海水淡化—制鹽一體化系統(tǒng)中脈動(dòng)能交換器的研發(fā)

承擔(dān)單位：廣東海洋大學(xué)

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：凌長明

完成人員：凌長明；徐青；李軍；李儒松；鐘音

一、研究背景

水資源的短缺是世界面臨的難題，人們?yōu)榱双@得更多的淡水資源，采用反滲透海水淡化技術(shù)生產(chǎn)淡水。但是反滲透法發(fā)展至今，仍然存在“高能耗、高污染、高成本”的“三高問題”，為了解決這個(gè)問題，課題組提出通過脈動(dòng)能交換器將反滲透膜法海水淡化技術(shù)與噴霧干燥制鹽技術(shù)進(jìn)行耦合的方法，該方法不僅能夠?qū)⒑Ｋ到y(tǒng)中的不利脈動(dòng)轉(zhuǎn)化為噴霧干燥系統(tǒng)中的有利脈動(dòng)，又能通過制鹽實(shí)現(xiàn)濃鹽水的零排放，還能通過鹽的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步攤低海水淡化綜合成本。

二、研究方法

該技術(shù)的關(guān)鍵是研制出脈動(dòng)能交換器，脈動(dòng)能交換器是用于傳遞脈動(dòng)能的機(jī)械裝置，即通過脈動(dòng)能交換器將脈動(dòng)高壓海水的不利脈動(dòng)傳遞給噴霧干燥制鹽的熱空氣，并使空氣脈動(dòng)起來，脈動(dòng)的熱空氣又可以提高噴霧干燥制鹽的速率，可以變害為利，省去了高壓脈動(dòng)海水的穩(wěn)壓所需能量和提高制鹽的效率所需的能量，降低了制造生產(chǎn)成本，從而實(shí)現(xiàn)雙效節(jié)能，提高海水淡化與制鹽一體化的生產(chǎn)效率。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

方法創(chuàng)新：課題組將脈動(dòng)能運(yùn)用于實(shí)際，將海水淡化所產(chǎn)脈動(dòng)應(yīng)用于噴霧干燥制鹽，實(shí)現(xiàn)海水淡化與制鹽聯(lián)合生產(chǎn)；

技術(shù)創(chuàng)新：在脈動(dòng)熱空氣水分蒸發(fā)中研究得出最佳頻率點(diǎn)和最佳振幅點(diǎn)，在脈動(dòng)能交換器中加入涵蓋上述最佳頻率的可變頻技術(shù)和最佳振幅的可變振幅技術(shù)；

裝備創(chuàng)新：根據(jù)研究結(jié)果，初步設(shè)計(jì)研制出核心裝置——可變頻脈動(dòng)能交換器和可變振幅的脈動(dòng)能交換裝置。

四、研究成果

（1）根據(jù)課題組提出的脈動(dòng)能交換的思路，對(duì)不同的脈動(dòng)能交換器設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，研制出了脈動(dòng)能交換器的樣機(jī)，并搭建了脈動(dòng)能交換器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了脈動(dòng)能交換器傳遞脈動(dòng)的可行性。

（2）通過脈動(dòng)能交換器對(duì)管道風(fēng)壓影響的實(shí)驗(yàn)研究，管道風(fēng)壓的波動(dòng)情況主要與管道風(fēng)速和脈動(dòng)能交換器的工作壓力有關(guān)，其中脈動(dòng)能交換器工作壓力越大，管道風(fēng)壓脈動(dòng)幅度也越大；在管道風(fēng)速較小時(shí)，風(fēng)壓脈動(dòng)的規(guī)律性較好。

（3）通過噴霧蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)可以得出利用脈動(dòng)能交換器造成的脈動(dòng)空氣進(jìn)行噴霧蒸發(fā)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著脈動(dòng)能交換器工作壓力的增大，水分蒸發(fā)量也會(huì)增大，相比用平穩(wěn)的氣流進(jìn)行噴霧干燥，水分蒸發(fā)量有一定程度的提高，水分蒸發(fā)量提高了11.7%。

課題組在涉及海洋能利用和海水淡化研究方面積累了大量的理論成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：獲得發(fā)明專利授權(quán)9 項(xiàng)（海水淡化和制鹽一體化的方法，專利號(hào)：ZL201510015020.0；一種雙活塞式可變頻脈動(dòng)能交換器，專利號(hào)： ZL201510560164.4；一種活塞擺動(dòng)耦合式可變頻脈動(dòng)能交換器，專利號(hào)： ZL201510559336.6等），發(fā)表學(xué)術(shù)論文5 篇，該項(xiàng)技術(shù)曾獲得中國發(fā)明協(xié)會(huì)2020 年發(fā)明創(chuàng)新獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。