陶 鈞，宮建國(guó)，曾 勝，單 巖，金 濤

（浙江大學(xué)化工機(jī)械研究所，浙江，杭州，310027）

進(jìn)展與述評(píng)

增濕去濕海水淡化技術(shù)的研究進(jìn)展

陶 鈞，宮建國(guó)，曾 勝，單 巖，金 濤

（浙江大學(xué)化工機(jī)械研究所，浙江，杭州，310027）

增濕去濕海水淡化技術(shù)是對(duì)主流海水淡化技術(shù)的一個(gè)重要補(bǔ)充。本文根據(jù)淡化裝置中潛熱利用方式、物料循環(huán)方式、淡化過程驅(qū)動(dòng)形式、傳熱傳質(zhì)方式和能量供應(yīng)對(duì)增濕去濕海水淡化裝置進(jìn)行了全面系統(tǒng)地分類，并從蒸發(fā)室、冷凝室和供能模塊 3個(gè)方面對(duì)增濕去濕淡化裝置進(jìn)行了詳細(xì)的分析?？偨Y(jié)歸納了表征增濕去濕海水淡化裝置性能的主要指標(biāo)，最后從裝置材料、淡化工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面提出了增濕去濕海水淡化裝置設(shè)計(jì)的思路與建議。

增濕；去濕；海水淡化

多級(jí)閃蒸（MSF）、低溫多效蒸餾（LT-MED）、反滲透（RO）是當(dāng)今海水淡化三大主流技術(shù)。但是這3種方法設(shè)備投資大、造價(jià)高、能耗高，對(duì)海水的預(yù)處理要求高，僅適合大規(guī)模范圍生產(chǎn)淡水，不適合解決小量的淡水需求，比如海島地區(qū)、偏遠(yuǎn)的內(nèi)陸地區(qū)、旅游景點(diǎn)、類似海上平臺(tái)的施工地點(diǎn)等的淡水需求；且這3種方法消耗短缺的電能或石化能源，大量溫室氣體以及淡化后濃縮海水的排放對(duì)環(huán)境具有非常不利的影響。增濕去濕海水淡化技術(shù)巧妙地避開了上述難題，具有規(guī)模靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本適中、維護(hù)簡(jiǎn)單以及可以因地制宜地利用低位熱能和各種可再生能源（如工廠廢熱、地?zé)崮?、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能）等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，因此，它能有效地解決淡水需求量小且需求分散地區(qū)的用水問題。

1 增濕去濕海水淡化裝置原理及其分類

增濕去濕（hum idification-dehum idification，HDH）海水淡化裝置由太陽能蒸餾器發(fā)展而來，太陽能蒸餾器由于不能有效地利用冷凝潛熱，裝置熱效率低。增濕去濕海水淡化技術(shù)是令海水和載氣（一般是空氣）兩者相互接觸，以此提高載氣的溫度和濕度，隨之將其冷凝獲得淡水，并對(duì)冷凝潛熱進(jìn)行有效回收利用的淡化方法。

各國(guó)研究者設(shè)計(jì)建立了各種各樣的增濕去濕海水淡化裝置，研究表明相對(duì)于傳統(tǒng)太陽能蒸餾器，增濕去濕淡化裝置提高熱效率的同時(shí)增大了淡水產(chǎn)量[3]。根據(jù)淡化裝置中潛熱利用方式、物料循環(huán)方式、淡化過程驅(qū)動(dòng)形式、傳熱傳質(zhì)方式和能量供應(yīng)，可以將增濕去濕海水淡化裝置進(jìn)行分類，具體分類見圖1。

圖1 增濕去濕海水淡化裝置的分類

1.1 潛熱利用方式

根據(jù)不同海水淡化裝置將冷凝潛熱用于預(yù)熱海水還是直接用于蒸發(fā)海水，可以將增濕去濕海水淡化裝置分為傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置和露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置。

傳統(tǒng)增濕去濕海水淡化裝置一般由蒸發(fā)室、冷凝室和加熱器組成，載氣（一般是空氣）在蒸發(fā)室中與海水接觸并被增濕，攜帶一定量的水蒸氣后進(jìn)入冷凝室去濕冷凝得到淡水，冷凝潛熱則可以通過預(yù)熱進(jìn)料海水進(jìn)行回收。加熱器既可以用來加熱海水，也可以用來加熱空氣。圖2（a）是一個(gè)典型的傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置的原理示意圖。

區(qū)別于傳統(tǒng)增濕去濕海水淡化技術(shù)將冷凝潛熱只用來預(yù)熱進(jìn)料海水，露點(diǎn)蒸發(fā)海水淡化技術(shù)于1989年由Albers等[4]提出，通過熱傳遞將冷凝與蒸發(fā)過程耦合起來，將冷凝潛熱直接傳遞到蒸發(fā)室，為蒸發(fā)海水提供汽化潛熱；同時(shí)在蒸發(fā)室與冷凝室之間維持一個(gè)有序的溫度梯度，使傳熱過程在較低的溫差下進(jìn)行，盡可能提高過程的熱效率。圖2（b）是

圖2 典型的傳統(tǒng)增濕去濕裝置及露點(diǎn)蒸發(fā)裝置原理示意圖

一個(gè)典型的露點(diǎn)蒸發(fā)海水淡化裝置的原理示意圖。實(shí)際上該過程并不涉及傳統(tǒng)的蒸發(fā)過程，只發(fā)生由氣液平衡規(guī)律決定的汽化和冷凝過程，為了區(qū)別于沸點(diǎn)蒸發(fā)，習(xí)慣稱其為“露點(diǎn)蒸發(fā)”[5]。它是增濕去濕淡化技術(shù)的一個(gè)重要分支，丁濤等[6]將其稱為“直接熱耦合增濕去濕淡化過程”的表述更為貼切。

1.2 物料循環(huán)方式

增濕去濕淡化裝置中海水和空氣的循環(huán)方式均可分為開路和閉路，即海水在蒸發(fā)室與空氣接觸后，既可以作為冷卻水至冷凝室循環(huán)流動(dòng)也可以直接排出；空氣在冷凝室冷凝降溫后既可以循環(huán)至蒸發(fā)室增濕升溫也可以直接排空。圖2所示的兩個(gè)典型淡化裝置中，海水開路，空氣閉路。

Al-Hallaj和Farid等[7-10]分別用鍍鋅鋼、樹脂玻璃、PVC管建立了3個(gè)不同規(guī)模的噴淋式海水開路空氣閉路加熱海水傳統(tǒng)增濕去濕海水淡化裝置（前兩個(gè)設(shè)置在約旦，后一個(gè)設(shè)置在馬來西亞）并對(duì)其進(jìn)行了深入研究。研究表明，在該類裝置中，海水流率對(duì)蒸發(fā)室和冷凝室的效果影響較大，而空氣流動(dòng)速率對(duì)設(shè)備的影響很小，即在空氣閉路情況下空氣自然對(duì)流傳質(zhì)要優(yōu)于空氣強(qiáng)制對(duì)流傳質(zhì)。其他較多研究者也對(duì)該類型的淡化裝置進(jìn)行了研究，其所得的淡水產(chǎn)率在 4～12 kg/(m2?d)之間，造水比在1.2～4.5之間[2]。

Narayan等[2]指出海水閉路空氣開路傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置的缺點(diǎn)在于循環(huán)的海水不能有效地冷凝載濕氣體，但同時(shí)強(qiáng)調(diào)，采取高效率的增濕措施可以降低循環(huán)海水的溫度從而提高淡水產(chǎn)量。代彥軍等[11-12]設(shè)計(jì)建立的海水閉路空氣開路傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置中，將一定量的冷海水引入到海水閉路循環(huán)中，并用其冷凝開路載濕空氣，改善了冷凝效果。研究表明，海水的溫度和流量、空氣的流動(dòng)速率對(duì)該類型淡化裝置的性能影響較大。在給定的海水溫度下，存在一個(gè)最佳的空氣流動(dòng)速率。

Yuan等[13]在其建立的海水閉路空氣閉路傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置中，使蒸發(fā)室與冷凝室共用一個(gè)空間，同樣將一定量的冷海水引入裝置并使其隨主體海水循環(huán)，該裝置可晝夜連續(xù)運(yùn)行，在西安地區(qū)該裝置 7月份和 12月份平均淡水產(chǎn)量分別為5.2 kg/(m2?d)和2.7 kg/(m2?d)。

Nafey等[14-15]建立了噴淋式增濕去濕淡化裝置的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)提出的空氣閉路海水開路加熱空氣裝置、空氣閉路海水開路加熱海水裝置、空氣閉路海水開路加熱海水和空氣裝置、具有儲(chǔ)熱水箱的空氣閉路海水開路加熱海水和空氣裝置進(jìn)行了理論分析，分析結(jié)果表明，第4種裝置產(chǎn)水率最高。值得注意的是，該研究中的裝置引入了外加冷卻水對(duì)載濕氣體進(jìn)行冷凝，沒有考慮裝置的熱效率，對(duì)冷凝潛熱也沒有回收利用。該研究也暗示了儲(chǔ)熱水箱在增濕去濕淡化裝置中的重要性。

總結(jié)分析可得，海水或空氣閉路對(duì)提高裝置的熱效率有利，但卻導(dǎo)致泵的功耗增多；海水或空氣開路對(duì)提高裝置的淡水產(chǎn)率有利，但卻導(dǎo)致裝置熱量散失增多。

1.3 淡化過程驅(qū)動(dòng)形式

根據(jù)淡化過程的驅(qū)動(dòng)形式，可以將增濕去濕淡化裝置分為熱驅(qū)動(dòng)淡化裝置和壓力驅(qū)動(dòng)淡化裝置。

當(dāng)采用熱能驅(qū)動(dòng)淡化裝置時(shí)，可以選擇對(duì)海水或者空氣進(jìn)行加熱。前已述及，采用太陽能集熱器對(duì)海水進(jìn)行加熱是研究者普遍采用的一種做法。

Houcine等[16-20]研究了只加熱空氣的海水開路空氣閉路淡化裝置，在空氣進(jìn)入蒸發(fā)室之前對(duì)其加熱，研究結(jié)果表明裝置的熱效率較低，其原因在于難于回收冷凝潛熱。Narayan等[2，21]提出了對(duì)該類裝置的改進(jìn)措施，即令空氣先與海水進(jìn)行傳質(zhì)傳質(zhì)，然后再對(duì)其進(jìn)行加熱，分析表明該措施能有效地提高裝置的熱效率，其原因在于有效地回收了冷凝潛熱。

Vlachogiannis等[22]研究了以壓力作為驅(qū)動(dòng)力的露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置，空氣通過鼓泡的方式與海水接觸，增濕后的空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，從而溫度升高，增濕升溫后的空氣被引入冷凝室中冷凝，冷凝潛熱直接傳遞給蒸發(fā)室蒸發(fā)海水?；旌蠚怏w的高氣水比增大了機(jī)械壓縮的成本，導(dǎo)致該過程淡水產(chǎn)率較低，能耗較高。Narayan等[2，21]提出了空氣閉環(huán)海水開環(huán)壓力驅(qū)動(dòng)的噴淋式傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置，該類裝置同樣令空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮增壓升溫后進(jìn)入冷凝室，在冷凝室中冷凝并預(yù)熱進(jìn)料海水，降溫去濕后的空氣進(jìn)入蒸發(fā)室之前經(jīng)過一個(gè)膨脹閥，因此，蒸發(fā)室中的壓力比冷凝室中的壓力低，理論分析表明該類裝置的造水比可以達(dá)到5。

以熱能或?qū)⑵渌茉崔D(zhuǎn)化為熱能驅(qū)動(dòng)增濕去濕淡化裝置是研究者較多采用的做法。壓力驅(qū)動(dòng)淡化過程中，通過改變壓力來改變載氣的溫度，從而形成增濕去濕的循環(huán)，這為機(jī)械能用于海水淡化提供了有益的示范。

2 增濕去濕海水淡化裝置的組成部分

傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置的蒸發(fā)室與冷凝室大多是分離的，少數(shù)研究者將蒸發(fā)室與冷凝室設(shè)置在同一個(gè)空間內(nèi)。為了方便地將冷凝室中的冷凝潛熱傳遞至蒸發(fā)室，露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置一般采用蒸發(fā)室與冷凝室相鄰的結(jié)構(gòu)。下文將具體對(duì)淡化裝置的蒸發(fā)室與冷凝室進(jìn)行分析。

2.1 蒸發(fā)室

用于海水和空氣傳熱傳質(zhì)的蒸發(fā)室形式可以是噴淋、降膜和鼓泡。在眾多傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置的蒸發(fā)室中，空氣與噴淋的海水逆向流動(dòng)是最為常見的傳熱傳質(zhì)方式。Beckman等[23-24]在其建立的豎直露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置中采用了降膜傳質(zhì)方式，其先后利用附有紗布的聚酯薄膜、聚丙烯薄膜以及聚丙烯雙壁板來分隔蒸發(fā)室與冷凝室，由于前兩種材料剛性不足，從而導(dǎo)致裝置性能不佳。在其改進(jìn)工作中，將多塊雙壁板豎直平行放置，相鄰兩板之間設(shè)置一系列水平支撐件，從而形成無折流件和有折流件兩個(gè)空間。其設(shè)計(jì)的兩類裝置，一類是將有折流件的空間作為蒸發(fā)室，一類是將其作為冷凝室。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，將折流件設(shè)置在蒸發(fā)室，令空氣與海水錯(cuò)流接觸的裝置性能較佳。熊日華[25]引入管殼式結(jié)構(gòu)作為蒸發(fā)室與冷凝室的耦合結(jié)構(gòu)，令海水沿銅管內(nèi)壁降膜蒸發(fā)，利用蒸汽發(fā)生器向增濕后的空氣中加入一定量蒸汽，使其溫度升高并將其導(dǎo)入殼程冷凝，冷凝潛熱經(jīng)銅管壁傳遞給管程。El-Agouz等[26-28]研究了基于鼓泡傳質(zhì)的增濕去濕過程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，淡水產(chǎn)率受海水溫度和空氣流量的影響較大，受海水液位高度和空氣初溫影響較小。郭麗瑋[29]設(shè)計(jì)了基于鼓泡傳質(zhì)的海水閉路空氣閉路的傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置，利用空氣泵和曝氣頭將空氣細(xì)化并鼓入蒸發(fā)室，研究顯示鹽水溫度對(duì)空氣的增濕效果影響較大，其次是載氣流量，海水的液位高度影響較小。劉忠[30]設(shè)計(jì)建立了基于鼓泡傳質(zhì)的多級(jí)露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置，采用砂頭細(xì)化空氣，同樣表明淡水產(chǎn)率隨海水初溫和空氣流量的增大而增大，裝置的淡水產(chǎn)率為1.2～1.6 kg/h。相對(duì)于噴淋和降膜傳質(zhì)方式，鼓泡傳質(zhì)方式在降低能耗方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樾纬蓺馀莸目諝獗玫墓膶⑦h(yuǎn)遠(yuǎn)小于形成降膜和噴淋所需的水泵的功耗。

有研究者在蒸發(fā)室中設(shè)置了各種各樣的填料，以此來增強(qiáng)海水與空氣的傳熱傳質(zhì)效果。Nafey等[15]在其噴淋式蒸發(fā)室中使用帆布作為填料，A l-Hallaj與 Nawayseh等[9]分別在各自所建立裝置的蒸發(fā)室中設(shè)置傾斜45°木片和垂直木片作為填料，以此來增加海水與空氣的接觸時(shí)間和接觸面積。Dai等[11-12]與 Guo等[13]在各自設(shè)計(jì)的裝置中皆采用了紙蜂窩結(jié)構(gòu)高效蒸發(fā)器。Beckman等[24]在其露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置蒸發(fā)室中設(shè)置了網(wǎng)狀發(fā)泡填料。

填料的選用與其潤(rùn)濕性、價(jià)格、壽命以及對(duì)壓降的影響等密切相關(guān)。值得注意的是，填料的材質(zhì)對(duì)水質(zhì)的影響也不容忽視，應(yīng)選擇無污染的材質(zhì)作為填料。

2.2 冷凝室

為了將增濕升溫后的空氣冷凝，研究者采用了不同的冷源以及冷卻手段。在傳統(tǒng)增濕去濕淡化裝置中，通常利用進(jìn)料海水冷凝載濕空氣同時(shí)回收潛熱。前已述及，當(dāng)海水閉路循環(huán)時(shí)，循環(huán)海水對(duì)載濕氣體的冷凝效果并不十分理想。其他研究者[31]采用外加冷凝水冷卻載濕空氣，增強(qiáng)了冷凝效果，提高了淡水產(chǎn)量，然而該措施也會(huì)使產(chǎn)水成本明顯增大。Hashemifard等[32]在冷凝器中采用了淡水噴淋的直接接觸式的冷凝方式。

當(dāng)利用冷凝水冷凝載濕空氣時(shí)，換熱器的型式對(duì)冷凝效果的影響也不容忽視。盤管式換熱管是較為常用的一種型式，Nawayseh等[9]將一定數(shù)量的翅片焊接在換熱管上，以此來增強(qiáng)傳熱效果，劉忠[30]則在冷凝室中采用了翅片結(jié)構(gòu)。冷凝室中不凝氣的存在是影響冷凝效果的重要因素，朱愛梅等[33]對(duì)其進(jìn)行了深入研究，研究指出提高操作溫度和氣液流速能有效改善傳熱過程。熊日華[25]進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)表明，在殼程（冷凝室）中設(shè)置高密度折流板能有效地強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)效果。

因此，盡量選擇導(dǎo)熱率大的材料、減少傳熱死區(qū)、采用折流板對(duì)空氣進(jìn)行擾流等手段以改善傳熱效果，提高裝置的性能。另外，在露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置中，由于蒸發(fā)室與冷凝室的傳熱溫差比較小，因此要求換熱器有較大的換熱面積。

2.3 裝置的供能模塊

能夠因地制宜地利用低位能源來生產(chǎn)淡水是增濕去濕海水淡化裝置最主要的優(yōu)點(diǎn)之一。各國(guó)研究者建立的淡化裝置采用了各種能源來驅(qū)動(dòng)淡化過程，其中以太陽能集熱器的形式利用太陽能來加熱海水或空氣的裝置在文獻(xiàn)報(bào)道中最為普遍。眾多研究[14，34]顯示，太陽輻射強(qiáng)度對(duì)裝置的產(chǎn)水率具有決定性的影響，且該影響具有一定的滯后性[35]。值得注意的是，大多數(shù)研究者采用了間接利用太陽能的方式，即令太陽能集熱器中的純水通過換熱器與蒸發(fā)室中的海水進(jìn)行換熱，這雖然能避免集熱器直接加熱海水引起的腐蝕與結(jié)垢，但卻需要引入水泵，從而增加了能量消耗。另外，較多的研究者在實(shí)驗(yàn)研究階段采用了電能，通過電加熱器或蒸汽發(fā)生器對(duì)裝置供能。Bourouni等[36-38]應(yīng)用地?zé)崮茏鳛檠b置的能量來源，其蒸發(fā)室采用水平管降膜蒸發(fā)的形式，結(jié)果顯示，該裝置的淡水產(chǎn)量在20～50 kg/h之間變化。結(jié)果表明地?zé)崮艿睦檬钩杀窘档图s75%。

風(fēng)能作為增濕去濕淡化裝置的能量來源在文獻(xiàn)中未見報(bào)道。而實(shí)際上，風(fēng)能可以作為太陽能的互補(bǔ)能源。以我國(guó)為例，三北地區(qū)（西北、華北北部、東北）及東南沿海地區(qū)有豐富的太陽能和風(fēng)能資源，這兩種能源受季節(jié)、 溫度、環(huán)境的影響較大，是不穩(wěn)定能源，但它們又有互補(bǔ)性。例如，新疆、內(nèi)蒙古等三北地區(qū)，冬春季風(fēng)力強(qiáng)，夏秋季風(fēng)力弱，而太陽輻射則剛好相反。在風(fēng)力強(qiáng)的季節(jié)或時(shí)間內(nèi)以風(fēng)力供能為主，以太陽能供能為輔；在風(fēng)力弱的季節(jié)或時(shí)間以太陽能供能為主，以風(fēng)力供能為輔，在資源利用上恰好可以互補(bǔ)。在24 h內(nèi)也可以互補(bǔ)，白天風(fēng)力弱以太陽能供能為主，晚上風(fēng)力強(qiáng)以風(fēng)力供能為主。另外，利用生物質(zhì)能，如在偏遠(yuǎn)島嶼上利用有機(jī)物發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，也可以為增濕去濕淡化裝置供能。

3 增濕去濕淡化裝置的性能及其表征

3.1 熱效率

熱法海水淡化的熱效率一般用造水比（gained output ratio，GOR）來表示。不同的研究者提出了不同的GOR定義及其計(jì)算方法。表1列出了具有代表性的幾種定義方法。定義1適合于由蒸汽驅(qū)動(dòng)的淡化裝置。定義2的表述則易于引起誤解，根據(jù)該文獻(xiàn)中 GOR的計(jì)算方法，其實(shí)際定義為設(shè)備生產(chǎn)的淡水質(zhì)量與所吸收的太陽能蒸餾所得的淡水質(zhì)量的比值，該定義方法使GOR的計(jì)算簡(jiǎn)便，但是沒有將加熱裝置的熱效率考慮在內(nèi)。同樣，定義 4也沒有考慮太陽能集熱器的效率。定義3僅局限于該文獻(xiàn)[36]所研究的裝置，不便于淡化裝置間的相互比較。定義5將加熱裝置的效率考慮在內(nèi)，可以方便普遍地用來衡量熱法淡化裝置的熱效率。

表1 GOR的不同定義和計(jì)算方法

3.2 淡水生產(chǎn)能力

為了表征淡化裝置的淡水生產(chǎn)能力，一般定義單位時(shí)間得到的淡水量為淡水產(chǎn)率，單位為kg/h或kg/d。在太陽能海水淡化裝置中，為了表征太陽能集熱器的效率，也可將其定義為單位太陽能集熱器面積上單位時(shí)間得到的淡水量，單位為kg/(m2?h)或kg/(m2?d)。

3.3 產(chǎn)水成本

并不是所有的研究者都對(duì)增濕去濕淡化裝置的產(chǎn)水成本進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析，實(shí)際上產(chǎn)水成本的大小是決定增濕去濕淡化裝置能否商業(yè)化的關(guān)鍵因素。計(jì)算淡水生產(chǎn)成本時(shí)，應(yīng)該綜合考慮淡化裝置的投資費(fèi)用、操作與維護(hù)費(fèi)用以及能源費(fèi)用（后兩者也可合并稱為運(yùn)行費(fèi)用）。由于增濕去濕淡化裝置可以有效地利用太陽能等可再生能源，因此裝置的能源費(fèi)用在淡水成本中的比例較小，降低投資費(fèi)用可以有效地降低產(chǎn)水成本。Beckman等[23]對(duì)其設(shè)計(jì)的4個(gè)日產(chǎn)水量均為3.8 t的露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置的經(jīng)濟(jì)分析表明，裝置的投資費(fèi)用在1646～2814美元之間，每天的運(yùn)行費(fèi)用在3.82～3.43美元之間，該作者指出該費(fèi)用低于傳統(tǒng)的淡化工藝的產(chǎn)水費(fèi)用。

4 結(jié) 語

增濕去濕海水淡化技術(shù)已引起世界的廣泛關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，基于該技術(shù)的海水淡化裝置還存在一些問題，如：淡水產(chǎn)率有待提高；當(dāng)裝置中海水溫度較低時(shí)，傳熱傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力較小，對(duì)冷凝換熱器的要求較高；另外，部分增濕去濕淡化裝置中耗能元件較多，導(dǎo)致產(chǎn)水成本較高。

在對(duì)增濕去濕淡化技術(shù)詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，可以總結(jié)出高效增濕去濕淡化裝置的設(shè)計(jì)思路及建議如下所述。

（1）在裝置材料的選用上，盡量選擇輕質(zhì)、便宜、無毒且熱導(dǎo)率高的材料，降低裝置的投資費(fèi)用。

（2）在工藝的選用上，盡量對(duì)冷凝潛熱進(jìn)行有效地回收。盡量減少工藝過程中的耗能元件，選擇耗能元件少的工藝。

（3）在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，在冷凝室中應(yīng)盡量減少傳熱死區(qū)，采用折流板對(duì)空氣進(jìn)行擾流等手段改善傳熱效果。另外，當(dāng)傳熱溫差較小時(shí)，應(yīng)增大換熱器的換熱面積。

（4）在能源的利用上，應(yīng)因地制宜地利用各種可再生能源，從而降低淡化裝置能源費(fèi)用。

（5）在太陽能增濕去濕海水淡化裝置中，通過設(shè)置儲(chǔ)熱水箱可以實(shí)現(xiàn)裝置24 h連續(xù)運(yùn)行。為了達(dá)到同樣目的，可以將風(fēng)能和太陽能互補(bǔ)應(yīng)用于增濕去濕淡化裝置的供能。

（6）為了減少淡化裝置的熱量散失，保證淡化裝置的熱效率，應(yīng)保證其密封性，并采用高效保溫材料以提高其保溫性能。

（7）負(fù)壓環(huán)境可以成倍提高空氣的載濕能力。因此可以考慮采取一定措施，使蒸發(fā)室中形成一定的真空度。

[1] Parekh S，F(xiàn)arid M M，Selman J R，et al. Solar desalination w ith a humidification-dehumidification technique──A comprehensive technical review[J].Desalination，2004，160（2）：167-186.

[2] Narayan G P，Sharqawy M H，Summers E K，et al.The potential of solar-driven hum idification-dehum idification desalination for small-scale decentralized water production[J].Renewable & Sustainable Energy Reviews，2010，14（4）：1187-1201.

[3] Farid M ， Al-Hajaj A W. Solar desalination w ith a humidification-dehumidification cycle[J].Desalination，1996，106（1-3）：427-429.

[4] Larson R，Albers W，Beckman J，et al.The carrier-gas process-a new desalination and concentration technology [J].Desalination，1989，73（1-3）：119-137.

[5] 高從堦. 海水淡化及海水與苦咸水利用[M]. 北京：高等教育出版社，2007：125-129.

[6] 丁濤，王世昌. 直接熱耦合增濕-去濕海水淡化過程數(shù)值模擬[J].水處理技術(shù)，2010（2）：39-43.

[7] A l-Hallaj S，F(xiàn)arid M M，Tam im i A R. Solar desalination w ith a hum idification-dehum idification cycle：Performance of the unit[J].Desalination， 1998，120（3）：273-280.

[8] Nawayseh N K，F(xiàn)arid M M，Omar A A，et al.A simulation study to improve the performance of a solar hum idification-dehum idification desalination unit constructed in Jordan[J].Desalination， 1997，109（3）：277-284.

[9] Nawayseh N K，F(xiàn)arid M M，Al-Hallaj S，et al.Solar desalination based on hum idification process Ⅰ. Evaluating the heat and mass transfer coefficients[J].Energy Conversion and Management，1999，40（13）：1423-1439.

[10] Farid M M，Parekh S，Selman J R，et al.Solar desalination with a hum idification-dehum idification cycle：Mathematical modeling of the unit[J].Desalination，2003，151（2）：153-164.

[11] Dai Y J，Zhang H F. Experimental investigation of a solar desalination unit w ith hum idification and dehum idification[J].Desalination，2000，130（2）：169-175.

[12] Dai Y J，Wang R Z，Zhang H F. Parametric analysis to improve the performance of a solar desalination unit w ith hum idification and dehum idification[J].Desalination，2002，142（2）：107-118.

[13] Yuan G，Zhang H. Mathematical modeling of a closed circulation solar desalination unit w ith hum idification-dehum idification[J].Desalination，2007， 205（1-3）：156-162.

[14] Nafey A S，F(xiàn)ath H E S，El-Helaby S O，et al.Solar desalination using humidification dehumidification processes. Part Ⅰ. A numerical investigation[J].Energy Conversion and Management， 2004，45（7-8）： 1243-1261.

[15] Nafey A S，F(xiàn)ath H E S，El-Helaby S O，et al.Solar desalination using hum idification-dehum idification processes. Part Ⅱ. An experimental investigation[J].Energy Conversion and Management，2004，45（7-8）： 1263-1277.

[16] Efat C. A new type of seawater desalination plants using solar energy[J].Desalination，2003，156（1-3）：333-348.

[17] Houcine I，BenAmara M，Guizani A，et al.Pilot plant testing of a new solar desalination process by a multiple-effect-hum idification technique[J].Desalination，2006，196（1-3）：105-124.

[18] Ben Amara M，Houcine I，Guizani A，et al.Experimental study of a multiple-effect hum idification solar desalination technique[J].Desalination，2004，170（3）：209-221.

[19] Yamal? C， Solmus I. A solar desalination system using hum idification–dehum idification process：Experimental study and comparison w ith the theoretical results[J].Desalination，2008，220（1-3）：538-551.

[20] Efat C. Design of plants for solar desalination using the multi-stag heating/humidifying technique[J].Desalination，2004，168：55-71.

[21] Narayan G P， Sharqawy M H， Lienhard J H，et al.Thermodynam ic analysis of hum idification dehum idification desalination cycles[J].Desalination and Water Treatment，2010，16（1-3）：339-353.

[22] V lachogiannis M，Bontozoglou V，Georgalas C，et al.Desalination by mechanical compression of hum id air[J].Desalination，1999，122（1）：35-42.

[23] Ham ieh B M，Beckman J R. Seawater desalination using Dewvaporation technique：Experimental and enhancement work w ith econom ic analysis[J].Desalination，2006，195（1-3）：14-25.

[24] Hamieh B M，Beckman J R. Seawater desalination using Dewvaporation technique：Theoretical development and design evolution[J].Desalination，2006，195（1-3）： 1-13.

[25] 熊日華. 露點(diǎn)蒸發(fā)海水淡化技術(shù)研究[D]. 天津：天津大學(xué)，2004.

[26] El-Agouz S A. Desalination based on hum idificationdehumidification by air bubbles passing through brackish water[J].Chemical Engineering Journal，2010，165（2）：413-419.

[27] El-Agouz S A. A new process of desalination by air passing through seawater based on humidification[J].Energy，2010，35（12）：5108-5114.

[28] El-Agouz S A， Abugderah M. Experimental analysis of hum idification process by air passing through seawater[J].Energy Conversion and Management，2008，49（12）：3698-3703.

[29] 郭麗瑋. 鼓泡增濕-去濕太陽能海水淡化技術(shù)的研究[D]. 天津：天津大學(xué)，2009.

[30] 劉忠. 多效鼓泡蒸發(fā)式太陽能海水淡化技術(shù)研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)， 2010.

[31] A l-Enezi G，Ettouney H，F(xiàn)awzy N. Low temperature hum idification dehumidification desalination process[J].Energy Conversion and Management，2006，47（4）：470-484.

[32] Hashemifard S A，Azin R. New experimental aspects of the carrier gas process (CGP)[J].Desalination，2004，164（2）：125-133.

[33] 朱愛梅，王世昌. 海水淡化露點(diǎn)蒸發(fā)傳熱柱中不凝氣分率的變化及其對(duì)傳熱過程的影響[J]. 水處理技術(shù)，2007（7）：41-43.

[34] Yuan G，Wang Z，Li H，et al.Experimental study of a solar desalination system based on hum idification–dehum idification process[J].Desalination，2011，277（1-3）： 92-98.

[35] Zhani K，Ben Bacha H. Experimental investigation of a new solar desalination prototype using the hum idification dehum idification principle[J].Renewable Energy，2010，35（11）：2610-2617.

[36] Bourouni K，Deronzier J C，Tadrist L. Experimentation and modelling of an innovative geothermal desalination unit[J].Desalination，1999，125（1-3）：147-153.

[37] Bourouni K，Chaibi M T. Modelling of heat and mass transfer in a horizontal-tube falling-film condenser for brackish water desalination in remote areas[J].Desalination，2004，166（0）：17-24.

[38] Bourouni K，Martin R，Tadrist L，et al.Modelling of heat and mass transfer in a horizontal-tube falling-film evaporator for water desalination[J].Desalination，1998，116（2-3）：165-183.

[39] Ham ieh B M，Beckman J R，Ybarra M D. Brackish and seawater desalination using a 20 ft2dewvaporation tower[J].Desalination，2001，140（3）：217-226.

Research progress of hum idification-dehum idification desalination process

TAO Jun，GONG Jianguo，ZENG Sheng，SHAN Yan，JIN Tao
（Institute of Process Equipment，Zhejiang University，Hangzhou 310027，Zhejiang，China）

Hum idification-dehum idification (HDH) desalination process serves as an important supplement to traditional desalination processes. In this work，HDH systems are classified according to the use of latent heat，material circulation，form of driving，heat and mass transfer methods and energy supply. Components of the HDH systems，such as hum idifier，dehum idifier and energy supply module，were analyzed in detail. Performance indices of the HDH systems were summarized. Finally，design suggestions for HDH systems were proposed in terms of material，desalination technology，structural design，etc.

hum idification; dehum idification; desalination

P 747+.19

A

1000–6613（2012）07–1419–06

2012-01-06；修改稿日期：2012-02-20。

浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2010C33052）。

陶鈞（1987—），男，碩士研究生。E-mail taojun985@163.com。聯(lián)系人：金濤，教授，從事化工機(jī)械設(shè)計(jì)及分析、海水淡化及海洋能利用等研究。