低温多效蒸发海水淡化装置中流动阻力对传热温差的影响

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　　摘要：为了确定低温多效蒸发（LT-MED）海水淡化装置中流动阻力对传热温差的影响，基于考虑阻力损失的LT-MED热力过程数学模型，计算了各项流动阻力引起的温差损失在装置各效蒸发/冷凝器中的分布，分析了蒸发/冷凝器数量、平均表观传热温差对阻力引起的传热温差损失的影响。结果表明：平均表观传热温差一定时，每效蒸发/冷凝器内各项阻力随蒸发/冷凝器序列数的增加先减小后增大，相应温差损失逐渐增大；随蒸发/冷凝器数量增加，管内凝结和除沫器流动阻力引起的温差损失所占比例均上升，而管束流动阻力呈下降趋势；装置中阻力引起的传热温差损失比例随蒸发/冷凝器数量增加、平均表观传热温差增大而增大，且相当可观，对装置性能的影响不可忽视。
　　关键词：海水淡化；多效蒸发；流动阻力；传热
　　中图分类号：TK124 文献标志码：A 文章编号：0253-987X（2015）05-0030-06
　　近年来，随着经济发展和人口增长，淡水资源短缺问题已成为制约我国社会经济可持续发展的瓶颈。开发海水淡化技术，向大海要淡水是解决沿海地区水资源短缺的重要途径。目前，商业化的大型海水淡化技术有多种，其中低温多效蒸发海水淡化（LT-MED）技术不仅能与发电厂及核能、太阳能等新能源相耦合，还具有热能利用率高、产水纯度高、工艺运行稳定安全等特点。因此，其市场份额和装机容量增长很快，目前已占世界海水淡化总装机容量的8%以上。
　　水平管降膜蒸发/冷凝器因其在低温、低液体流量、小温差工况下的高传热系数，在LT-MED海水淡化系统中得到了广泛应用。研究发现，不同于一般的换热设备，LT-MED海水淡化系统的表观传热温差一般仅为2～4℃，且装置在真空饱和状态下运行，饱和温度对压力变化非常敏感，流动阻力会引起传热温差的极大改变，因此在对LT-MED海水淡化装置热力过程的分析和设计中，准确认识流动阻力引起的传热温差损失极其重要。迄今已开展了大量关于LT-MED海水淡化系统的热力过程模拟和分析，但对其中阻力的影响考虑不尽相同。例如，Darwish等建立的模型中忽略了装置中存在的各项阻力；Aly建立了并流进料的MED数学模型，假定各效蒸发/冷凝器的传热系数和热力损失相等，忽略了蒸发产物的闪蒸；E1-Dessouky等在为提供MED海水淡化装置内部过程的基础性理解而建立的简化模型中，也假设各效蒸发/冷凝器内阻力损失为常量，其在文献中提出的MED海水淡化系统数学模型，则考虑了蒸汽流经除沫器、效间通道的流动阻力以及在管内冷凝过程产生的压降，但未考虑蒸汽横掠传热管束的压降造成的温差损失，所用关联式并非来自针对MED海水淡化装置的研究。
　　通过对以往文献的回顾可见，对于MED海水淡化装置中流动阻力关注的较少，其对系统性能的影响没有受到重视。本文基于考虑各项阻力损失的LT-MED海水淡化装置数学模型，计算得到了在平均表观传热温差一定时，各项流动阻力及其引起的温差损失在装置各效蒸发/冷凝器中的分布特性，并研究了其随蒸发/冷凝器数量、平均表观传热温差的变化规律，阐述了在大型多效蒸发海水淡化装置中考虑阻力损失的必要性。
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