第２７卷第５期

２００６年５月

太阳能学报

ＡＣＴＡ ＥＮＥＲＧｌＡＥ

ＳＯＬＡＲ玲ＳＩＭＣＡ

Ｖ０１．２７．Ｎｏ．５

Ｍａｙ，２００６

横管降膜蒸发内系统自平衡多效回热式

太阳能海水淡化装置模拟

郑宏飞１，杨英俊１，陈子乾１’２，何开岩１，李

辉３

（１．北京理工大学机械与车辆工程学院，北京１０００８１；２．广西大学物理科学与技术学院，南宁５３０００４；

３．清华大学热能工程系，北京１０００８４）

摘要：基于降膜蒸发与降膜凝结机理，设计建造了一台具有三效回热性能的太阳能多级蒸馏装置，用电加热水

箱模拟太阳能集热系统，进行了模拟实验。实验结果表明，由于在本蒸馏系统中采用了横管降膜蒸发及降膜凝结

技术，使其中大部分的蒸汽潜热及部分盐水的显热得到了多次重复利用，因而系统有较高的性能系数。在供热水

温度为７５℃、系统内部压力为１５ｋＰａ时，性能系数达到２．０。探索与分析了影响产水率的主要因素，给出了合理的

取值范围。

关键词：太阳能海水淡化；横管降膜蒸发；内系统自平衡

中图分类号：Ｐ７４７＋．１４

文献标识码：Ａ

０

引

言

与传统海水淡化技术相结合，是太阳能海水淡

化技术的发展方向。传统工业化海水淡化技术中，

有相对成熟的方案、措施、材料和管理经验。而在现

有的太阳能海水淡化技术中，能量的利用效率以及

单位集热器采光面积的产水率都不是很高，单位能

耗的产水率更是远低于传统工业化海水淡化装置，

在规模化和产业化方面也存在极大的困难ｕ

Ｊ。

传统工业化海水淡化技术的运行原理大致可分

为两类：①相变过程，包括有多级闪蒸（ＭＳＦ：ＭＵｄｔｉ—

ｓｔａｇｅ

ｎａｓｈ）、多效沸腾（ＭＥ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ一胡＆ｔ ｂｏｉｌｉｎｇ）和蒸

汽压缩（ｖｃ：Ｖａｐｏｕｒ

ｃ唧ｒｅｓｓｉｏｎ）等过程；②渗析过

程，主要有反渗透膜法（Ｒｏ：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏ锄ｏｓｉｓ）和电渗

析法（ＥＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｌｉａｌｖｓｉｓ）等过程。相变过程最显著的

优势就是能够重复利用蒸发与冷凝过程的潜热，使

之在预热进人装置海水的同时，冷凝部分蒸汽成为

产品淡水。由于现阶段太阳能发电的成本相当高，

利用太阳能发电供渗析过程进行海水淡化并不经

济，因此太阳能与传统工业化海水淡化技术相结合

仍主要集中在相变过程。

本文在充分认识降膜蒸发和降膜凝结的传统优

收稿日期：２００４明一１５

势的基础上，吸收传统工业化海水淡化技术中有利

于太阳能利用的方面，创新设计了一组具有多效回

热并能实现系统内部自平衡的太阳能海水淡化系

统［２“］。为了尽快地了解该系统的性能，用电加热系

统代替太阳能供热系统对之进行了稳态模拟研究。

１

降膜蒸发与降膜凝结的机理

水平管（横管）降膜蒸发过程如图１所示。它是

近年发展起来的一项淡化海水的新技术，因为管壁

内外两侧均有相变发生，同时传热管外侧液体的膜

状流动有利于蒸汽与液相尽快分离，所以其换热系

数较高。一般认为，对光滑管而言，水平管降膜蒸发

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图ｌ横管降膜蒸发示意图

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