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基于海水淡化技术溶液再生新方法设想

山东建筑大学热能工程学院张鑫

摘要:分析温湿度独立控制空调系统中盐溶液再生过程和海水淡化技术,列举了两项技术工作介质成份、初终浓度、产水量等数据,比较这两项技术异同。介绍了当今比较流行海水淡化技术,从能源利用角度探讨将海水淡化技术应用于盐溶液再生可行性,并提出了这一课题多个研究方向。期望能借助海水淡化成熟技术,改善溶液再生过程,推进这一新型高效空调形式进步和应用。

关键词:温湿度独立控制空调溶液除湿盐溶液再生

温湿度独立控制空调系统作为一个全新空调形式,以其卓越节能原理越来越受到大家关注。这一空调形式特点是采取盐溶液处理新风,吸收空气中水蒸气祛除空调湿负荷。吸湿以后盐溶液浓度变小,需要经过浓缩处理,重新取得吸湿能力,以循环进行空气除湿。我们把吸湿溶液浓缩、重新取得吸湿能力过程称为溶液再生过程。

溶液再生过程从根本上说就是将盐溶液中一部分水分从溶液中分离出来过程。由工程热力学知识可知,溶解现象是不可逆过程,要实现从混合物中分离纯净物是需要花费能量,工程上常见方法是常压加热蒸发法,也正是因为这个过程消耗是夏季取之不尽用之不竭低品位热能,才使得温湿度独立控制空调含有先天性节能特点。但随之而来麻烦也是显而易见:因为盐溶液温度对其吸湿性能影响很大,我们必需把再生至要求浓度热溶液冷却至常温以下才能够使除湿过程顺利进行。于是我们还需要花费建筑空间、热交换设备和运行时间冷却盐溶液至适宜温度。有没有一个在常温下或花费较少代价过程来分离溶剂呢？

将溶剂从溶液中分离出来热质交换过程实质很轻易让我们联想起一个现代工业中已经应用很成熟技术——海水淡化技术。仔细分析,溶液再生和海水淡化却有很多相同之处。从表1海水成份表中能够看出,海水关键成份是NaCl,常见溶液除湿空调采取吸湿盐溶液为LiBr或CaCl2溶液或其混合物,均为活泼金属卤盐。

表1:海水关键成份表（多海域平均值）

离子种类

浓度

g/kg

ppm

mmol/kg

Na+

10.7838

10783.8

469.07

Mg2+

1.2837

1283.7

52.82

Ca2+

0.4121

412.1

10.28

K+

0.3991

399.1

10.21

Sr2+

0.0079

7.9

0.09

Cl-

19.3529

19352.9

545.88

SO42-

2.7124

2712.4

28.24

HCO3-、CO32-

0.1231

123.1

2.02

Br-

0.0672

67.2

0.84

B(OH)3、B(OH)4-

0.0272

27.2

0.41

F-

0.0013

1.3

0.07

除湿盐溶液再生和海水淡化技术另一区分在浓度和出水率上。除湿盐溶液浓度很高,质量浓度达成60~70%,海水质量浓度（通常称为盐度）平均为34.6‰。相差一个数量级之多。这就意味溶液再生比海水淡化分离溶剂过程愈加困难。

温湿度独立控制空调除湿过程处理是室外新风,而新风量是按建筑中人员所需新风量来确定,这么估算下来,系统除湿负荷量级大约在10~103kg/h,作为闭式系统,其相对出水量非常小,大约在1%以下。而作为

下面,我们就从海水淡化技术角度出发,探索温湿度独立控制空调形式除湿溶液再生思绪。

工程上采取加热法再生除湿溶液过程为:在常压下采取70~80℃低品位热能加热吸湿后稀溶液,溶液表面蒸汽压高于室外空气水蒸气分压力时溶液中部分水就会从液体表面扩散到空气中。海水淡化工程中蒸馏法早已屏弃了单纯常压加热蒸馏,而是利用多种方法降低溶液沸点、反复利用汽化潜热。

低温多效蒸发法:多效蒸发是让加热后海水在多个串联蒸发器中蒸发,前一个蒸发器蒸发出来蒸汽作为下一蒸发器热源,并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能方法之一。低温多效蒸馏技术因为节能原因,多年发展快速,装置规模日益扩大,成本日益降低,关键发展趋势为提升装置单机造水能力,采取廉价材料降低工程造价,提升操作温度,提升传热效率等。图1为这种方法步骤图。

图1低温多效海水淡化步骤图

图1低温多效海水淡化步骤图

多级闪蒸法:所谓闪蒸,是指一定温度海水在压力忽然降低条件下,部分海水急骤蒸发觉象。多级闪蒸海水淡化是将经过加热海水,依次在多个压力逐步降低闪蒸室中进行蒸发,将蒸汽冷凝而得到淡水。现在全球海水淡化装置仍以多级闪蒸方法产量最大,技术最成熟,运行安全性高弹性大,关键与火电站联合建设,适合于大型和超大型淡化装置,关键在海湾国家采取。多级闪蒸技术成熟、运行可靠,关键发展趋势为提升装置单机造水能力,降低单位电力消耗,提升传热效率等。图2为这种方法步骤图。

压汽蒸馏: