重工与起重技术 HEAVY INDUSTRIAL HOISTING MACH iNer y 低温多效蒸馏法海水淡化技术 沿 我国在20世纪80年代末开始研究低重复,每效都产生了相当数量的蒸馏水,到最后一效的 温多效蒸馏法海水淡化技术,初期主要是蒸汽在排热段被海水冷却液冷凝。 技:基础理论研究,到九五”期间天津海水淡 第一效的冷凝液被收集起来,该蒸馏水的一部分 术 化研究所开展双效压汽蒸馏技术研究,在又返回到蒸汽发生器,超过输入的生蒸汽量的部分流 低温多效和压汽蒸馏方面取得了突破性进到一系列特殊容器的首个容器中,每一个容器都连 展,全面掌握了低温多效和压汽蒸馏淡化接到下一低温效的冷凝侧。这样使一部分蒸馏水产生 的关键技术,并且达到国际先进水平。在设闪蒸并使剩余的产品水冷却下来,同时把热量传给热 备的效间联接、防蚀保护和材料选择等方面取得了成回收效的主体中去。 如此产品水呈阶梯状流动并被逐级闪蒸冷却。放 蒸馏法海水淡化技术是最早投入工业化应用的淡出的热量提高了系统的总效率,被冷却的蒸馏水最后 化技术,与膜法海水淡化技术相比,蒸馏法具有可利用用产品水泵抽出并输入到储液罐中 电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、 这样生产出的产品水是完全的纯水,它不含任何 装置的生产能力大等优点,是当前海水淡化的主流技污染物,平均含盐量小于20ppm。如果安装两级捕沫 术,占海水淡化技术总市场份额的57%以上。从优化网,产品水盐含量可小于5ppm。 能源和资源配置的战略高度来看,利用沿海电厂余热 像蒸馏水一样,浓缩海水从第一效呈阶梯状流入 或核能等其他能源推广蒸馏法海水淡化技术,对于解系列的浓盐水闪蒸罐中,闪蒸冷却以回收其热量。经 决我国特别是沿海经济发达地区水资源危机,保障沿过冷却之后,浓盐水经浓盐水泵打入大海。 海经济可持续发展具有十分重要的现实与长远意义。 不凝性气体从每一根冷凝管中抽出,并从一效流到 1低温多效蒸馏淡化技术的概念 另一效。这些不凝性气体最后在排热冷凝器的最冷端富 低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度集,并用蒸汽喷射器或机械式真空泵抽出。 低于70℃的淡化技术,其特征是将一系列的水平管喷 3.低温多效蒸馏淡化技术优点及其发展趋势 淋降膜蒸发器串联起来,用一定量的蒸汽输入通过多 低温多效海水淡化技术完成了蒸馏装置从单效到 次的蒸发和冷凝,后面一效的蒸发温度均低于前面一多效的技术接口问题,解决了蒸发器管板与蒸发管的 效,从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程 弹性连接问题,筛选出廉价的耐海水腐蚀的防腐涂料 2.低温多效蒸馏淡化技术的流程 并建立了蒸馏法淡化的模拟实验装置,已经取得了具 进料海水在排热冷凝器中被预热和脱气,之后被有自主知识产权的科研成果。与多级闪蒸和传统的多 分成两股物流。一股物流作为冷凝液排弃并排回大海,效蒸发不同,低温多效技术有以下优点 另外一股物流变成蒸馏过程的进料液 )由于操作温度低,完全避免或减缓了设备的腐 料液经加入阻垢分散剂之后被引入到热回收段各蚀和结垢 效温度最低的一组中。喷淋系统把料液喷淋分布到各 (②)进料海水的预处理更为简单。系统低温操作带 蒸发器中的顶排管上,在沿顶排管向下以薄膜形式自来的另一好处是大大地简化了海水的预处理过程。海 由流动的过程中,一部分海水由于吸收了在蒸发器内水进入低温多效装置之前只需经过筛网过滤和加入 冷凝蒸汽的潜热而汽化。被轻微浓缩的剩余料液用泵5ppm左右的阻垢剂即可,而不像多级闪蒸那样必须进 打入到蒸发器的下一组中,该组的操作温度要比上 行加酸脱气处理 组高一些,在新的组中又重复了蒸发和喷淋过程。剩余 3)系统的操作弹性大。在高峰期,该淡化系统可 的料液接着往前打,直到最后在温度最高的效组中以以提供设计值110%的产品水;而在低谷期,该淡化系 浓缩液的形式离开该效组 统可以稳定地提供额定值40%的产品水 生蒸汽输入到温度最高一效的蒸发管内部,在管内 4)系统的动力消耗小。低温多效系统用于输送液 发生冷凝的同时,管外也产生了与冷凝量基本相同的蒸体的动力消耗很低,可降低淡化水的制水成本 发。产生的二次蒸汽在穿过浓盐水液滴分离器以保证蒸 5)系统的热效率高。30℃的温差即可安排12以 馏水的纯度之后,又引入到下一效的传热管内,第二效上的传热效数,从而达到10左右的造水比 的操作温度和压力要略低于第一效。 (6)系统的操作安全可靠。在低温多效系统中,发 这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效一直生的是管内蒸汽冷凝而管外液膜蒸发,下转第21页 o1994-2008ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net-31
我国在 20 世纪80 年代末开始研究低 温多效蒸馏法海水淡化技术, 初期主要是 基础理论研究, 到“ 九五”期间天津海水淡 化研究所开展双效压汽蒸馏技术研究, 在 低温多效和压汽蒸馏方面取得了突破性进 展, 全面掌握了低温多效和压汽蒸馏淡化 的关键技术, 并且达到国际先进水平。在设 备的效间联接、防蚀保护和材料选择等方面取得了成 果。 蒸馏法海水淡化技术是最早投入工业化应用的淡 化技术, 与膜法海水淡化技术相比, 蒸馏法具有可利用 电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、 装置的生产能力大等优点, 是当前海水淡化的主流技 术, 占海水淡化技术总市场份额的 57%以上。从优化 能源和资源配置的战略高度来看, 利用沿海电厂余热 或核能等其他能源推广蒸馏法海水淡化技术, 对于解 决我国特别是沿海经济发达地区水资源危机, 保障沿 海经济可持续发展具有十分重要的现实与长远意义。 1.低温多效蒸馏淡化技术的概念 低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度 低于 70℃的淡化技术, 其特征是将一系列的水平管喷 淋降膜蒸发器串联起来, 用一定量的蒸汽输入通过多 次的蒸发和冷凝, 后面一效的蒸发温度均低于前面一 效, 从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。 2.低温多效蒸馏淡化技术的流程 进料海水在排热冷凝器中被预热和脱气, 之后被 分成两股物流。一股物流作为冷凝液排弃并排回大海, 另外一股物流变成蒸馏过程的进料液。 料液经加入阻垢分散剂之后被引入到热回收段各 效温度最低的一组中。喷淋系统把料液喷淋分布到各 蒸发器中的顶排管上, 在沿顶排管向下以薄膜形式自 由流动的过程中, 一部分海水由于吸收了在蒸发器内 冷凝蒸汽的潜热而汽化。被轻微浓缩的剩余料液用泵 打入到蒸发器的下一组中, 该组的操作温度要比上一 组高一些, 在新的组中又重复了蒸发和喷淋过程。剩余 的料液接着往前打, 直到最后在温度最高的效组中以 浓缩液的形式离开该效组。 生蒸汽输入到温度最高一效的蒸发管内部, 在管内 发生冷凝的同时, 管外也产生了与冷凝量基本相同的蒸 发。产生的二次蒸汽在穿过浓盐水液滴分离器以保证蒸 馏水的纯度之后, 又引入到下一效的传热管内, 第二效 的操作温度和压力要略低于第一效。 这种蒸发和冷凝过程沿着一串蒸发器的各效一直 重复, 每效都产生了相当数量的蒸馏水, 到最后一效的 蒸汽在排热段被海水冷却液冷凝。 第一效的冷凝液被收集起来, 该蒸馏水的一部分 又返回到蒸汽发生器, 超过输入的生蒸汽量的部分流 入到一系列特殊容器的首个容器中, 每一个容器都连 接到下一低温效的冷凝侧。这样使一部分蒸馏水产生 闪蒸并使剩余的产品水冷却下来, 同时把热量传给热 回收效的主体中去。 如此产品水呈阶梯状流动并被逐级闪蒸冷却。放 出的热量提高了系统的总效率, 被冷却的蒸馏水最后 用产品水泵抽出并输入到储液罐中。 这样生产出的产品水是完全的纯水, 它不含任何 污染物, 平均含盐量小于 20ppm。如果安装两级捕沫 网, 产品水盐含量可小于 5ppm。 像蒸馏水一样, 浓缩海水从第一效呈阶梯状流入 一系列的浓盐水闪蒸罐中, 闪蒸冷却以回收其热量。经 过冷却之后, 浓盐水经浓盐水泵打入大海。 不凝性气体从每一根冷凝管中抽出, 并从一效流到 另一效。这些不凝性气体最后在排热冷凝器的最冷端富 集, 并用蒸汽喷射器或机械式真空泵抽出。 3.低温多效蒸馏淡化技术优点及其发展趋势 低温多效海水淡化技术完成了蒸馏装置从单效到 多效的技术接口问题, 解决了蒸发器管板与蒸发管的 弹性连接问题, 筛选出廉价的耐海水腐蚀的防腐涂料, 并建立了蒸馏法淡化的模拟实验装置, 已经取得了具 有自主知识产权的科研成果。与多级闪蒸和传统的多 效蒸发不同, 低温多效技术有以下优点: ( 1) 由于操作温度低, 完全避免或减缓了设备的腐 蚀和结垢; ( 2) 进料海水的预处理更为简单。系统低温操作带 来的另一好处是大大地简化了海水的预处理过程。海 水进入低温多效装置之前只需经过筛网过滤和加入 5ppm 左右的阻垢剂即可, 而不像多级闪蒸那样必须进 行加酸脱气处理; ( 3) 系统的操作弹性大。在高峰期, 该淡化系统可 以提供设计值 110%的产品水; 而在低谷期, 该淡化系 统可以稳定地提供额定值 40%的产品水; ( 4) 系统的动力消耗小。低温多效系统用于输送液 体的动力消耗很低, 可降低淡化水的制水成本; ( 5) 系统的热效率高。30℃的温差即可安排 12 以 上的传热效数, 从而达到 10 左右的造水比; ( 6) 系统的操作安全可靠。在低温多效系统中, 发 生的是管内蒸汽冷凝而管外液膜蒸发, 低温多效蒸馏法海水淡化技术 前 沿 技 术 !!" ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! "!!" ! ! ! ! ! ! ! ! ! " (下转第 21 页) 重工与起重技术 HEAVY INDUSTRIAL & HOISTING MACHINERY - 31-
重工与起重技术 HEAVY INDUSTRIAL HOISTING MACH iNer y 名分析选项 杆刚体的操作,如图4所示。逐件选取已经建立的时,可进行运动仿真,C静力分析 齿轮实体创建连杆刚体,并输入有意文的名称,便如图8所示。设置时间°静力力分析 于识别。 及步数,点击确定进行时 连轩体 运动仿真的动态输出。步 探步骤一 可吸多通过设置不同的驱动 回放结果 可以动态输出实际使用[确定[后[取 任何 旋转副 中行星差动减速器三种 图8运动仿真 运行状态的动画描述。至此,行星传动链的运动就以直观 质量性 的方式展现出来 G目动 厂限割 C用户自定义 4结论 利用UG的运动分析模块进行行星减速器的运 运动距动 伍定的 动分析,使用者可以得到行星减速器运动状态的直 厂固定连杆 200.0000 观表述,即明确、有效,又经济、快捷 是示比例 .000 根据不同使用范围和分析目的的需要,使用者 确定C应用取 名称 还可以设置矢量力矩等驱动,对齿轮载荷、齿轮转速 图4创建连杆例体 图5创建运动副 及加速度进行分析;并可与有限元分析模块链接,对 第二步:创建旋转运动副 齿轮进行有限元分析,达到辅助设计的目的 运动副是UG运动仿真中最基本的运动单元 用UG的运动分析模块来分析其他类型的行星 UG运动分析模块提供了8种普通类型的运动副和运动,原理上基本相同,在此不再赘述。 4种特殊类型的运动副,如图5所示。通过这些基本 参考文献 运动单元可以构成复杂的运动。 1.UG运动分析培训教程. U nigraphics Solutions Inc.北 行星运动分析中,以行星架为接地元件,其余元 京:清华大学出版社,2002,9 2.曾向阳,谢国明等编著JUG基础及应用教程,电子工业 件以行星架为基础进行创建。根据需要,创建旋转副 出版社,2003, 时可以设置位移、速度及加速度等运动驱动。 3渐开线齿轮行星传动的设计与制造渐开线齿轮行星 第三步:创建齿轮副 传动的设计与制造编委会北京:机械工业出版社,2002,4 齿轮副可用来模拟一对齿轮,但不能设置驱动 因此,选择两个现有的旋转副创建齿轮副,并定义传Y试浮时时种时时以识”试 1(上接第31页) 动比,如图6所示。 创建齿轮副后,模型中出现虚拟机构。将实体模 即使传热管发生了腐蚀穿孔而泄漏,由于汽侧压力 型隐藏后,虚拟机构如图7所示 大于液膜侧压力,浓盐水绝对不会流到产品水中 虽然低温多效蒸馏法在技术上有许多优点,但 是盐水蒸发温度不能超过70℃也成了该技术进 选择步骤 AA t 步提高热效率的制约因素冷凝和蒸发过程的传热 系数随其操作温度提高而提高,另外由于低温操作 □0 时蒸汽的比容较大,使得设备的体积较大,无形中 显示比例 增加了设备的投入。因此,尽可能地提高低温多效 名称 RingLand 过程的操作温度,使之达到更高的造水比,是近几 确定[应用 年国际海水淡化界努力解决的问题,也是我国今后 海水淡化技术研究和发展的方向 图6创建齿轮副 7模型中的虚拟机构 参考文献 第四步:运动仿真 1.李济英中国水利,2003年 完成齿轮副后,即完成了运动相关的设置,这 2天津海水淡化与综合利用研究所网 o1994-2008ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net-21
(上接第 31 页) 即使传热管发生了腐蚀穿孔而泄漏, 由于汽侧压力 大于液膜侧压力, 浓盐水绝对不会流到产品水中。 虽然低温多效蒸馏法在技术上有许多优点, 但 是盐水蒸发温度不能超过 70℃也成了该技术进一 步提高热效率的制约因素。冷凝和蒸发过程的传热 系数随其操作温度提高而提高, 另外由于低温操作 时蒸汽的比容较大, 使得设备的体积较大, 无形中 增加了设备的投入。因此, 尽可能地提高低温多效 过程的操作温度, 使之达到更高的造水比, 是近几 年国际海水淡化界努力解决的问题, 也是我国今后 海水淡化技术研究和发展的方向。 参考文献 1.李济英.中国水利, 2003 年 2.天津海水淡化与综合利用研究所网 图 8 运动仿真 杆/刚体的操作, 如图 4 所示。逐件选取已经建立的 齿轮实体创建连杆/刚体, 并输入有意文的名称, 便 于识别。 图 4 创建连杆/刚体 图 5 创建运动副 第二步: 创建旋转运动副 运动副是 UG 运动仿真中最基本的运动单元。 UG 运动分析模块提供了 8 种普通类型的运动副和 4 种特殊类型的运动副, 如图 5 所示。通过这些基本 运动单元可以构成复杂的运动。 行星运动分析中, 以行星架为接地元件, 其余元 件以行星架为基础进行创建。根据需要, 创建旋转副 时可以设置位移、速度及加速度等运动驱动。 第三步: 创建齿轮副 齿轮副可用来模拟一对齿轮, 但不能设置驱动。 因此, 选择两个现有的旋转副创建齿轮副, 并定义传 动比, 如图 6 所示。 创建齿轮副后, 模型中出现虚拟机构。将实体模 型隐藏后, 虚拟机构如图 7 所示。 第四步: 运动仿真 完成齿轮副后, 即完成了运动相关的设置, 这 时, 可进行运动仿真, 如图 8 所示。设置时间 及步数, 点击确定进行 运动仿真的动态输出。 通过设置不同的驱动, 可以动态输出实际使用 中行星差动减速器三种 运行状态的动画描述。至此, 行星传动链的运动就以直观 的方式展现出来。 4 结论 利用 UG 的运动分析模块进行行星减速器的运 动分析, 使用者可以得到行星减速器运动状态的直 观表述, 即明确、有效, 又经济、快捷。 根据不同使用范围和分析目的的需要, 使用者 还可以设置矢量力矩等驱动, 对齿轮载荷、齿轮转速 及加速度进行分析; 并可与有限元分析模块链接, 对 齿轮进行有限元分析, 达到辅助设计的目的。 用 UG 的运动分析模块来分析其他类型的行星 运动, 原理上基本相同, 在此不再赘述。 参考文献 1.UG 运动分析培训教程. Unigraphics Solutions Inc. 北 京: 清华大学出版社, 2002, 9 2.曾向阳, 谢国明等编著.UG 基础及应用教程. 电子工业 出版社, 2003, 1 3.渐开线齿轮行星传动的设计与制造.渐开线齿轮行星 传动的设计与制造编委会.北京: 机械工业出版社, 2002, 4 重工与起重技术 HEAVY INDUSTRIAL & HOISTING MACHINERY ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!!!!!!!!!!! 图 6 创建齿轮副 图 7 模型中的虚拟机构 - 21-