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  太阳能海水淡化技术  
 
发布时间:2015-9-25 16:51:21         
  
                                         太阳能海水淡化技术
 
    太阳能海水淡化技术无污染、低能耗、生产规模可有机组合,是有效解决淡水危机。太阳能海水淡化系统与现有海水淡化利用项目相比有许多新特点:首先是可独立运行,不受蒸汽、电力等条件限制,无污染、低能耗,运行安全稳定可靠,不消耗石油天然气煤炭等常规能源,对能源紧缺、环保要求高的地区有很大应用价值;其次是生产规模可有机组合,适应性好,投资相对较少,产水成本低,具备淡水供应市场的竞争力。
 
    人类早期利用太阳能进行海水淡化,主要是利用太阳能进行蒸馏,所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。馏系统被动式太阳能蒸馏系统的例子就是盘式太阳能蒸馏器,人们对它的应用有了近150年的历史。由于它结构简单、取材方便,至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比,太阳能具有安全、环保等优点,将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。
 
          太阳能海水淡化技术 - 技术探索
 
     人类利用太阳能淡化海水,已经有了很长的历史。人类最早有文献记载的太阳能淡化海水的工作,是15世纪由一名阿拉伯炼丹术士实现的。这名炼丹术士使用抛光的大马士革镜进行太阳能蒸馏。世界上第一个大型的太阳能海水淡化装置,是于1874年在智利北部的Las Salinas建造的。它由许多宽1.14米, 长6l米的盘形蒸馏器组合而成,总面积47000米 。在晴天条件下,它每天生产2.3 万升淡水(4.9升/天)。这个系统一直运行了近40年。

     人类早期利用太阳能进行海水淡化,主要是利用太阳能进行蒸馏,所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。早期的太阳能蒸馏器由于水产量低,初期成本高,因而在很长一段时间里受到人们的冷落。第一次世界大战之后,太阳能蒸馏器再次引起了人们极大的兴趣。当时不少新装置被研制出来,比如顶棚式、倾斜幕芯式、倾斜盘式以及充气式太阳能蒸馏器等等,为当时的海上救护以及人民的生活用水解决了很大问题。
 
太阳能海水淡化技术装置
    太阳能海水淡化中以蒸馏法为主。有三种方式:1、被动式太阳能蒸馏系统.如单级或多级颀斜盘式太阳能蒸馏器;回热式、球面聚光式太阳能蒸馏器等。2、主动式太阳能蒸馏系统.有单级或多级附加集热器的盘式、自然或强迫循环式太阳能蒸馏器。3、与常规海水淡化装置相结合的太阳能系统。太阳能可与多数常规海水淡化系统相结合。如利用太阳能发电进行反渗透法或冷冻法进行海水淡化。此外,还有太阳能多级闪蒸、太阳能多级沸腾蒸馏等技术。[1]
 
      太阳能海水淡化技术 - 前景
 
    未来的太阳能海水淡化技术,在近期内将仍以蒸馏方法为主。利用太阳能发电进行海水淡化,虽在技术上没有太大障碍,但在经济上仍不能跟传统海水淡化技术相比拟。比较实际的方法是,在电力缺乏的地区,利用太阳能发电提供一部分电力,为改善太阳能蒸馏系统性能服务。
  
    人们进一步认识到,太阳能海水淡化装置的根本出路应是与常规的现代海水淡化技术紧密结合起来,取之先进的制造工艺和强化传热传质新技术,使之与太阳能的具体特点结合起来,实现优势互补,才能极大地提高太阳能海水淡化装置的经济性,才能为广大用户所接受,也才能进一步推动我国的太阳能海水淡化技术向前发展。 [2]
 
            太阳能海水淡化技术 - 中国情况
 
              发展背景
 
    太阳能是用之不尽、取之不竭的可再生能源,清洁无毒且无环境污染,而缺水干旱的地区,往往都是太阳能资源丰富的地区;在太阳能辐射强烈的季节,也正好是需求淡水最多的季节。因此,利用太阳能海水淡化不失为一项利国利民并有利于环境的工程。从地理环境上看,中国非常适合发展太阳能海水淡化,因为中国海岸线总长度为3.2万公里,其中大陆海岸线1.8万公里,岛屿海岸线1.4万公里。另外随着全球气候变化,中国缺水的情况越发严重。
 
            技术研究
 
    中国对太阳能海水淡化技术的研究也有较好的基础,在这方面做过较多工作的有中国科学院广州能源研究所和中国科学技术大学等。20世纪80年代初,广州能源研究所即开展了太阳能海水淡化技术的研究,完成了空气饱和式太阳能蒸馏器的试验研究,并于1982年左右在中国嵊泗岛建造厂一个具有数百平方米太阳能采光面积的大规模的海水淡化装置,成为中国第一个实用的太阳能蒸馏系统。接着,中国科学技术大学也进行了一系列的太阳能蒸馏器的研究,并在理论上进行了探讨。对海水浓度、海水中添加染料及装置的几何尺寸等因素对海水蒸发量的影响进行了实验,给出了有益的结果。

    进入20世纪90年代后,天津大学西北工业大学西安交通大学等单位也加入到了太阳能海水淡化技术研究的行列,提出了一系列新颖的太阳能海水淡化装置的实验机型,并对这些机型进行了理论和实验研究。比较有代表意义的有西北工业大学提出的“新型,高效太阳能海水淡化装置”;天津大学提出的“回收潜热的太阳能蒸馏器”;中国科学技术大学提出的“降膜蒸发气流吸附太阳能蒸馏器”等等,使太阳能海水淡化技术有了较大进步。
 
    太阳能海水淡化设备
 
     进入21世纪之后,太阳能海水淡化技术进一步成熟。其中西安交通大学、北京理工大学等提出了 “横管降膜蒸发多效回热的太阳能海水淡化系统”,试制出了多个原理样机,并对样机进行实验测试和理论研究。清华大学等单位在借鉴国外先进经验的基础上,对多级闪蒸技术在太阳能海水淡化领域的应用进行了探索,试制出了样机,并在我国的秦皇岛市建立了主要由太阳能驱动的实际运行系统,取得有益的经验。

    中国太阳能海水淡化技术的研究,走过了近25年的历史,取得了可喜的成绩。综观整个研究过程,基本可分为3个阶段。第一阶段在上世纪整个 80年代至90年代初期。这个阶段是中国太阳能海水淡化技术研究的起步阶段.也是中国太阳能热利用研究的起步阶段。那时,包括太阳能蒸馏器在内的许多太阳能应用技术,如太阳能干燥器、太阳能热水器、太阳能集热器、太阳房以及太阳能聚光器等都吸引了许多科学家进行研究。但由于是起步阶段,所以整个研究都处于较低的水平上,如对太阳能海水淡化技术的研究,基本都集中在单级盘式太阳能蒸馏器上。上面的讨论已经指出,这种蒸馏器具有取材方便、结构简单、无动力部件、建造和维修便利以及可以长期无故障运行等优势,因而受到广大用户的青睐。但这种装置由于其内部海水容量大,因而升温缓慢,致使海水蒸发动力不足,加之整个蒸馏过程中未能回收蒸汽的凝结潜热,所以一般系统的效率都不高, 约在35% 以下。在晴好天气下。每平方米采光面积的产淡水量在3.5—4.0kg 左右。

    第二阶段在20世纪90年代初到90年代末。此阶段上,许多研究者逐步认识到了盘式太阳能蒸馏器的缺陷。在设法减少装置中海水的容量方面,采取了梯级送水、湿布芯送水以及在海水表层加海绵等方式,大大减小了装置中的海水存量,使装置中待蒸发的海水温度得到进一步提高,也使装置更快地有淡水产出,延长了产水时间,提高了装置的产水效率。在回收水蒸汽的凝结潜热方面,实验了多级迭盘式太阳能蒸馏器以及其他回收水蒸汽潜热的太阳能蒸馏器。采取这些措施之后,装置的总效率提高到了约50% 。
20世纪90年代末至现在,对太阳能海水淡化技术的研究进入到了第三个阶段。在总结和分析了第二阶段的研究成果后,人们发现:尽管采取了许多被动强化传热传质措施,如减小装置中海水的容量、多次回收蒸汽的凝结潜热等,仍不能满足用户的要求,即太阳能蒸馏器的经济性仍然不够理想。分析发现,装置内自然对流的传热传质模式是限制装置产水率提高的主要因素。于是研究者纷纷选择了对主动式(加有动力,如水泵或风机等)的太阳能蒸馏器的研究。此期间出现了气流吸附式、多级降膜多效回热式、多级闪蒸式等许多新颖的太阳能海水淡化装置,装置的总效率也有了较大提高,达到80% 左右(包括电能的消耗)。

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