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万吨级低温多效蒸发海水淡化能量及经济性能模拟分析

2009年第28卷增刊CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·279·

化工进展

马学虎，兰忠，郝婷婷，王四芳

(大连理工大学化学工程研究所，辽宁大连 116012)

摘要：通过VC++编制了海水淡化的模拟工艺程序，模拟分析了蒸发器总效数、首效蒸发器温度、末效蒸发器温度、浓缩比等因素对低温多效蒸发海水淡化工艺的能耗和技术经济的影响，为海水淡化系统的设计和运行提供了参考依据。

关键词：海水淡化；多效蒸发；能量优化

海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。最简单的海水淡化技术，单效海水蒸发，需耗费大量的能量，而低温多效蒸发海水淡化MED技术通过多效对能量的重复利用克服这个缺点[1]。所谓的低温多效蒸发海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度低于70℃的多效蒸发技术。预热的海水依次各效在管外进行降膜蒸发，第一效的加热蒸汽需要外供，第一效海水蒸发产生的蒸汽作为第二效的加热蒸汽加热管外降膜的海水，使海水在较第一效温度低的条件下蒸发，依次进行。产品水则是从第一效开始依次流经各效由淡水泵送出，浓盐水经浓盐水泵排出[2-4]。MED 是海水淡化最主要的方法之一，具有其它淡化方法不可比拟的特点，例如，相变传热，传热系数高；一次通过式的蒸发，动力消耗较少；多效蒸发的弹性很大，负荷范围从100%变化到25%等。

目前，国外海水淡化装置不断向大型化方向发展。如阿联酋Al Taweelah 低温多效蒸馏海水淡化厂，共有14套装置，单套装置日产量达到 1.7×104m3[5]。近年来，已有一些学者用系统工程的观点对多效蒸发系统的热力学优化做了一些有益的探讨。李珊[6]以系统总传热火用损失最小为目标函数，建立了多效蒸发系统热力学优化模型。Fiorini [7]等研究了多级闪蒸海水淡化技术的热经济性。丁涛[8]建立了海水加热和蒸发以及冷凝器海水预热过程的火用损失关系，导出低温多效蒸发过程热力学效率的不可逆温差函数。

本文在编制低温多效海水淡化工艺和优化设计软件的基础上，对万吨级低温多效海水淡化工艺和技术经济进行模拟计算分析和优化对照。

1 低温多效蒸发海水淡化工艺和设备设计软件编制

通过VC++设计编制了多效、低温多效蒸发海水淡化和水净化工艺计算的通用程序，该程序能够计算不同进料状况和工艺组合情况下的工艺和设备设计，得到工艺和设备的设计基础数据。程序界面如图1～图3所示，操作界面友好，参数设置简便。

2 热力性能模拟分析

2.1蒸发器效数及流程的影响

如图4所示，模块表示蒸发器的排列方式。1个模块表示单排蒸发器串联排列；2个模块即为2排

图1 程序设置基本的工艺设备参数

图2 程序设置基本的工艺物流设计参数

化工进展 2009年第28卷

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图3 程序计算出设计结果

1614

12108642

1012 14

蒸发器效数

总淡水造水比

图4 不同模块下总淡水造水比对比分析

蒸发器并行排列，例如效数10效，2个模块为2排蒸发器并联，每排蒸发器效数为5效（记为2×5，下同）。3个、4个模块依此类推。

从图4可以看出，在总蒸发塔效数相同的情况下，蒸发器效数增加，造水比增加。蒸发器效数增加，增加了二次蒸汽被重复使用的次数，系统的淡水产量不变，所以加热蒸汽的消耗量减少，系统的造水比增加。而系统模块数增加，造水比降低。这说明，不是模块数越多系统的热力性能越好，考虑到系统波动的影响，如果使用一个模块，某一蒸发塔损坏或系统出现故障，将会停止生产进行检修。如果使用多模块进行生产，则某一模块出现故障可关闭这一模块进行检修，另一模块可正常生产，减小了设备维修时停产的损失，综合考虑造水比和波动的影响，建议使用2个模块的蒸发器排列方式。 2.2 首效蒸发器温度的影响

从图5可以看出，随首效蒸发器温度升高总造水比增加，提高首效温度，可以增大造水比，但如果操作温度接近100 ℃，碳酸钙和硫酸钙等盐类很容易沉淀，且难以清洗，考虑到70 ℃以下无机盐

的结垢不是很明显，而且随着首效蒸发器温度升高，低温热源的有效传热温差减小，需求的热源流量也有将增加。所以，需要优化选择一个合理的首效蒸发器温度，使系统的造水比相对较高，热源流量也相对较小，同时也能有效控制设备腐蚀结垢问题。

10987654

7072

74 76 78 80

首效蒸发器温度/℃

总淡水造水比 1×62×43×34×2

图5 总淡水造水比随首效蒸发器温度的变化

2.3 末效蒸发器温度的影响

从图6可以看出，随着末效蒸发器温度的升高，造水比降低。末效蒸发器温度对系统的热力性能影响较大，蒸发器温度升高系统的热力性能降低。但末效蒸发器温度不能过低，否则，末效蒸汽与海水进行冷凝换热的有效温差减小，增大换热面积。

1098

7654340

44 46 48 50

末效蒸发器温度/℃

总淡水造水比

1×62×43×34×2

图6 总淡水造水比随末效蒸发器温度的变化

2.4 浓缩比的影响

由于多效蒸发过程为一次性通过流程，浓缩比直接影响过程的热力学效率。图7结果表明，随着浓缩比的增加，造水比降低，当浓缩比从2增加到2.4时，造水比降低幅度减小，逐渐趋于恒定。考虑蒸发器中盐水浓度升高带来的结垢问题，控制海水的浓缩比在合理范围内，浓缩比控制在2左右。

3 系统经济性能分析

从总的经济效益角度分析，由于其它费用基本

增刊马学虎等：万吨级低温多效蒸发海水淡化能量及经济性能模拟分析 ·281·

109876543

1.4

1.6

1.8

2.0 2.2

2.4

浓缩比

总淡水造水比

1×62×43×34×2

1312

图7 浓缩比对造水比的影响

不变，只需计算设备费用加上热源费用。假设设备寿命为20年。取管材材料价格为5万元/吨。塔材价格为4500元/ 吨。管板材料单价7万元/吨。蒸汽（动力）价格120元/吨。根据需要提供的废热水源流量以及由98 ℃变为92 ℃，提供热量约为

2.5×107焦耳/吨，

按低压蒸汽核算价格为1.4元/吨，由于设计利用热源为废热源，可认为是这一价格的十分之一，故定为0.14元/吨。

80007000600050004000

10 12 蒸发器效数

设备及热源费用

10 000900014

图8 蒸发器效数对总费用的影响

从图8中可以看出，蒸发器的效数及排列方式

对设备投资和热源费用有显著的影响，随着蒸发器效数的增加总费用逐渐降低，并呈现趋于平缓的趋势。特别是2个模块时，当蒸发器总效数大于12时，总费用明显减低。在蒸发器效数相同的情况下，模块数增加总费用增加，并随着总效数的增加，增加的幅度减小。从实际应用角度考虑，工厂需要设备的24小时持续运转，考虑到这一因素，在模块选择时，选取2排并行排列蒸发器。当某个蒸发器生故障时，淡化海水可以通过从它并行对应的蒸发器

流出，不影响总的淡水产量。所以选取双排模块作为优化模块。

图9表明，蒸发器效数对塔材和管材费用影响较小，对管材和和热源费用影响较大。随着蒸发器效数的增加热源费用逐渐减低，管材费用逐渐增加。从长远的角度考虑，12效（2×6模式）以后总费用下降趋缓。所以综合考虑投资规模和操作成本因素，2个模块并行，每一模块6个蒸发器是较好的选择。

60005000400030000

810 12 14

蒸发器效数(2个模块)

8000700016

20001000

设备及热源费用

图9 蒸发器效数对总费用的影响

4 结论

通过对不同效数、模块、首效蒸发器温度、末效蒸发器温度以及浓缩比对多效蒸发海水淡化过程的进行模拟，从造水比、设备及热源费用总体经济角度进行对比分析，得出最优方案：双流程并行排列即 2×6效蒸发器，首效蒸发器温度75℃，末效蒸发器温度42℃，海水浓缩比为2。

参考文献

[1] Raphael Semiat. Energy issues in desalination processes[J]. Environmental

Science & Technology ，2008，42 (22)，8193-8201.

[2] 高从堦，陈国华. 海水淡化技术与工程手册[M]. 北京：化学工业出

版社，2004.

[3] 高从堦. 海水淡化及海水与苦咸水利用[M]. 北京：高等教育出版

社，2007.

[4] Khawaji Akili D ，Kutubkhanah Ibrahim K ，Wie Jong-Mihn. Advances in

seawater desalination technologies[J]. Desalination ，2008，221：47-69. [5] 王世昌. 海水淡化工程[M]. 北京：化学工业出版社，2003. [6] 李珊. 多效蒸发系统热力学优化研究[J]. 西安交通大学学报，1994，

28(8)：30-36.

[7] Fiorini P ，Sciubba E. Thermo economic analysis of a MSF desalination

plant[J]. Desalination ，2005，182：39-51.

[8] 丁涛，王世昌. 基于温差函数的低温多效蒸发海水淡化过程热力学

分析[J]. 化工学报，2008，59(5)：1077-1082.

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基金项目：辽宁省教育厅科技计划项目（2008S043）和教育部新世纪优秀人才资助项目（NCET-05-0280）。第一作者简介：马学虎（1965—），男，博士，教授，博士生导师，主要从事相变传热及其强化、低品位热能利用、海水淡化和细胞低温保存的研究。E –mail xuehuma@https://www.wendangku.net/doc/9d12868027.html, 。

系统仿真综合实验指导书(2011.6)

系统仿真综合实验指导书电气与自动化工程学院自动化系 2011年6月

前言电气与自动化工程学院为自动化专业本科生开设了控制系统仿真课程，为了使学生深入掌握MATLAB语言基本程序设计方法，运用MATLAB语言进行控制系统仿真和综合设计，同时开设了控制系统仿真综合实验，30学时。为了配合实验教学，我们编写了综合实验指导书，主要参考控制系统仿真课程的教材《自动控制系统计算机仿真》、《控制系统数字仿真与CAD》、《反馈控制系统设计与分析——MATLAB语言应用》及《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》。

实验一MATLAB基本操作实验目的 1．熟悉MATLAB实验环境，练习MATLAB命令、m文件、Simulink的基本操作。 2．利用MATLAB编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。 3．利用Simulink建立系统的数学模型并仿真求解。实验原理 MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。MATLAB有3种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。 1．命令窗口（The Command Window）当MATLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。在MATLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。因为这样的文件都是以“.m”为后缀，所以称为m-文件。 2．m-文件编辑窗口（The Edit Window）我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。在MATLAB 主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。 3．图形窗口（The Figure Window）图形窗口用来显示MATLAB程序产生的图形。图形可以是2维的、3维的数据图形，也可以是照片等。 MATLAB中矩阵运算、绘图、数据处理等内容参见教材《自动控制系统计算机仿真》的相关章节。 Simulink是MATLAB的一个部件，它为MATLAB用户提供了一种有效的对反馈控制系统进行建模、仿真和分析的方式。有两种方式启动Simulink:

2×5000吨_日低温多效海水淡化工程

Fe3+ 0.08 mg/L H2S 0 mg/L 硬度 123.0 mmol/L 全固形物 37084 mg/L Ca硬度 20.8 mmol/L 活性硅（SiO2） 1.0 mg/L 溶解固形物 36937.3 mg/L 本工程原料水的盐度以33000mg/l计算，设计温度以18℃计算。二、气象条件属温带大陆性季风气候。与同纬度内陆地区相比，荣成气候具有冬暖、夏凉、春冷、秋温，四季分明。气温年较差较小；雨水适中，降水多集中在七、八两月。全市历年平均气温11.5℃，历年平均降水量778.4毫米，历年平均日照2569.4小时。三、电力价格电力价格为0.369元/kWh。四、蒸汽价格蒸汽品质：压力0.29Mpa，温度260?C 蒸汽价格：16元/吨。五、劳动力价格人均劳动力价格以每年30000元计算，福利系数以50%计算。六、工程投资和设备折旧折旧年限为20年，设备残值以4%计。第二章低温多效蒸馏淡化工程方案设计一．多效蒸馏淡化工程的流程该淡化工程的流程如下：原料水从取水构筑物取出后，进入海水淡化厂区的清水池。清水泵从清水池取水，经过滤网过滤，加入阻垢剂，进入淡化装置；淡化装置的产品水经后处理进入产品水贮存罐，并通过产品水泵供给用户；余下的浓盐水靠重力浓盐水泵排回海里。使用荣成电厂的蒸汽，作为海水淡化装置的热源。 10000m3/d低温多效蒸馏海水淡化系统水量平衡图如下： 22，000m3/d 产水10，000m3/d 原料水取水至用户排出Q=12，000m3/d 夏季海域的海水温度较高，还需要约2万m3/d的冷却水，因此海水的总需求量按照4.2万m3/d设计。根据荣成海域的海水水质，拟采用以下流程：阻垢剂至用户

多效蒸发器设计计算

多效蒸发器设计计算 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】

（1-4）对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：：（1-5）以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即（1-6）式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：（1-7）式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。（1-8）式中 — 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃； p ?1p k p '∑∑?-'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?∑∑∑∑?'''+?''+?'=??'

系统仿真实验报告

中南大学系统仿真实验报告指导老师胡杨实验者学号专业班级实验日期 2014.6.4 学院信息科学与工程学院

目录实验一MATLAB中矩阵与多项式的基本运算 (3) 实验二MATLAB绘图命令 (7) 实验三MATLAB程序设计 (9) 实验四MATLAB的符号计算与SIMULINK的使用 (13) 实验五MATLAB在控制系统分析中的应用 (17) 实验六连续系统数字仿真的基本算法 (30)

实验一MATLAB中矩阵与多项式的基本运算一、实验任务 1．了解MATLAB命令窗口和程序文件的调用。 2．熟悉如下MATLAB的基本运算： ①矩阵的产生、数据的输入、相关元素的显示； ②矩阵的加法、乘法、左除、右除； ③特殊矩阵：单位矩阵、“1”矩阵、“0”矩阵、对角阵、随机矩阵的产生和运算； ④多项式的运算：多项式求根、多项式之间的乘除。二、基本命令训练 1．eye(m) m=3; eye(m) ans = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2．ones(n)、ones(m,n) n=1;m=2; ones(n) ones(m,n) ans = 1 ans = 1 1

3．zeros(m,n) m=1,n=2; zeros(m,n) m = 1 ans = 0 0 4．rand(m,n) m=1;n=2; rand(m,n) ans = 0.8147 0.9058 5．diag(v) v=[1 2 3]; diag(v) ans = 1 0 0 0 2 0 0 0 3 6．A\B 、A/B、inv(A)*B 、B*inv(A) A=[1 2;3 4];B=[5 6;7 8]; a=A\B b=A/B c=inv(A)*B d=B*inv(A) a = -3 -4 4 5 b = 3.0000 -2.0000 2.0000 -1.0000

多效蒸发器设计计算

多效蒸发器设计计算（一）蒸发器的设计步骤多效蒸发的计算一般采用迭代计算法（1）根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸汽压强及冷凝器压强）、蒸发器的形式（升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、刮膜蒸发器）、流程和效数。（2）根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的组成。（3）根据经验，假设蒸汽通过各效的压强降相等，估算各效溶液沸点和有效总温差。（4）根据蒸发器的焓衡算，求各效的蒸发量和传热量。（5）根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤（3）至（5），直到所求得的各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。（二）蒸发器的计算方法下面以三效并流加料的蒸发装置为例介绍多效蒸发的计算方法。 1.估值各效蒸发量和完成液组成总蒸发量（1-1）在蒸发过程中，总蒸发量为各效蒸发量之和 W = W 1 + W 2 + … + W n （1-2）任何一效中料液的组成为（1-3）一般情况下，各效蒸发量可按总政发来那个的平均值估算，即（1-4）对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：1.1：1.2 （1-5）以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即（1-6）式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：（1-7）式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。 p ?1p k p '∑∑? -'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?

2.5万吨海水淡化方案(低温多效)

1.2 设计规模和范围 1.2.1 设计规模本项目为制水站三期工程，设计规模为日产2.5万吨淡水。按照2009年9月《某某发电厂一、二期日产20万吨海水淡化工程》可研报告的原则不设置海水预处理系统以及2011年8月某某研究院完成的概念设计，在预留的制水站场地内（三角地）可布置5套2.5万吨/日海水淡化设备，则三角地的设计规模按5套2.5万吨/日共计12.5万吨/日设计，其中本期新建1套2.5万吨/日海水淡化设备，按某某地区淡水市场的需求，近期扩建1套2.5万吨/日海水淡化设备，后续再扩建3套2.5万吨/日海水淡化设备。本期设计新建1套2.5万吨/日海水淡化设备的同时，为后续建设4套2.5万吨/日海水淡化设备留有扩建条件，规划的规模将根据某海新区的用水规划分布实施。 1.2.2 设计范围 (1) 海水供水方案 (2) 蒸汽供应方案及可靠性分析 (3) 海水淡化设备容量选择 (4) 供、配电方案 (5) 控制系统方案 (6) 化学水系统方案 (7) 厂内淡水输送方案及供水可靠性分析 (8) 制水站总体布置 (9) 厂区管网布置 (10) 投资估算、水价及经济效益分析 1.2.3 设计分界海水淡化装置成品淡水升压后外供，淡水供应管道的设计接口界限为厂区围墙外1m。按《关于引某某电厂5万吨/日海水淡化供水管道铺设有关情况的说明》接口点设计压力0.8MPa。 1.5 主要设计原则 1.5.1 总的设计原则 (1) 贯彻“安全可靠、经济实用、符合国情”的电力建设方针。 (2) 严格执行国家和地方各项政策、法规和规定，符合规划要求。

(3) 拟定合理的工艺系统，优化设备选型和配置，简化工艺系统、减少备用。 (4) 技术经济论证事实求是。 1.5.2 主要设计原则 (1) 推荐采用低温多效海水淡化工艺。 (2) 不设置海水预处理系统。 (3) 本期海水取水系统、排水系统、供汽系统设计时均一并考虑扩建容量，按12.5万吨/日的规模设计管道，按一次建成考虑。 (4) 本期淡水外供系统外供市政和XX两个用户，给XX供水保留目前的DN300的管道，容量为1万吨/日；给市政供水按本期新建1套2.5万吨/日设备、近期扩建1套2.5万吨/日设备，总容量为5万吨/日设计。利用原有水池和泵房进行改造工作。远期的扩建容量3×2.5万吨/日考虑新建淡水池和供水泵。 (5) 海水淡化所需海水取自电厂一期工程循环水供水管网。 (6) 海水淡化浓盐水排至一期工程虹吸井，并预留向盐厂提供浓盐水的接口。 (7) 海水淡化所需蒸汽由电厂一、二期工程汽轮机中压缸末级抽汽提供。 (8) 海水缓冲池和提升泵房按规划容量5套2.5万吨/日设备设计并建设，水泵按本期容量建设。 (9) 考虑本期和近期规划，控制和电气设备集中布置在本期海水淡化综合设备间内，预留近期扩建1套2.5万吨/日设备的位置，厂房一次建成。 (10) 海水淡化主设备及其基础按进行满水试验设计。 2 淡水市场及水质要求 3 厂址条件 3.3 水源 3.3.1 海水水源某某发电厂建于某海之滨，紧邻某某港。漳卫新河与宣惠河交汇的大口河在厂址西南侧入海；某海湾海域辽阔，水量充沛，电厂一、二期工程循环水系统采用海水直流供水系统，水源取自某某港港池。制水站用水取自一、二期工程循环水供水管。海水水质见下表：

TVC在低温多效海水淡化装置的应用分析

TVC在低温多效海水淡化装置的应用分析一、热力压缩机(TVC)概述热力压缩机(Thermal Vapor Comp ression,简称TVC)是喷射器的一种。喷射器按照其工作流体的不同,可分为气体喷射器、气液喷射器、液气喷射器、液体喷射器(又称喷射泵)等,可实现流体混合、换热、增压等功能,是一种应用非常广泛的流体机械。TVC 是一种蒸汽喷射器,它是以高压蒸汽为动力,将低压蒸气压缩至较高的压力,实现低压蒸汽增压再利用(在海水淡化中,主要是为了减少冷端损失)的设备。图1为气体喷射器的轴向剖面示意图,图2为喷射器的工作原理及主要参数变化示意图。在TVC的喷嘴中,蒸汽在绝热膨胀中压力快速降低,在喷嘴喉口处速度达到音速,蒸汽在喉口处一般处于湿蒸汽状态,部分蒸汽凝结为水滴;随着蒸汽的进一步膨胀,蒸汽湿度继续增加。在吸入室内,工作蒸汽压力即喷嘴出口压力应低于二次蒸汽压力,将二次蒸汽吸入TVC内,蒸汽压力会出现较大的波动,蒸汽中重复着凝结、蒸发过程。蒸汽进入混合室时, TVC中心的蒸汽处于超音速状态,而外部以二次流体为主的部分处于较低的流速,两者在混合室内在粘性作用下产生动量与能量交换,二次蒸汽被压缩,一次蒸汽流速降低,蒸汽中的凝结水滴逐渐汽化。一般情况下,混合室内的压力会略有升高,若TVC排出

压力很低,也可能出现压力的降低。TVC的尾部扩管为扩压室,蒸汽在扩压室内速度降低,压力回升至高于二次汽的压力,完成蒸汽压缩功能。二、由MED到MED - TVC的发展过程 LT-MED海水淡化装置,起初其优势是,为了防止海水接触的换热面结垢,利用低温低压(70℃左右,负压)的蒸汽作为其热源,如图3 所示,加热蒸汽直接进入第一效的进汽侧,以加热管外测的物料水,在负压条件下,海水汽化产生二次蒸汽进入下一效作为热源,同时自身被冷凝。最后一效产生的二次蒸汽进入凝汽器内完全冷却下来。在这种模式下,造水比小于总效数。如果只通过增加效数获得较大的造水比,这样也使得装置的体积庞大,投资增加,制水成本提高。图3:MED的基本模式但对于目前的火力发电机组,由机组供给海水淡化装置的抽气还具有较高的压力和温度,不符合LT-MED装置对蒸汽参数的要求,若将高温高压蒸汽通过减温减压使之满足 LT-MED的要求,无疑造成蒸汽能量品质的巨大浪费,而且LT-MED 装置的末效蒸汽如同汽轮发低压缸排汽,需要通过冷凝器将其冷凝并损失大量热量。为了有效利用具有较高温度压力的汽轮机抽汽的有效能量,降低MED装置末效蒸汽的凝结热损失,将TVC引入了MED装置中,构成了TVC-MED海水淡化装置,如图4所示。TVC-MED 海水淡化装置成为水电联产MED装置的常用结构。图4:MED - TVC的基本模式

海水淡化工艺设计的方案

1 前言 1.1 概况我国淡水资源极为匮乏，全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中100多个城市严重缺水。淡水资源短缺乃至水危机是我国经济社会可持续发展过程中的最大制约之一。电厂在生产电能的同时，可利用其廉价的热和电，进行海水淡化，不仅可满足其工业用水的需要，而且还可为周边地区提供淡水水源。在推动和利用海水淡化技术方面，电厂有着其得天独厚的有利条件。因此滨海电厂配套建设海水淡化装置已成发展趋势。 1.2 水源及水质特点某电厂取水具有海域辽阔、水量充沛、海水较清、悬浮物及有害微生物少等特点，可大大节省海水取水成本及原料海水预处理成本。海水水质分析报告如下：分析报告

1.3 海水淡化规模

根据建厂地区的缺水状况，电厂可针对性地提出水电联产的方案，目前可解决电厂的淡水用水，以后可根据需要适时配套建设大规模的海水淡化厂，为地方经济发展提供淡水资源保障。本项目结合2×1000MW发电机组的建设规模，暂按配套建设2×104m3/d规模的海水淡化装置设计；并对总规模为40×104m3/d海水淡化厂作出展望。本专题报告按本期工程厂内自用的2×104m3/d规模和规划容量的40×104m3/d的海水淡化站分别进行比较论述。 2 海水淡化技术概述海水淡化技术的种类很多，但适于产业化的主要有蒸馏法（俗称热法）和反渗透法（俗称膜法）。蒸馏法主要有多级闪蒸(MSF)、低温多效蒸馏(LT－MED)技术。 2.1 蒸馏法淡化技术 2.1.1 多级闪蒸(MSF) MSF是蒸馏法海水淡化最常用的一种方法，在20世纪80年代以前，较大型的海水淡化装置多数采用MSF技术。大港电厂二期工程引进了美国的多级闪蒸(MSF)海水淡化装置，是我国第一套大型的海水淡化装置。 MSF的典型流程示意图见图2-1。图2-1 盐水再循环式多级闪蒸（MSF）原理流程多级闪蒸过程原理如下；将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于该

过程控制系统仿真实验指导

过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验实验一过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五解耦控制系统 . (19) 实验一过程控制系统建模指导内容：（略）作业题目一：常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。作业题目二：某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解，分别进行下列仿真：（1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线；（2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。

多效蒸发器设计计算

对于并流操作的多效蒸发，因有自蒸发现象，课按如下比例进行估计。例如，三效W1：W2：W3=1：：（1-5）以上各式中 W — 总蒸发量，kg/h ； W 1，W 2 ，… ，W n — 各效的蒸发量，kg/h ； F — 原料液流量，kg/h ； x 0, x 1,…, x n — 原料液及各效完成液的组成，质量分数。 2.估值各效溶液沸点及有效总温度差欲求各效沸点温度，需假定压强，一般加热蒸汽压强和冷凝器中的压强（或末效压强）是给定的，其他各效压强可按各效间蒸汽压强降相等的假设来确定。即（1-6）式中 — 各效加热蒸汽压强与二次蒸汽压强之差，Pa ； — 第一效加热蒸汽的压强，Pa ； — 末效冷凝器中的二次蒸汽的压强，Pa 。多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：（1-7）式中 — 有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃； — 第一效加热蒸汽的温度，℃； — 冷凝器操作压强下二次蒸汽的饱和温度，℃； — 总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。（1-8）式中 — 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃； — 由于蒸发器中溶液的静压强而引起的温度差损失，℃； — 由于管路流体阻力产生压强降而引起的温度差损失，℃。 n p p p k '-=?1p ?1p k p '∑∑?-'-=?)(1k T T t ∑?t 1T k T '∑?∑∑∑∑?'''+?''+?'=??'?''?'''

高温多效蒸馏及在核能海水淡化方面的应用

能源与水源是现代社会发展必不可少的两种重要资源。淡水资源的匮乏对国民经济发展及人民生活的影响已不亚于能源短缺的影响［１，２］。解决水资源问题一条重要的途径就是进行海水淡化。海水淡化技术的种类很多，但达到商业规模的主要有膜法和蒸馏法［３］。蒸馏法始于１９世纪，但直到２０世纪中后期才有了很大的发展。蒸馏淡化技术又分为多效蒸发法（ＭＥＤ）和多级闪蒸法（ＭＳＦ）等。多效蒸发（ＭＥＤ）是一种将热源（蒸汽）的汽化潜热以蒸发－冷凝方式多次传递的海水淡化工艺。按照蒸发器中蒸发管布置形式的不同，ＭＥＤ技术可以分为竖管多效蒸发（ＶＴＥ－ＭＥＤ）和水平管多效蒸发（ＨＴＥ－ＭＥＤ）。按照第一效进口海水温度不同也可分为：最高入口海水温度大于９０!的高温多效蒸发和入口温度约７０!的低温多效蒸发。随着材料科学和水处理技术的发展，多效蒸发相比闪蒸法已逐渐显露出更大的优势。许多专家认为在新世纪里多效蒸发法是唯一可以与反渗透法在经济性上竞争的热法海水淡化技术。２０世纪９０年代以来，核能应用于海水淡化技术得到了国际原子能机构和世界许多国家的广泛重视，清华大学在成功开发低温核供热堆，建成并运行５ＭＷ低温核供热试验堆的基础上，研究了低温核供热堆作为核能海水淡化能源的可行性及耦合问题，并为摩洛哥设计了一座１０ＭＷ低温核供热堆耦合竖直蒸发管高温多效蒸发（ＶＴＥ－ＭＥＤ）的核能海水淡化厂［４］。此外目前正在进行山东烟台２００ＭＷ核能供热堆海水淡化项目的可行性研究。本文介绍了高温多效蒸馏海水淡化技术的特点、发展情况及目前清华大学开展的有关实验研究的进展。高温ＶＴＥ－ＭＥＤ海水淡化技术的发展是随着竖直管蒸发器技术的发展而发展起来的。美国的Ｅｎ－ｖｉｒｏｇｅｎｉｃｓＳｙｓｔｅｍ公司于２０世纪７０年代最早研究了竖直蒸发管传热系统。ＥｎｖｉｒｏｇｅｎｉｃｓＳｙｓｔｅｍ公司和Ｉｎｃｏｎ（ＳｏｇｅｘＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ的一个分支）在７０年代联合建造和运行了一座多级闪蒸、蒸汽压缩和竖直管蒸发器联合的淡化装置。此联合装置日产淡水５０００立方米［５］。美国的盐水局（ＯＳＷ）研究了强化竖直传热管在海水淡化装置方面的应用。在２０世纪７０年代初ＯＳＷ在德克萨斯州的Ｆｒｅｅｐｏｒｔ设计和建造了一个日产淡水３７８５ｍ３的ＶＴＥ／ＭＳＦ海水淡化装置。在这个装置的运行报告中肯定了双面槽竖直蒸发管的传热效率。在这个项目之后不久另外一个大的示范项宋二猛，贾海军，王玉华，姜胜耀（清华大学核能与新能源技术研究院，先进反应堆工程与安全教育部重点实验室，北京１０２２０１）作为安全和清洁的能源，核能大规模应用于海水淡化可以从能源和水安全两个方面有效缓解我国当前面临的严峻形势。清华大学目前正在研究与低温核供热堆耦合的多效蒸发海水淡化技术。作为选择方案之一，高温多效蒸馏海水淡化所需蒸汽参数恰好与核供热堆提供的蒸汽参数一致。因而清华大学在高温多效蒸馏海水淡化研究领域开展了实验和理论研究工作。本文介绍了高温多效蒸馏海水淡化技术的特点、发展情况及目前清华大学开展的有关实验研究的进展。海水淡化；核能；ＶＴＥ－ＭＥＤ；高温；降膜蒸发Ｐ７４７＋．１Ａ１０００－３７７０（２００５）０７－００１１－０４收稿日期：２００４－０６－２９作者简介：宋二猛（１９７９－），男，硕士研究生；联系电话：０１０－８９７９６０５４、６２７７６４１１；Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｅｒ９８＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ。第３１卷第７期２００５年７月Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．７Ｊｕｌｙ，２００５１１

海水淡化工艺方案

1 前言 1.1 概况中国淡水资源极为匮乏，全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中100多个城市严重缺水。淡水资源短缺乃至水危机是中国经济社会可持续发展过程中的最大制约之一。电厂在生产电能的同时，可利用其廉价的热和电，进行海水淡化，不但可满足其工业用水的需要，而且还可为周边地区提供淡水水源。在推动和利用海水淡化技术方面，电厂有着其得天独厚的有利条件。因此滨海电厂配套建设海水淡化装置已成发展趋势。 1.2 水源及水质特点某电厂取水具有海域辽阔、水量充沛、海水较清、悬浮物及有害微生物少等特点，可大大节省海水取水成本及原料海水预处理成本。海水水质分析报告如下：

1.3 海水淡化规模根据建厂地区的缺水状况，电厂可针对性地提出水电联产的方案，当前可解决电厂的淡水用水，以后可根据需要适时配套建设大规模的海水淡化厂，为地方经济发展提供淡水资源保障。本项目结合2×1000MW发电机组的建设规模，暂按配套建设2×104m3/d规模的海水淡化装置设计；并对总规模为40×104m3/d海水淡化厂作出展望。本专题报告按本期工程厂内自用的2×104m3/d规模和规划容量的40×104m3/d的海水淡化站分别进行比较论述。

2 海水淡化技术概述海水淡化技术的种类很多，但适于产业化的主要有蒸馏法（俗称热法）和反渗透法（俗称膜法）。蒸馏法主要有多级闪蒸(MSF)、低温多效蒸馏(LT－MED)技术。 2.1 蒸馏法淡化技术 2.1.1 多级闪蒸(MSF) MSF是蒸馏法海水淡化最常见的一种方法，在20世纪80年代以前，较大型的海水淡化装置多数采用MSF技术。大港电厂二期工程引进了美国的多级闪蒸(MSF)海水淡化装置，是中国第一套大型的海水淡化装置。 MSF的典型流程示意图见图2-1。图2-1 盐水再循环式多级闪蒸（MSF）原理流程多级闪蒸过程原理如下；将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化，从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷

第一章系统仿真的基本概念与方法

第一章控制系统及仿真概述控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学与计算机技术的综合性新型学科。这门学科的产生及发展差不多是与计算机的发明及发展同步进行的。它包含控制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理。计算机仿真基于计算机的高速而精确的运算，以实现各种功能。第一节控制系统仿真的基本概念 1．系统：系统是物质世界中相互制约又相互联系着的、以期实现某种目的的一个运动整体，这个整体叫做系统。 “系统”是一个很大的概念，通常研究的系统有工程系统和非工程系统。工程系统有：电力拖动自动控制系统、机械系统、水力、冶金、化工、热力学系统等。非工程系统：宇宙、自然界、人类社会、经济系统、交通系统、管理系统、生态系统、人口系统等。 2．模型：模型是对所要研究的系统在某些特定方面的抽象。通过模型对原型系统进行研究，将具有更深刻、更集中的特点。模型分为物理模型和数学模型两种。数学模型可分为机理模型、统计模型与混合模型。 3．系统仿真：系统仿真，就是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。更多的情况是指以系统数学模型为基础，以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。要对系统进行研究，首先要建立系统的数学模型。对于一个简单的数学模型，可以采用分析法或数学解析法进行研究，但对于复杂的系统，则需要借助于仿真的方法来研究。那么，什么是系统仿真呢？顾名思义，系统仿真就是模仿真实的事物，也就是用一个模型（包括物理模型和数学模型）来模仿真实的系统，对其进行实验研究。用物理模型来进行仿真一般称为物理仿真，它主要是应用几何相似及环境条件相似来进行。而由数学模型在计算机上进行实验研究的仿真一般则称为数字仿真。我们这里讲的是后一种仿真。数字仿真是指把系统的数学模型转化为仿真模型，并编成程序在计算机上投入运行、实验的全过程。通常把在计算机上进行的仿真实验称为数字仿真，又称计算机仿真。

多效蒸发器设计计算

多效蒸发器设计计算 Prepared on 22 November 2020

多效蒸发器设计计算

多效蒸发器设计计算 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

低温多效海水淡化系统的Aspen Plus模拟

低温多效海水淡化系统的Aspen Plus模拟文章摘要：摘要：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．关键词：低温多效蒸发；海水淡化；Aspen Plus；模拟计算 Abstra 摘要：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．关键词：低温多效蒸发；海水淡化；Aspen Plus；模拟计算 Abstract：Simulation models of operation unit of low-temperature multi-effect distillation(LT-MED)seawater distillationwere built with Aspen Plus software，then LT-MED system was simulated and analysed.Finally，the four-effect LT-MEDseawater desalination system of SIDEM corporation France was used as an example for evaluating dependability basing onthe simulation model. Keywords：LT-MED；seawater distillation；Aspen Plus；simulation calculation 随着人类社会的进步和经济的迅猛发展，特别是世界人口急剧增加，导致淡水资源的日益匮乏．2009年，瑞士达沃斯世界经济论坛年会曾发布报告，全球正面临“水破产”危机，并预测在今后20年内，人类争夺水资源的竞争将愈演愈烈．各国能源生产领域和农业领域等对水资源的需求量将大增，水资源今后可能比石油还昂贵．中国人均水资源仅为世界人均量的1/4，是全球最缺水的13个国家之一[1]．发展海水淡化技术，向大海要淡水已经成为当今世界各国的共识．海水淡化技术起源于20世纪中叶，经过几十年的发展，现已遍及全世界一百多个国家．其中，多级闪蒸(MSF)、低温多效(LT-MED)和反渗透(RO)已成为海水淡化领域的三大主流技术，而低温多效海水淡化技术以其易实现大型化、运行维护成本低等特点，成为海水淡化技术的主要研究方向 [2]．近年来随着海滨电厂的兴建，水电联产成为海水淡化工程建设的主要模式．水电联产模式最大的优点就是可以降低能耗，而节能降耗正是当前全球最为热点的话

海水淡化装置

海水淡化装置（1）真空沸腾式海水淡化装置真空沸腾式海水淡化装置本体主要由蒸发器和冷凝器组成，海水的加热和沸腾汽化都在蒸发器内进行，而(二次)蒸汽的凝结则在冷凝器内完成。此外，还有抽真空系统、给水系统、加热系统、冷却系统、淡水(凝水)系统及排污系统等辅助系统。图所示为真空沸腾式海水淡化装置的工作原理图。加热介质(热水或低压蒸汽)流过加热器，通过加热管将蒸发器中的海水加热，并使其沸腾汽化(又称二次蒸汽，以区别与加热用蒸汽)。二次蒸汽经蒸发器上部的汽水分离器除去其

所携带的水滴后，被引人冷凝器1。由海水泵5所供给的舷外海水在冷凝器中使水蒸气冷却、凝结，凝结成的淡水积聚在冷凝器下部并由淡水泵7抽至淡水柜。蒸发器中海水的蒸发以及蒸汽在冷凝器中的凝结都是在高真空状态下进行的。其真空度由真空喷射泵3建立和保持。为了使结构更紧凑，通常沸腾式海水淡化装置都将冷凝器放置在蒸发器的上方，并组装成一整体。目前，在柴油机船上，海水淡化装置一般都使用主机缸套冷却水作为加热介质，只有在主机停车而又需淡化装置工作时，才采用辅助锅炉的减压蒸汽来加热。对某些淡水耗量较大的船舶，当其动力装置的余热不足以满足装置的需要时，则也可使用低压蒸汽作为补充热源。竖管加热式单效应真空表面式海水淡化装置，其结构简单，设备管系紧凑，操作管理方便，是目前船舶应用最多的装置类型。这类海水淡化装置通常为整体安装，即将冷凝器置于蒸发器上部，两者组装在一个壳体内，形成一个蒸发一冷凝器整体，以利于装置的密封。而一些泵浦、管路附件及其控制仪表等辅助设备，均安装在壳体及基座上。（2）真空闪发式海水淡化装置

真空闪发式海水淡化装置的特点是海水的加热与汽化彼此分开。海水在加热器中加热后即被引到压力比海水相应温度下饱和压力更低的容器(闪发室)中，以使部分海水骤然汽化，然后再将其汽化的蒸汽引入冷凝器中凝结成淡水。海水在加热器5中被加热后，经喷雾器6喷入闪发室1中，由于闪发室中的压力低于海水温度相应的饱和压力，因此从加热器来的海水一经喷入闪发室时，就在该压力下处于过热状态立即汽化，其汽化过程所需要的汽化潜热则取自其余未汽化的海水。闪发而成的蒸汽，经汽水分离器2进入冷凝器3，并由海水泵 9供给的舷外海水冷却而凝结，然后由淡水泵8送往淡水柜。剩余下来的部分未能汽化而浓缩了的海水，其温度已降到与闪发室压力相对应的饱和温度下，则全部滴落到闪发室底部，由盐水循环泵(浓海水泵) 4抽出。为了充分利用由盐水泵抽出的浓海水的热量，缩小加热器5的尺寸，大部分浓海水再重新进入加热器，而其余部分则经排盐调节阀10排至舷外。至于因蒸发和排盐所减少的水量，则由冷凝器出来的海水通过给水调节阀7加以补充，并以此控制加热器中的海水含盐度，从而保证装置的淡化质量。真空闪发式淡化装置由于在加热器中海水并不沸腾汽化，海水不致浓缩，且加热温度又比较低，而在闪发室中又不存在加热面，因此减少了海水的结垢问题。然而，因海水闪发汽化时所需的汽化潜热，完全取自其余未汽化温度下降至饱和温度时的海水所放出湿热，这就是说，闪发室内实际上绝大部分海水不能闪发汽化。例如，当海水的过热度为5~8℃，在93％的真空度下，汽化部分仅占循环海水的0.8％~1.4％。因此，这种装置的海水循环量较大，这就使加热面积和泵的排量都必须相应增加，因而在产量相同的情况下，闪发式海水淡化装置的造价约比表面式高35％~50％。此外，闪发式汽化所产生的二次蒸汽携带的水珠较多，为保证淡水质量，必须加大排污量降以低盐水浓度，因此随排污所带走的热量也多，热利用率低。而单效的真空沸腾式淡化装置由于蒸发温度低，结垢问题并不严重，每年需要清洗的次数也不超过1~2次。因此，在产量小于20t/d的船用淡化装置中，真空沸腾式的应用远比闪发式普遍。