多效蒸发系统热力学优化研究

在计入溶液沸点升高（温差损失）这一重要因素的前提下，以系统最小总传热损失为热力学优化目标函数，得出多效蒸发系统的最佳参数及相应的传热面积和生蒸汽量。经实例验证，优化效益显著。     

混流多效蒸发系统的过程模拟

对结构和参数未确定的混流多效蒸发系统，进行了研究分析，建立了混流多效蒸发系统的数学模型，用Ｔｕｒｂｏ ＢＡＳＩＣ语言实现了过程模拟，为优化设计混流多效蒸发系统奠定了一定的基础，采用单元迭代计算，计算速度快。     

核供热堆海水淡化系统的热工水力学特性

针对与低温核供热堆相耦合的竖管多效蒸发海水淡化系统 ,建立了物理数学模型 ,探讨该系统的热工水力学特性。采用等温差和分段等面积两种温差分配方案对系统进行设计。分析了系统各效的蒸发器和预热器面积、平均换热系数以及淡水产量等随效数的变化规律。结果表明 ,经过适当的温差调整 ,两种方案下产水比都可以达到 2 0以上 ,但等面积温差分配设计方案在系统的建设上将更具优势。本工作可以为大型竖管多效蒸发海水淡化系统的设计提供理论指导和基础数据     

平流热压缩多效蒸发浓缩高含盐废水的热性能分析

基于系统的物料和能量平衡,建立了蒸汽热力压缩器与平流多效蒸发器耦合技术(PP MED-TVC)浓缩石化企业含盐废水的热力计算模型.分析了效数对平流多效蒸发(PF MED)性能的影响,比较了四种不同进料方式MED的热性能,并对TVC最优抽汽位置进行了优化.结果表明,效数对系统的热力性能有显著影响;通过对四种MED系统的比较,TVC的加入能显著提高系统的造水比(GOR)和降低蒸发器总换热面积;根据GOR和蒸发器总换热面积,设置最优的TVC抽汽位置,MED-TVC的性能可有很大的提高.     

水电联产低温多效蒸发海水淡化系统优化研究

在对带有冷凝水闪蒸和海水预热的低温多效蒸发海水淡化系统进行物料和热量衡算的基础上,建立了相应海水淡化系统并叉流流程下水电联产系统优化的数学模型.该模型以单位产量淡水成本最小为优化目标,利用Matlab工具箱编制了求解程序,对水电联产系统数学优化模型进行了求解,分析了效数、加热蒸汽流量和系统规模对单位产量淡水成本的影响,并将水电联产优化设计、水电联产等温差设计和无水电联产等温差设计3种方案下的单位产量淡水成本进行了比较.计算结果表明:参数相同情况下,水电联产优化设计和无水电联产等温差设计相比,最大可节约淡水成本87.54%.水电联产低温多效蒸发是降低海水淡化成本的有效途径.     

喷雾蒸发-低温多效蒸馏集成海水淡化系统设计

为了解决目前海水淡化过程中副产高浓度盐水的排放污染问题,设计了喷雾蒸发-低温多效蒸馏集成海水淡化系统。首先建立了进料流量为1kg/s的五效顺流系统相应工艺流程的数学模型,并对其进行了热力和结垢分析,确定了抽汽比例为20%条件下集成系统的运行工况参数;然后基于单个纯水液滴在干空气中的蒸发运动轨迹计算,完成了喷雾蒸发室的初步结构设计;最终采用FLUENT软件对该喷雾蒸发过程进行了非稳态数值模拟,并对粒子停留时间以及蒸发效率进行了分析。结果表明:该套系统必须采用抽汽方式才能有效避免末效结垢情况的发生,喷雾蒸发室内的热质传递在35s左右进入稳态,稳定时物料蒸发效率可以达到82.2%,基本达到了设计初衷。该系统可有效解决浓盐水的排放难题。     

低温多效海水淡化系统的Aspen Plus模拟

应用Aspen Plus软件,模拟低温多效蒸发海水淡化系统的操作单元,建立完整的系统模型,并对模型进行分析.用法国SIDEM公司的四效低温多效海水淡化系统,对建立模拟系统的可信性进行验证.     

有固相析出的多效两段蒸发 系统模型与过程模拟

建立了带有冷凝水闪蒸的有固相析出的多效两段蒸发系统的常规设计数学模型,模型将系统的相平衡关系用回归式表达,使模型可以用计算机编程求解,避免了手工计算结合查相图的烦琐的计算过程;利用矩阵方程具有结构清晰和高度模块化的特点,将系统的物料衡算和热量衡算方程组写成矩阵方程的形式,只要保留或舍弃矩阵方程中的相关块矩阵,模型就能代表没有冷凝水闪蒸或没有固相析出的多效两段蒸发系统常规设计模型;采用迭代法结合矩阵法来求解模型,算例表明,冷凝水闪蒸对多效两段蒸发系统是有效的节能措施,算法收敛速度快、收敛稳定性好。     

多效蒸发系统能源消耗的分析计算

应用热平衡理论，导出并建立了多效蒸发能耗的计算方程，对编制计算程序提供了方便。     

氧化铝生产蒸发工序能耗分析

为降低氧化铝生产蒸发工序的能耗,对测试结果误差进行修正;应用热分析和(煳)分析方法研究四效蒸发器-三级闪蒸器系统的用能状况.研究结果表明:蒸发系统的热效率仅为15.39％,其中Ⅳ效蒸发器的热效率仅为7.23％,其他单元热效率较高;Ⅳ效蒸发器的热损失主要是外排的冷凝水和乏汽带走大量的热所致;蒸发系统的(炯)效率仅为19.51％,其中各效蒸发器的(炯)效率均较低而(炯)损失率均较高,是提高系统(炯)效率的关键因素,因此,应加强乏汽和冷凝水的余热回收利用,并优化或改进蒸发器的操作参数和预热器使用方式.     

机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统优化设计

为使机械蒸汽再压缩(MVR)并联双效蒸发结晶系统在满足生产要求的同时性能达到最优,提出基于强度Pareto进化算法2(SPEA2)的系统优化设计方法,进一步挖掘系统的节能潜力。对于既定的系统工艺流程,通过分析操作变量对系统性能的影响规律,建立了优化问题的数学模型,并加以质量和能量平衡的约束条件;以系统总功耗最低和总换热面积最小为优化目标,利用SPEA2多目标进化算法对操作变量取值进行寻优计算,在模糊集合理论支撑下得到蒸发温度和压缩温升的最优组合解。结果表明:在相同设计任务条件下,系统总功耗降低了22.1 kW,总换热面积减少了31.2 m~2,效能系数值提高7.94%,效率提升5.91%,损失减小38.4 kW,说明采用基于SPEA2算法的优化设计方法,能够提高机械蒸汽再压缩并联双效蒸发结晶系统的能量利用率及热力学完善程度。     

机械蒸汽压缩并流进料多效蒸发系统能耗计算分析

建立了并流进料机械蒸汽压缩(MVC)多效蒸发(MEE)系统自平衡循环的热力过程模型,分析了并流进料MVC-MEE系统中蒸发器效数、多效蒸发系统总温差、末效蒸发器二次蒸汽温度和MVC等熵效率对系统比功耗(w_(spc))的影响.计算结果显示:w_(spc)随系统总温差的增大而增加,蒸发器效数越少,w_(spc)增加的速率越大;蒸发器效数较多时,w_(spc)的增加速率随系统总温差的增大而提高.在系统总温差一定时,w_(spc)随蒸发器效数增加而明显降低,但随着蒸发器效数的增加,w_(spc)的减小幅度降低.在蒸发器效数一定时,w_(spc)随末效蒸发器二次蒸汽温度的升高略有降低,其影响随着蒸发器效数的增加而减小.在系统总温差一定时,w_(spc)随MVC等熵效率的增加而降低,在系统总温差较大时,MVC等熵效率对w_(spc)的影响更显著.     

复杂并流多效蒸发系统的数学模型与矩阵解法

建立了有冷凝水闪蒸和额外蒸汽引出的复杂并流多效蒸发系统的数学模型, 常规并流多效蒸发模型只是该模型的一个特例。提出一种新算法--迭代法结合矩阵法求解模型并给出算法框图。算例表明新算法比常用的牛顿迭代法和Broyden法效率更高,具有对初值要求不高、收敛稳定性好、收敛速度快等优点。对三效并流蒸发蔗糖水溶液系统,采用冷凝水闪蒸和引出额外蒸汽将原料液从26.7 ℃预热至90 ℃,约可节省16%的加热生蒸汽,节能效果显著。     

双塔竖直蒸发管高温多效蒸发海水淡化实验系统

低温核供热堆与高温竖直蒸发管多效蒸发(VTE-MED)耦合的方案,是国际原子能机构推荐的核能海水淡化优选方案之一。在清华大学核能技术设计研究院建立了双塔VTE-MED实验系统,其最高设计咸水温度为120℃,原料海水循环流量为3300kg/h,3效的产水量约180kg/h。该文介绍了海水蒸发器、预热器、终端冷凝器、海水箱等系统主要设备及海水淡化蒸发工艺流程。针对实验系统的运行稳定性实验研究,表明这一实验系统已能建立起稳定的工作状态,可利用该系统在真实流动参数下,进行诸如多孔孔板节流特性关键技术的热态实验研究及蒸发工艺流程等实验研究。     

聚能式多效太阳能海水淡化系统性能研究

提出了一种聚能式多效太阳能海水淡化系统,利用太阳能加热海水至蒸发沸腾以达到淡化海水的目的,同时采用多效结构,利用了蒸汽凝结时的冷凝潜热,提高能量利用效率.在典型冬季晴朗天气条件下运行,系统全天淡水产量为10.79 L,集热效率最高达到35％.     

并流多效蒸发系统的计算机辅助计算

建立了带有冷凝水闪蒸和额外蒸汽引出的并流多效蒸发系统工艺计算的数学模型 ,用计算机辅助计算方法求解 .算法用VisualBasic 5 .0编程实现 .算例表明 ,计算方法快速、准确 ,对四效并流蒸发蔗糖水溶液系统 ,引出额外蒸汽将原料液从 2 6 .7℃预热到 6 0℃进料并利用冷凝水闪蒸可节省加热蒸汽约 11% .     

有固相析出的逆流多效蒸发系统的新设计方法

提出了有固相析出的逆流多效蒸发系统常规设计的一种新方法,将系统的相平衡关系用回归式表达,使模型可以编程用计算机求解;将系统的物料衡算和热量衡算方程组写成矩阵方程的形式,采用迭代法结合矩阵法求解.在常规设计新方法的基础上,提出了系统的优化设计方法,以系统的年总费用最小为优化目标,以生蒸汽压力、冷凝器真空度及各效有效传热温差为决策变量,采用复合形法结合拉格朗日乘子法求最优解.算例表明,生蒸汽压力、冷凝器真空度对优化结果影响显著,优化设计比常规设计可节省年总费用9%左右.算法收敛速度快、收敛稳定性好.     

逆流多效蒸发淡碱浓缩工艺节能技术研究

建立了带有冷凝水闪蒸和溶液闪蒸等节能措施的逆流多效蒸发淡碱浓缩系统优化设计的数学模型.以系统的年总费用最小为优化目标,以生蒸汽温度、冷凝器中二次蒸汽温度及各效有效传热温度差为决策变量,提出一种新算法———遗传算法结合拉格朗日乘子法、矩阵法、迭代法求最优解.算例表明:采用冷凝水闪蒸和溶液闪蒸是有效的节能技术,生蒸汽温度、冷凝器中二次蒸汽温度对优化结果影响显著,优化设计比常规设计可节省年总费用20.1%左右.新算法对初值要求不高,能快速稳定地收敛于全局最优.     

降膜蒸发多效回热型太阳能海水淡化装置的测试与分析

对利用太阳能驱动的横管降膜蒸发多效回热型海水淡化装置进行了实际天气条件下的动态测试.对影响产水率的主要因素作了探索与分析,给出了合理的取值范围.实验结果证明,由于采用了多效回热以及其他强化系统产水性能的措施,使系统的产水效率比传统的盘式太阳能蒸馏器提高了近2.5倍.     

四效逆流降膜蒸发系统的建模与故障仿真

针对氧化铝生产蒸发过程难以控制、故障数据难以采集的现象,根据热力学的基本原理,利用奥秘仿真系统,用高保真的模型元件通过模块化的方法建立四效逆流降膜蒸发加三级闪蒸的氧化铝生产蒸发过程模型。根据氧化铝蒸发系统的特点,将模型分为4个蒸发器模块、3个预热器模块和3个闪蒸器模块。为了体现系统的中间过程,模型中把蒸发器模块分为蒸汽单元和物料单元。通过软件中模型计算和仿真验证模型的有效性,与氧化铝蒸发过程实际测量值相比较,证明模型能够很好地反映氧化铝蒸发的动态生产过程。此外,模型还设置一些实际过程中常发生的故障。研究结果表明:通过数据分析发现故障仿真结果与理论结果相符合,为故障检测和优化控制系统奠定了基础。