楼主: 好年华
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[原创]一个简单易行、利国利民的海水淡化方案 [推广有奖]

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好年华 发表于 2006-8-12 22:11:00 |AI写论文

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中国的水资源缺乏,尤其在北方地区,形势已经非常严峻,不仅严重制约国民经济的发展,也是生态环境持续恶化的重要原因--由于长期抽取地下水,使得地下水位急剧下降,已经降到几十米以下,地表植物得不到水的供应,不管你种什么树、种什么草都只能枯死。于是,再怎么“植树造林”也是事倍功半,而荒漠化和沙尘暴则日甚一日。地表污染物得不到水的溶解、稀释和流动、排清,当然也必加剧环境污染。这种情景,相信在北京、华北地区生活的网友深有体会,无用我多言。水是生命之源,人体70%以上的重量是水,没有水,一切无从谈起。

于是各种各样的“解决方案”最近又被炒起来,其中主要集中在“调水”上。例如已经在实施的“南水北调”,尚在研究中的西藏调水(所谓“朔天运河”),等等。这些论者,“手笔”、“气魄”不可谓不大矣,想象不可谓不“雄奇”矣,但是由此而产生的巨大的人力、物力的投入,与及可能出现的种种不可预测的后果--例如耗费巨大而收效远不如预期,或者干脆技术上存在不可克服的困难,统统没有详细考虑过。据资料披露,即使是原“南水北调”方案,总费用摊到每吨水的成本上,还不如直接煮海水了事。“朔天运河”规模浩大,风险极高,而且一旦上马就停不下来,只能不断投入,很可能将整个国家的人力、物力、财力全部吸干,还成了一个半拉子工程。这就不仅仅是经济问题了,势必还会引起社会动荡。请问谁敢保证不会出现这个结果?谁又有任何措施防止出现这样的结果?所以,我劝那些爱激动,爱幻想,爱“大手笔”、“大气魄”的人--多数是“左派”网友,冷静一点,清醒一点为好。

至于“节水”方面,这些喜欢“大手笔”、“大气魄”的“豪迈”的“左派”网友是不会有兴趣的,当然,也可能是没有那种知识。既然他们有那么多空闲时间在网上溜达和吵架,好应该找一找节水方面的资料,增长知识,并以实际行动支援国家建设嘛--资料自己找,我就不给他们代劳了。

除了“调水”和“节水”,第三种方案就是海水淡化了。中国的海岸线并不短,而且沿海的人口和工业密集,用水量远大于内陆地区。如能在海水淡化方面取得突破,实在是比任何修渠筑坝都能投资小效益大,而且立竿见影的解决方案。但是网上看到的这类讨论却是最少的。原因可能是“左派”网友觉得专业知识不足,远不如“朔天运河”这样的“大手笔”、“大气魄”工程容易扯淡--因为这样的方案其实是不需要太多专业知识的,只需要“雄奇”的想象力--越“雄奇”、越“壮丽”越好,扯得越远越好,扯到“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”就最好。这些人不是在做工程设计,而是在作诗。

几年前我倒是在网上看过一个哥们(哪里的就不说了,免得该地区的网友产生误解)搞的海水淡化方案。这位老兄自称是“民间科学家”,有二百多项发明,还有些获得过这个奖那个奖和什么专利之类。他的方案大体来说就是,利用直流电极,将咸水中的正离子集中于阴极,负离子集中于阳极,于是,中间那一部份必然是离子浓度最低的,将它抽取出来,如此重复几次,就可得到符合标准的淡水。此君还说自己已经做过N次试验,证明完全可行云云。

看完这个所谓“方案”,我就再没有兴趣看这位老兄的其他“发明”了。此君和那些天天嚷嚷,唯恐别人不知道自己已经证明了哥德巴赫猜想的“民间数学家”,推翻了爱因斯坦相对论的“民间物理学家”,或者否定了“西方经济学”、创立了“东方经济学”的“民间经济学家”大体同类。根据简单的物理常识,如果正、负离子真能集中到阴极和阳极,那必然产生相应的电势能,这个能量从何而来?显然,只能是直流电源提供的。这种电势能的方向是反抗原直流电场,直至两者互相抵消。因此,每一次“离子分流”都要消耗电能;由于水中的离子运动速度很快,碰撞(引起电场混乱)频繁,要取得一点点的“离子分流”的效果,消耗的电能都会很大。这样即使能将海水淡化,成本也将很高,远远得不偿失--不如直接将海水电解,分离出氢气、氧气和氯气(因含有NaCl),然后将氢气燃烧,重新得到水H2O,还能得到烧碱NaOH和高氯酸HClO3呢。事实上,所谓“离子分流”也根本不可能实现--将出现的情况是,尽管阴极附近正离子浓度高,阳极附近负离子浓度高,但在中间部分,正离子和负离子浓度相等,而总离子浓度维持不变。电场只能改变正、负离子的相对分布,不能改变总离子浓度,咸水依然是那么咸,不信你试试看。

国际上比较先进的方案好象是用渗透薄膜。这种薄膜有很微小的孔,只能让H2O分子通过,而不能让Na+和Cl-离子通过,由此将海水淡化。不过,这种技术比较复杂,薄膜的生产成本高,使用寿命也短,否则早就推广了。难道就没有简单易行的办法了吗?当然不是。关键是看你有没有认真去想,有没有真正用心而不是用嘴去“为人民服务”。在中国这样一个水资源和能源压力都很大的国家,竟然从来没有人提出过类似我下面这样现实和巧妙的解决方案,除了说明某些“干部”(例如主管者)尸位素餐,酒囊饭袋;某些“群众”(例如“左派”网友)以为昭昭,其实昏昏之外,实在没有其他解释。

中国的煤炭资源还是相当丰富的,但直接烧煤来煮海水又太过奢侈,投资也相当大。目前,中国的电力主要由火电提供,大型火电厂都采用蒸汽轮机发电。这种发电的过程是,通过燃烧煤炭,将锅炉的水汽化,形成高温高压的水蒸汽,直接推动机组叶片旋转发电。部分水蒸汽在叶片上冷却成水,没有用完的水蒸汽也冷却凝固,这两部分水都会收集起来,循环再用,这样就不需要消耗太多的水。

这种循环用水的方式,对于那些水资源很丰富的国家和地区倒是无所谓的。因为水经过蒸馏,纯度很高,杂质很少,可以比较好地保护锅炉、管道和叶片。但是对于中国,尤其水资源非常紧张的华北地区,就应该换一换脑筋来考虑问题了--何不用海水煮沸,然后将发电后重新凝结的淡水收集起来,直接形成居民和工业用的自来水?这样,既不用只为了海水淡化而浪费宝贵的煤炭,也不用专门去建烧煤的海水淡化厂,现有的火电厂稍加改造,就能变成自来水厂,唯一可能增加的成本就是需要采用质量更高、耐腐蚀性更强的锅炉、管道和叶片(加热的海水对金属有一定的电化腐蚀作用,主要是锅炉),维护、保养、清洗、更换的工作多一些罢了。相对于解决水问题的重要性,这是微不足道的代价。

现在就来估算一下,这个办法可以生产出多少的水,多大的经济效益和社会效益:

一个100万千瓦的火力发电厂,年发电量(满负荷)为100万x24x365=87.6亿千瓦时(度)。设电价1元/度,年总产值为87.6亿元(未扣除成本,下同)。

液态水的比热容为4.18焦耳/(克·摄氏度),在1个标准大气压和100℃情况下,水的汽化热为 2253.02焦耳/克 ,因此1克水从20℃开始加热,到沸腾和全部汽化,消耗热量为4.18x(100-20)+2253.02=2587.42焦耳,1吨水就是2587.42x1000x1000=2.5874x10^9焦耳。由于海水实际的含盐量比较低,一吨海水由20℃加热、沸腾和汽化所需的热量大致相同。

一般地,蒸气轮机发电的效率为30%~40%,平均取35%;那么,前述100万千瓦火电厂一年所产生的电能为1000x1000x1000焦耳/秒x365天x24小时x3600秒=3.1536x10^16焦耳;而消耗的全部煤炭燃烧所产生的能量为3.1536x10^16/0.35=9.0103x10^16焦耳。

因此,该电厂年可生产淡水9.0103x10^16/2.5874x10^9=3.4824x10^7吨,或3482.4万吨。这些淡水经过蒸馏,十分干净,完全可以直接作为自来水使用。设水价4元/吨,即可增加年总产值1.393亿元。

南方地区由于天气炎热,无论洗澡、洗衣服、搞卫生和饮用、做饭菜的耗水量都比北方多得多。一般地,设南方城市居民人均月耗水约12吨(含非生活用水,下同),北方7吨。因此,3482.4万吨水,可供应南方3482.4万/(12x12)=24.2万人使用,对于北方来说,就是41.5万人,均相当于一个中等城市了。如果考虑到部分沿海城市已经推广使用海水来作冲厕所等用途(香港也一样),那么可解决的用水人口更多。

2005年全国总发电量24747亿千瓦时(度),其中火电占81.5%,即20169亿千瓦时(度)。如1/3火电使用海水,共可制淡水(直接的自来水)3482.4x(1/3)x20169/87.6=26.73亿吨,可以解决北方地区26.73亿/(7x12)=3182万人,主要是城市人口的用水问题。即使考虑若干环节的损耗,至少极大地缓解京、津、唐和环渤海地区的水资源紧张,还是绰绰有余的。当北方沿海地区的地下和地表抽水减少后,地下水位将重新积累上升,生态环境将改善,地基不稳、城市“下沉”的危机将消除,而黄、淮、海、辽河等的中上游流域也将获得更多的可用水资源。

其实,与其花费巨额成本从1000多公里外的长江引水,不如就近抽取海水,供应京、津、冀、辽、鲁五省市的火电厂,甚至可供应到河南中部、安徽和江苏北部,那里是平原,海拨并不高。现有“南水北调”工程的东线,由于长江下游的海拔低于黄河下游,长江水不能自流到黄河,需要耗费电力抽水,成本也不低。以后再兴建火电厂,应优先考虑建在海边,方便制造淡水(内陆地区则优先考虑建于咸水湖边,例如青海湖)--以前只有南方地区这样做,是为了方便运输煤炭。

这种火电-自来水厂还有两个副产品:一、蒸馏之后剩下的高盐浓度海水,可以作为工业用卤水,或晒制海盐,时间上将比由海水直接晒盐短得多,至少可节省80%。二、煤炭燃烧后的炉灰,混合一定比例的沙、黏土和有机质,可以构成一种比较疏松的土壤,适合某些种类的作物和花卉生长,再不行拿去填垃圾场也可以。总之,非常环保,非常节约,非常循环,非常经济,非常符合“科学发展观”。

我深信自己这个方案,思路和方向上不会有任何问题,细节上完善一下就可以了。如此简单易行,利国利民的大好事,还等什么???

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关键词:海水淡化 利国利民 简单易行 哥德巴赫猜想 东方经济学 海水淡化 简单易行 利国利民 原创

沙发
winston1986 发表于 2006-8-12 23:40:00

这个,太异想天开了~~~~` 了吧.

不过原理到应用德挺对的.

只是 假如用海水的话,那些机械很很容易遭到腐蚀. 另外 ~ 在得出来的水~ 其实都不能用于饮用的.

至于为什么,自己去发电厂看看那写水是怎么样子的吧~

我不是斑竹.有问题不要找我.
此猫已死,有事烧纸。
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藤椅
好年华 发表于 2006-8-13 00:04:00

文章提交者:新古董 加帖在 猫眼看人 【凯迪网络】 http://www.kdnet.net

可惜花钱太少,要分的人太多,虽然技术上也许可行。但楼主不懂政治,
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所言甚是啊,汗ing

文章提交者:asadff 加帖在 猫眼看人 【凯迪网络】 http://www.kdnet.net

这个空想的东西就是所谓右派高智商的发明?知道热电联供么?
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热电联供只在冬天有用,而水是任何时候都需要的。
你的智商还是差那么一点点喔。

文章提交者:tizeeme 加帖在 猫眼看人 【凯迪网络】 http://www.kdnet.net

其实你的想法好多年前就有人想过,而且是最早设想之一。结果最后发现性价比还不如薄膜。你以为那种高标准的锅炉叶片什么的,很容易造吗?
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那么请具体描述一下它的利弊,进行试验的情况。让大家长长见识。

作者:tyrotan 回复日期:2006-8-12 23:42:58 
    关键是设备投入。海水烧锅炉的设备至少是淡水锅炉设备的10倍,而且可能会导致锅炉爆炸。
    
    楼主可能没学过防腐。也没有学过水处理吧?
  ---------------------------------------
  的确没学过。我的专业是无线电,请详细描述一下,让大家长长见识。

板凳
winston1986 发表于 2006-8-13 01:52:00

因为海水的腐蚀性要比淡水强很多, 一般的防腐蚀会选择在假如锌和络这两种金属. 但是这种防腐蚀方法可不能应用在工业大气的环境下.而且海水还会引起更加强的. 所以出海的船都要涂上一层其他物质的东西防腐蚀. 但是在高温的情况下, 这层涂料会脱落.

那样你可以想想,锅炉叶片长期在一个高温, 而且上面覆盖这一层腐蚀性很强的WATER FILM, 而且表面被腐蚀之后就脱落, 之后继续被腐蚀. 在这样的环境下,一般的锅炉几个月就已经报废了。

详细要解释的话会很麻烦.或者打一个比喻吧. 金属放在PH值很高 或者很低的大气环境里面, 就比较容易腐蚀,因为Galvanic corrosion, 和Stray-current corrosion都是在这样的情况下最活跃的,之后假如把温度增加,就会更加腐蚀的速度. 之后在把那金属高速转动, 制造更多的裂缝让水误进去, 而且被腐蚀的外层又脱落了, 之后整个过程不段的循环.

所以说技术上要实行的难度太大了.

另外因为经过锅炉的水.为防止电站锅炉结垢影响锅炉正常运行,—般需要根据水源水质特点和锅炉用水标准对米水进行不问程度软化处理。处理方法多采用离子交换法,其中阴、阳离子交换树脂的再生是用一定的浓度的酸、碱液冲洗来完成的,其中阳床冲洗水显酸性,阴床冲洗水显碱性。

我是读土木工程和能源工程的(事实上是关于矿物方面),所以对这详细运作不是特别的了解. 只能分开解释. 另外有些词我翻了字典都不知道中文名词是什么,所以只能打出英文. 不过这样应该能够解答你的问题了吧!

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报纸
laudon 发表于 2006-8-13 08:29:00
我并不懂水处理,但知道海水淡化需要能源,单位水处理成本很高。最缺水马耳他,科威特、利比亚、巴林等国,不过,这些石油生产国拥有大量的廉价能源,这使得他们不得不进行海水淡化。由此可见海水淡化是最无奈的选择。

地板
微积分 发表于 2006-8-13 09:08:00

觉得有这样的创新意识很好。但是,这样的造价好像更高,而且设备的耐腐蚀能力也有限。毕竟海水中不仅仅只有NaCl,用来处理抗腐蚀性问题的成本非常高。

但是,楼主会有扩大资源利用范围而不仅仅局限于资源有限性这一原则来看待问题,这是发展的观点,呵呵

7
winston1986 发表于 2006-8-13 13:38:00

楼上的,你的名字我看见就害怕了,读工科那么久,就被微积分折磨了那么久~~~~~~~~~~

不过假如人类开发出新能源,那样的话,海水淡化后者又会是一个不错的选择,

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8
风之翔 发表于 2006-8-14 10:15:00

楼主典型的异想天开,发电厂用水就要求是软水,你还用海水,对设备、对电厂都是不可能的。

9
winston1986 发表于 2006-8-15 01:15:00

又不是所有的人都一定会懂这些专业知识的. 你去找论坛里面 10个人可能有3个知道,之后能说出原理的人就更少.

我没有讽刺人的意思

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10
好年华 发表于 2006-8-16 08:47:00

再提一个火电厂制淡水的方案


上次提出的方案,经过网友讨论得出结论,在现有技术条件下不可行。这些网友主要是从海水含有的大量盐离子成份对锅炉、设备的强烈腐蚀性和危险性上提的意见。其实还有一个原因:经查核,蒸汽轮机为了提高发电效率,其工质(即水蒸汽)的温度很高,可达580℃。这就意味着即使将来技术提高了,锅炉、设备的耐腐性更强,安全性更好了,所能制得的淡水也很少,因为大部分煤炭燃烧的能量用来加热蒸汽了。

这里要给那些热心提意见的朋友表示感谢。不过,对于那些幸灾乐祸,以为可以就此嘲笑我的人,除了鄙视还是鄙视。我从来就没有说过自己“永远正确”,也犯不着去营造什么“永远正确”的形象。公开我的设想正是为了大家可以讨论,开阔思路,当然也不免有错就改。那些自以为了不得的人,你们也提个建议来瞧瞧嘛。你们什么也提不出来,还有脸唧唧歪歪?

事实上,这些人高兴得太早了:虽然“直接煮海水”和“一次蒸汽制水”的方法不行,但并没有否定“间接煮海水”和“二次蒸汽制水”。如下图:

A D C
++++++++[++++++++++] ^
[ +] ^
[++++++++++] ^
[+ ] ^ B
[++++++++++]++++^+++
[>>>>>>>>>]>>>>^

A是高温蒸汽入口。此蒸汽是推动汽轮机发电后剩余的水蒸汽,其温度仍高达150℃以上。+++++是(一次)蒸汽导管,此导管是金属壳外烧结一层导热陶瓷,或者直接由导热陶瓷制成,这样就可以防止海水的腐蚀。B是冷凝水出口。D,即[ ]部分是海水汽化槽,其内壁则是绝热陶瓷。C是海水入口,>>>>>是海水导管,海水由槽的底部注入。C口略高于汽化槽的海水水位(保证不会倒灌),而槽内水位应能刚好将蒸汽导管覆盖。

往A口注入剩余水蒸汽,汽化槽内的海水被加热,其温度由上至下逐渐降低。控制A口水蒸汽和C口海水的注入速度,可使得最上层蒸汽导管处的海水恰好能被汽化,而槽内水位高度维持不变。如同时增加水蒸汽和海水的注入速度,则单位时间二次蒸汽的产量也增加,反之则减少。二次蒸汽经过收集和自然冷却形成淡水。

当汽化槽内的海水盐离子浓度升高到一定水平后,切换蒸汽管道到另一汽化槽继续生产淡水。原汽化槽注满海水,维持一段时间,让沉积在管道壁和槽壁的盐分尽可能地溶解(由于水温较高,溶解会比较迅速)。然后将此槽海水泄放,或收集作为工业卤水和晒制海盐之用。再重新加注一槽海水,如此循环。

下面重新计算此方案的收益,仍以100万千瓦火电厂为例:

由于发电效率为35%,一年所产生的电能为1000x1000x1000焦耳/秒x365天x24小时x3600秒=3.1536x10^16焦耳;而消耗的全部煤炭燃烧所产生的能量为3.1536x10^16/0.35=9.0103x10^16焦耳。全部能量中设有15%为热传导、热辐射和其他损耗,那么可利用的水蒸汽能量仍有4.51x10^16焦耳。

这么假设也是有根据的。高温下的水蒸汽可以近似为理想气体,最高580℃相当于绝对温度853K。理想气体的内能与其绝对温度成正比。如发电损耗35%的内能,相当于水蒸汽的绝对温度降到853x0.65=554K,即281℃;加上其他损耗,内能再下降15%,相当于绝对温度降到427K,即154℃。这和汽轮机发电的实际情况,即剩余水蒸汽温度>150℃相符。

1克水从20℃开始加热,到沸腾和全部汽化,消耗热量为4.18x(100-20)+2253.02=2587.42焦耳,1吨水就是2587.42x1000x1000=2.5874x10^9焦耳。海水而纯水大体相同。

所以,此火电厂最高的年淡水产量为:
4.51x10^16/2.5874x10^9=1.743x10^7吨,或1743万吨,约为上次估算的一半左右。
仍设水价4元/吨,则年增加产值6972万元;
仍设北方地区城市人均月用水7吨,则可供应20.75万人使用。

制盐方面:

海水含盐量一般在3%~4%左右。中国北方属于中纬度区,含盐量较低,可以3%估算。如果汽化槽内浓缩海水的最高含盐量为15%,那就是说,相当于每5吨海水,其中4吨制成淡水,其他浓缩成1吨卤水,可制盐150公斤。那么全年海盐的最高产量为(1743/4)x150=65362.5万公斤,或约65.4万吨。

市面上一公斤食盐约2元。作为原料的粗海盐,即使以1/10的价格估算,年产值也为13073万元。

此二项合计该100万千瓦火电厂年增产值6972+13073=20045万元,即约2亿元。

这个方案完全避免了“直接煮海水”对锅炉、管道、发电机叶片等的破坏性,增加的汽化槽等设备技术要求不高,成本低廉,维护简单。既充分利用了煤炭资源,增加经济效益,也提供了对经济发展和人民生活很重要的淡水和盐类。建议那些水资源最紧张,以火力发电为主又有条件利用海水的城市和地区,尽快研究和实施。

或许还有更节省能源的制水方法,就是利用剩余一次蒸汽的能量推动压缩机制冷(相当于增加一台蒸汽机),使海水结冰。由于冰的溶解热比水的汽化热小得多,这样淡水产量可能更大。这里的关键是蒸汽机—压缩机系统的效率可以达到多少。一般认为蒸汽机的效率只有10%左右,但那是从燃烧煤炭开始计算的。对于已经用过一次发电的汽轮机剩余蒸汽来说,其效率就不应是那样算。如果整个蒸汽-压缩机系统的制冷效率可以达到20%,那么:

在0℃和1个标准大气压时,冰的融解热为333.146焦耳/克 ,水的比热容为4.18焦耳/克。因此1克水从20℃降温到0℃并结冰,耗费能量为333.146+20x4.18=416.75焦耳,1吨水就是4.1675x10^8焦耳,海水大致相同。

由于年可利用的水蒸汽能量4.51x10^16焦耳,效率20%,故可制冰4.51x10^16x0.2/4.1675x10^8=2164万吨,也即淡水2164万吨,可供应北方地区25.8万市民使用。同时,制冰后也将剩下更多的浓缩海水可以晒盐。不管是水还是盐,长期经济效益和社会效益均比上法更大。但它的前期投资也较大,技术较复杂,并且没有先例,甚至没有现成的设备图纸,需要重新设计。此法的关键是提高蒸汽-压缩机系统的总效率水平。

[此贴子已经被作者于2006-8-16 8:50:52编辑过]

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