低温多效海水淡化混流效组系统优化与性能分析

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低温多效蒸发海水淡化技术(LT-MED)由于其具有结垢风险低、动力消耗小、产水纯度高、热效率高以及可利用热电厂低品位蒸汽热源等优点,受到学术界广泛关注,成为海水淡化的主流技术之一。目前国内外对LT-MED所研究的流程多为顺流和并流流程,混流效组流程的低温多效蒸发海水淡化系统少有研究,而且从已发表的文献中可以看出混流系统均为单混流点的系统,而理论上混流点的个数不止一个,可以根据系统效数和性能的要求选择多个混流点,来获得更低的制水成本和更好的系统性能。本文建立了单个、多个混流点的混流效组低温多效蒸发海水淡化(LT-MED)数学优化模型,并考虑各种热力损失、物性参数随温度和浓度的变化,建立管内蒸汽冷凝和管外海水蒸发的计算模型,以及带有蒸汽喷射器(TVC)的数学模型。模型中将海水视为盐和水的混合物,其焓值表达为温度的函数,降低优化模型的非线性程度,使其易于收敛。利用GAMS(General Algebraic Modeling System)编程软件编制了LT-MED和LT-MED-TVC的系统优化求解程序,以比传热面积(s A)为优化目标分别分析了单混流点和多混流点的不同工艺流程和参数对系统热力性能的影响,得到最优的系统流程以及TVC最佳引射蒸汽位置,即5+2+2&(3-1)工艺流程。结果表明,在相同操作条件下,多混流点系统的造水比(GOR)与单混流点系统相比提高了12.1%,比传热面积降低了8.4%;具有TVC的混流效组海水淡化系统流程较无TVC的流程造水比提高了43.77%,比传热面积降低8.07%。建立了低温多效蒸发海水淡化的经济分析模型,选取GOR最大、s A最小的多混流点5+2+2&(3-1)的混流工艺流程,通过系统优化计算得到造水成本最低为6.71元/m3,且投资成本TCC为7.103×107元,年运营成本AOC为1.367×107元,年运营成本AOC中蒸汽成本OCst占据主要比例。本文运用GAMS软件所建立的模型,其模拟结果与文献和实际工况中相关数据吻合良好,可为低温多效蒸发海水淡化系统工程化设计及发展应用提供理论指导与技术支持。
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