利用液化天然气冷能的海水淡化技术研究

【摘要】： LNG的温度很低,含有宝贵低温冷能,所以在其气化时,有很多冷量可以利用,目前,国内外对LNG冷能利用的研究越来越多,有低温发电,冷库,空调,空分,低温粉碎,相变储能等方面。淡水是人类的生存资源,淡水的缺乏已经越来越严重,海水淡化技术受到了广泛的重视,具体分为蒸馏法,膜法和冷冻法三种,其中冷冻法海水淡化技术是需要冷能来使得海水结晶的,由此考虑把LNG冷能和冷冻法海水淡化相结合起来,形成了本论文“利用液化天然气冷能的海水淡化技术与装置的研究开发”。通过理论分析和实验研究,设计的海水淡化装置,实现了节能减排的目标。本文着重进行以下几方面的理论和实验研究,取得了一定的进展和成果。 (1)选择了三种海水淡化冷冻法进行比选,即直接接触法,真空法和间接法。经过计算分析,得出直接接触法传热效率高,设备尺寸小,不消耗额外的电能,但其结晶过程复杂,技术成熟度低,缺乏基础研究理论知识。真空法是热质交换过程,所需LNG流量较少,但真空泵耗能较大,真空条件难以控制,技术成熟度较低。间接冷冻法技术较为成熟,操作比较简单,有借鉴的成熟产品。所以本实验选用间接冷冻方式来设计样机。 (2)对中间冷媒进行比选,使得冷媒要满足低温条件下运行,也要满足具体实验的要求,最后选择了环保冷媒R410A。同时根据冷媒在运行时是否发生相变而提出了两种方案,通过软件的模拟分析,有相变流程具有流量小,功耗低的特点,最后选择它作为本课题的流程方案。 (3)对海水结晶器(制冰桶)进行比选,分析比较了板冰机和片冰机各自的优缺点,片冰机由于具有传热效率高,能连续使得海水结晶,脱冰过程不需要热源等优势而被选用。对整个实验流程中的关键参数进行模拟计算,给出的换热系数随冰层厚度,冰层厚度随时间的关系图,得出在结晶过程中换热系数一直在减小,冰层生长速度也在慢慢减小。 (4)分别研究了不同冷媒蒸发温度,布水盘喷头数量,海水流量对脱盐效果的影响,实验证明冷媒的蒸发温度越高,喷头数量越多,海水流量越大时,海水形成的冰晶纯度较高,脱盐效果好。本实验装置每消耗1kg液化天然气能获得2kg的冰融水,淡水流量到达了150L/h,充分利用了冷能,达到了节能减排的目标。 【关键词】：LNG 海水淡化 冷冻法 中间冷媒 制冰机
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P747
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 符号表10-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 液化天然气冷能14-15
• 1.2 冷冻法海水淡化15-18
• 1.2.1 冷媒直接接触冷冻法16
• 1.2.2 真空冷冻法16-18
• 1.2.3 间接冷冻法18
• 1.3 利用LNG 进行冷冻法海水淡化18-20
• 1.4 研究内容和目标20-21
• 第二章 海水淡化方案21-40
• 2.1 LNG 冷能利用的海水淡化方法比选21-31
• 2.1.1 冷媒直接接触冷冻法21-26
• 2.1.2 真空冷冻法26-27
• 2.1.3 间接冷冻法27-30
• 2.1.4 海水淡化方法比选30-31
• 2.2 中间冷媒的比选31-34
• 2.2.1 无机物31-32
• 2.2.2 单工质氟利昂32-33
• 2.2.3 碳氢化合物33
• 2.2.4 氟利昂混合制冷剂33-34
• 2.3 冷媒循环流程的比选34-37
• 2.4 结晶器选择37-40
• 2.4.1 管冰机37-38
• 2.4.2 片冰机38
• 2.4.3 管冰机与片冰机比较38-40
• 第三章 间接冷冻法海水淡化试验样机的设计分析40-53
• 3.1 海水结晶40-41
• 3.2 实验样机设计41-42
• 3.3 实验基准参数42-44
• 3.4 片冰机结冰传热分析44-49
• 3.4.1 制冰桶换热系数45-47
• 3.4.2 冰层生长速度47-49
• 3.5 主要辅助设备选型与样机制造49-53
• 3.5.1 液氮储罐选型49-50
• 3.5.2 R410A-液氮换热器选型50-51
• 3.5.3 试验样机制造51-53
• 第四章 海水淡化实验介绍及研究分析53-68
• 4.1 实验操作53-54
• 4.1.1 启动顺序53-54
• 4.1.2 停机顺序54
• 4.2 测试参数54
• 4.3 海水淡化实验研究及分析54-64
• 4.3.1 不同冷媒蒸发温度对冰融水浓度的影响55-58
• 4.3.2 布水盘的喷头数量对冰融水浓度的影响58-59
• 4.3.3 进入制冰机的海水流量对冰融水比重的影响59-61
• 4.3.4 测试冷能利用率，冰融水的流量以及洗涤前后浓度61-64
• 4.4 整套装置全流程试验64-68
• 4.4.1 前处理65-66
• 4.4.2 中间处理（冷冻脱盐）66-67
• 4.4.3 后处理67-68
• 第五章 总结68-71
• 5.1 总结68-70
• 5.2 存在问题70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 攻读学位期间发表的学术论文目录75-78

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