海水淡化—制鹽一體化系統中脈動能交換器的研發

承擔單位：廣東海洋大學

項目負責人：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，人們為了獲得更多的淡水資源，采用反滲透海水淡化技術生產淡水。但是反滲透法發展至今，仍然存在“高能耗、高污染、高成本”的“三高問題”，為了解決這個問題，課題組提出通過脈動能交換器將反滲透膜法海水淡化技術與噴霧干燥制鹽技術進行耦合的方法，該方法不僅能夠將海水淡化系統中的不利脈動轉化為噴霧干燥系統中的有利脈動，又能通過制鹽實現濃鹽水的零排放，還能通過鹽的經濟效益進一步攤低海水淡化綜合成本。

二、研究方法

該技術的關鍵是研制出脈動能交換器，脈動能交換器是用于傳遞脈動能的機械裝置，即通過脈動能交換器將脈動高壓海水的不利脈動傳遞給噴霧干燥制鹽的熱空氣，并使空氣脈動起來，脈動的熱空氣又可以提高噴霧干燥制鹽的速率，可以變害為利，省去了高壓脈動海水的穩壓所需能量和提高制鹽的效率所需的能量，降低了制造生產成本，從而實現雙效節能，提高海水淡化與制鹽一體化的生產效率。

三、創新點

方法創新：課題組將脈動能運用于實際，將海水淡化所產脈動應用于噴霧干燥制鹽，實現海水淡化與制鹽聯合生產；

技術創新：在脈動熱空氣水分蒸發中研究得出最佳頻率點和最佳振幅點，在脈動能交換器中加入涵蓋上述最佳頻率的可變頻技術和最佳振幅的可變振幅技術；

裝備創新：根據研究結果，初步設計研制出核心裝置——可變頻脈動能交換器和可變振幅的脈動能交換裝置。

四、研究成果

（1）根據課題組提出的脈動能交換的思路，對不同的脈動能交換器設計方案進行了分析，研制出了脈動能交換器的樣機，并搭建了脈動能交換器實驗平臺，通過實驗驗證了脈動能交換器傳遞脈動的可行性。

（2）通過脈動能交換器對管道風壓影響的實驗研究，管道風壓的波動情況主要與管道風速和脈動能交換器的工作壓力有關，其中脈動能交換器工作壓力越大，管道風壓脈動幅度也越大；在管道風速較小時，風壓脈動的規律性較好。

（3）通過噴霧蒸發實驗可以得出利用脈動能交換器造成的脈動空氣進行噴霧蒸發，其實驗結果表明隨著脈動能交換器工作壓力的增大，水分蒸發量也會增大，相比用平穩的氣流進行噴霧干燥，水分蒸發量有一定程度的提高，水分蒸發量提高了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踐經驗：獲得發明專利授權9 項（海水淡化和制鹽一體化的方法，專利號：ZL201510015020.0；一種雙活塞式可變頻脈動能交換器，專利號： ZL201510560164.4；一種活塞擺動耦合式可變頻脈動能交換器，專利號： ZL201510559336.6等），發表學術論文5 篇，該項技術曾獲得中國發明協會2020 年發明創新獎二等獎。