海水淡化—制盐一体化系统中脉动能交换器的研发

承担单位：广东海洋大学

项目负责人：凌长明

完成人员：凌长明；徐青；李军；李儒松；钟音

一、研究背景

水资源的短缺是世界面临的难题，人们为了获得更多的淡水资源，采用反渗透海水淡化技术生产淡水。但是反渗透法发展至今，仍然存在“高能耗、高污染、高成本”的“三高问题”，为了解决这个问题，课题组提出通过脉动能交换器将反渗透膜法海水淡化技术与喷雾干燥制盐技术进行耦合的方法，该方法不仅能够将海水淡化系统中的不利脉动转化为喷雾干燥系统中的有利脉动，又能通过制盐实现浓盐水的零排放，还能通过盐的经济效益进一步摊低海水淡化综合成本。

二、研究方法

该技术的关键是研制出脉动能交换器，脉动能交换器是用于传递脉动能的机械装置，即通过脉动能交换器将脉动高压海水的不利脉动传递给喷雾干燥制盐的热空气，并使空气脉动起来，脉动的热空气又可以提高喷雾干燥制盐的速率，可以变害为利，省去了高压脉动海水的稳压所需能量和提高制盐的效率所需的能量，降低了制造生产成本，从而实现双效节能，提高海水淡化与制盐一体化的生产效率。

三、创新点

方法创新：课题组将脉动能运用于实际，将海水淡化所产脉动应用于喷雾干燥制盐，实现海水淡化与制盐联合生产；

技术创新：在脉动热空气水分蒸发中研究得出最佳频率点和最佳振幅点，在脉动能交换器中加入涵盖上述最佳频率的可变频技术和最佳振幅的可变振幅技术；

装备创新：根据研究结果，初步设计研制出核心装置——可变频脉动能交换器和可变振幅的脉动能交换装置。

四、研究成果

（1）根据课题组提出的脉动能交换的思路，对不同的脉动能交换器设计方案进行了分析，研制出了脉动能交换器的样机，并搭建了脉动能交换器实验平台，通过实验验证了脉动能交换器传递脉动的可行性。

（2）通过脉动能交换器对管道风压影响的实验研究，管道风压的波动情况主要与管道风速和脉动能交换器的工作压力有关，其中脉动能交换器工作压力越大，管道风压脉动幅度也越大；在管道风速较小时，风压脉动的规律性较好。

（3）通过喷雾蒸发实验可以得出利用脉动能交换器造成的脉动空气进行喷雾蒸发，其实验结果表明随着脉动能交换器工作压力的增大，水分蒸发量也会增大，相比用平稳的气流进行喷雾干燥，水分蒸发量有一定程度的提高，水分蒸发量提高了11.7%。

课题组在涉及海洋能利用和海水淡化研究方面积累了大量的理论成果和实践经验：获得发明专利授权9 项（海水淡化和制盐一体化的方法，专利号：ZL201510015020.0；一种双活塞式可变频脉动能交换器，专利号： ZL201510560164.4；一种活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器，专利号： ZL201510559336.6等），发表学术论文5 篇，该项技术曾获得中国发明协会2020 年发明创新奖二等奖。