gòu)。

“以往其他的被動式太陽能海水淡化系統(tǒng),太陽能吸收器和吸水器件都是獨立的部件,它們的材料既專業(yè)化又昂貴?!蓖跞缰癖硎?,在這一系統(tǒng)中,將光熱轉(zhuǎn)換、絕熱和毛細補水功能分層實現(xiàn),在實現(xiàn)高效太陽能蒸發(fā)的同時降低了對蒸發(fā)器多性能耦合的要求,提升了材料選取的靈活性,并降低成本。

“我們設(shè)計的裝置適用于各種材料,可根據(jù)實際情況和條件進一步優(yōu)化?!?王如竹對記者說。

對于太陽能海水淡化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,徐震原表示,應(yīng)當(dāng)根據(jù)集中式或分散式的應(yīng)用分別考慮。目前用于集中式海水淡化的技術(shù)已經(jīng)比較成熟且效率較高。而對于分散式海水淡化,當(dāng)?shù)氐幕芰Σ⒉粡?,或者需要頻繁移動,需要考慮的便是便攜性和純被動運行,原有的高效技術(shù)無法應(yīng)用,需要更便攜式的海水淡化技術(shù)。

根據(jù)預(yù)測,局部加熱型多級太陽能蒸餾系統(tǒng)可將被動式太陽能海水淡化的效率提高至700%或800%。

但在徐震原看來,在追求更高效率的同時,如何實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行是將該成果推向?qū)嵱没钠款i。其中,結(jié)鹽和結(jié)垢是在海水淡化中影響蒸發(fā)器長效穩(wěn)定的重要因素。“探索兼具太陽能高效蒸發(fā)和長期防結(jié)鹽的新設(shè)計也在我們的研究計劃中。”他說。


原標(biāo)題:層層傳“熱”:海水淡化效率倍增


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