摘 要

随着目前各种资源变得枯竭，就连我们赖以生存的淡水资源也变得日益稀缺。不管是沿海淡水稀缺地区，还是海上石油钻井平台以及进行远洋科考、远洋运输和海上维权等海上船只，淡水都是不可或缺的资源；另外，随着经济的快速发展，能源问题越来越受到重视，节能环保成为世界关注的热点问题；因此，进行“烟气余热海水淡化系统仿真分析”研究具有一定的理论意义及工程实用价值。

本文重点围绕海水淡化装置的各主要部件展开研究，其主要内容如下：

（1）查阅大量国内外相关文献对海水淡化的方法进行理论研究，通过分析对比，寻找合适的烟气余热海水淡化系统装置。

（2）根据工质的流动以及物性参数等建立了海水淡化系统装置烟气换热器，蒸发器及冷凝器的数学模型，为搭建及运算程序仿真模型奠定基础；

（3）根据所建立的数学模型，基于Matlab/Simulink平台搭建了海水淡化装置仿真模型，并进行了仿真试验，进而分析了相关参数对系统性能的影响。

关键词：海水淡化；蒸馏式；烟气余热；仿真建模；

Abstract

With the depletion of all kinds of resources, even the fresh water resources that we depend on for survival become increasingly scarce. No matter in the coastal areas where fresh water is scarce, or in the offshore oil drilling platforms, ocean scientific research, ocean transportation and maritime rights protection vessels, fresh water is an indispensable resource. This makes desalination technology particularly important. Therefore, the technology of fresh water production by using the waste heat of flue gas has been widely used, and the performance requirements of the desalination system device have also been improved. Therefore, it is of theoretical significance and practical value to study the performance of desalination plant.

This paper focuses on the main components of the desalination plant, the main contents are as follows:

(1) Consulting a large number of domestic and foreign related literature to study the theory of desalination methods, through analysis and comparison, to find a suitable flue gas waste heat desalination system device.

(2) According to the flow of working fluid and physical parameters, the mathematical models of the flue gas heat exchanger, evaporator and condenser of the desalination system were established, which laid the foundation for the establishment of the simulation model and the operation program;

(3) According to the established mathematical model, based on MATLAB / Simulink platform, the simulation model of desalination device is built, and the simulation test is carried out, and then the influence of relevant parameters on the system performance is analyzed.

Key words： desalination; distillation; flue gas waste heat; simulation modeling;

目 录

第1章 绪论 1

1.1海水淡化的研究背景及课题意义 1

1.2烟气余热海水淡化装置的发展及现状 3

1.2.1 国外海水淡化装置发展及现状 3

1.2.2 国内海水淡化装置发展现状 4

1.3 论文研究目的及意义 5

1.4 船用海水淡化技术分类及原理 5

1.4.1船用蒸馏法海水淡化技术 6

1.4.2反渗透式海水淡化装置 11

1.4.3闪蒸式海水淡化装置 12

1.4.4 压汽式蒸馏海水淡化装置 12

1.4.5电渗析海水淡化系统 14

1.5 本文研究的主要内容 14

1.6 本章小结 15

第2章 烟气余热海水淡化系统数学模型 16

2.1烟气余热海水淡化系统装置工作原理 16

2.1.1 烟气余热的能量 16

2. 2烟气余热海水淡化系统数学模型 16

2.2.1烟气余热海水淡化系统 16

2.2.2烟气换热器系统数学模型 18

2．2．3蒸发器数学模型 24

2．2．4冷凝器数学模型 25

2．2．5真空泵数学模型 26

2.3本章小结 29

第3章 烟气余热海水淡化系统仿真模型 30

3.1仿真工具 30

3.2 烟气换热器SIMULINK模型 30

3.2.1 烟气换热器建模方法 31

图3.2 烟气换热器仿真建模流程图 31

3.2.2烟气换热器SIMULINK模型 31

图3.3烟气换热器SIMULINK模型 32

3.3 蒸发器SIMULINK模型 32

3.3.1 蒸发器建模方法 32

图3.4 蒸发器仿真建模流程图 33

3.3.2 SIMULINK模型 33

图3.5蒸发器SIMULINK模型 34

3.4 冷凝器SIMULINK模型 34

3.4.1 冷凝器建模方法 34

3.4.2 SIMULINK模型 35

图3.3冷凝器SIMULINK模型 35

第4章 烟气余热海水淡化系统的性能分析 36

4.1烟气的质量流量对产水量的影响 36

4.2 烟气的质量流量对淡水量的影响 38

4.3 烟气质量流量对所需冷凝海水的影响 40

第5章 结论与展望 42

5.1 结论 42

5.2 展望 42

参考文献 43

致 谢 45

第1章 绪论

1.1海水淡化的研究背景及课题意义

地球的总储水量可达1.45亿立方千米，在总储量上看非常丰厚。然而，其中仅2.5%左右为淡水。在这本就贫瘠的淡水总量的前题下，还有多达九成的淡水被冰封在南极和北极，如此算来人类在地球上所能使用的淡水量还不到地球总储水量0.00075，地球淡水资源分和淡水资源分布图如图1.1所示^[1]。更加令人担忧的是因为遭到过分开采和化学污染，可用的淡水资源正在以惊人的速度衰减。淡水资源的缺少正逐渐演变为世界性问题，到目前为止，有几十个国家、约15亿人正面对淡水资源缺少的难题。如果未来不有效解决这一问题，必定会像能源一样导致国际矛盾与人民恐慌。

图1.1 地球水资源与淡水资源分布图