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    國際新型冷卻塔系統從發電廠回收淡水

    有一種國際的新型冷卻塔系統技術可以捕獲冷卻塔中蒸發的水;原型將安裝在麻省理工學院的中央公用事業廠。
     
    該小組的實驗室設置用于測試動力裝置冷凝器系統。將濾網放置在右側漏斗上方,以收集凝結在濾網上的水。
    說明文字:該團隊的實驗室設置用于測試動力裝置冷凝器系統。將濾網放置在右側漏斗上方,以收集凝結在濾網上的水。
     
    麻省理工學院的工程師設計的新系統可以為全世界干渴的城市提供低成本的飲用水,同時還可以降低發電廠的運營成本。
     
    在美國,從河流,湖泊和水庫中抽取的所有淡水中,大約有39%專用于滿足使用化石燃料或核能的電廠的冷卻需求,而其中的大部分最終以蒸氣云的形式飄散掉了。 。但是,新的MIT系統可以潛在地節省大量的水資源損失,甚至可以成為沿海城市的重要清潔和安全飲用水來源,在沿海城市中,海水被用來冷卻當地的發電廠。
     
    這個新概念背后的原理看似簡單:當霧氣充斥著一束帶電粒子(稱為離子)時,水滴就會帶電,因此可以被拉向電線網,類似于窗戶屏幕,放置在其路徑中。然后,水滴會收集在該網格上,然后排入收集盤,然后可以在發電廠中重復使用,也可以發送到城市的供水系統中。
     
    發電廠冷卻塔系統示意圖

    瓦拉納西的愿景是通過捕獲自然霧和工業冷卻塔羽流中的水滴來開發高效的水回收系統。該項目開始于達馬克博士論文的一部分,該博士論文旨在提高除霧系統的效率,該系統在許多缺水的沿海地區用作飲用水源。這些系統通常由某種形式的塑料或金屬網組成,它們垂直懸掛在定期從海上滾入的霧堤的路徑中,效率極低,只能捕獲通過它們的水滴的約1-3%。 Varanasi和Damak想知道是否有一種方法可以使網格捕獲更多的液滴-并找到了一種非常簡單有效的方法。
     
    研究小組的詳細實驗室實驗清楚表明了現有系統效率低下的原因:問題在于系統的空氣動力學特性。當氣流通過障礙物(例如這些網狀防霧網中的金屬絲)時,氣流自然地繞過障礙物偏離,就像飛機機翼周圍流動的空氣分成在機翼結構上方和下方通過的氣流一樣。這些偏離的氣流攜帶的液滴會朝電線的側面移動,除非它們朝電線的中心撞擊。
     
    結果是捕獲的液滴比例遠低于導線占據的收集區域比例,因為液滴從位于其前面的導線中掃除掉。僅使導線更大或使網孔中的空間變小往往會適得其反,因為這會阻礙整體氣流,從而導致收集量凈減少。
     
    但是,當進入的霧首先被離子束擊穿時,會發生相反的效果。不僅金屬絲路徑中的所有液滴都落在其上,甚至瞄準網孔的液滴也被拉向金屬絲。因此,該系統可以捕獲很大一部分通過的液滴。這樣,它可以大大提高除霧系統的效率,并且成本低得驚人。設備簡單,所需的電量極少。
     
    接下來,該團隊致力于從發電廠冷卻塔的羽流中收集水。在那里,水蒸氣流比任何自然產生的霧都濃得多,這使系統效率更高。并且由于捕獲的蒸發水本身就是蒸餾過程,因此即使冷卻水是咸的或被污染的,捕獲的水也是純凈的。此時,瓦拉納西實驗室的另一位研究生Karim Khalil加入了研究小組。
     
    瓦拉納西說:“這是更高質量的蒸餾水,現在已經浪費掉了。” “這就是我們試圖捕獲的東西。”水可以通過管道輸送到城市的飲用水系統,也可以用于需要純凈水的過程中,例如在電廠的鍋爐中使用,而不是用于水質不太重要的冷卻系統中。
     
    瓦拉納西說,一個典型的600兆瓦發電廠每年可捕獲1.5億加侖的水,價值數百萬美元。這約占冷卻塔損失的水的20%到30%。他說,通過進一步的改進,該系統可能能夠捕獲更多的輸出。
     
    而且,由于發電廠已經在許多干旱的海岸線上就位,并且許多發電廠都被海水冷卻,因此這提供了一種非常簡單的方法來提供水脫鹽服務,而建造一個獨立的脫鹽廠的成本卻很小。 Damak和Varanasi估計,這種轉換的安裝成本約為建造新海水淡化廠的三分之一,其運營成本約為1/50。瓦拉納西說,安裝這種系統的投資回收期約為兩年,而且基本上沒有環境足跡,也沒有增加原始工廠的環境足跡。
     
    瓦拉納西說:“這可能是解決全球水危機的絕佳解決方案。” “在未來十年中,這可以抵消對約70%的新海水淡化廠裝置的需求。”
     
    在一系列戲劇性的概念驗證實驗中,通過構建一個小型的實驗室版本的煙囪煙囪來演示了這一概念,該煙囪會散發出水滴的羽狀煙囪,類似于在實際的電廠冷卻塔上看到的那樣,并將其放置他們的離子束和網篩就可以了。在該實驗的視頻中,看到濃霧狀的霧滴從設備上冒出,并且在系統啟動后幾乎立即消失。
     
    該小組目前正在構建其系統的全面測試版本,并將其放置在麻省理工學院的中央公用事業工廠的冷卻塔上,該工廠是天然氣熱電聯產電廠,提供校園大部分的電力,供暖和制冷。該設置預計將在夏季末到位,并將在秋季進行測試。 Damak說,測試將包括嘗試對網格及其支撐結構的不同變化。
     
    這應該提供所需的證據,以使傾向于在技術選擇方面比較保守的電廠運營商采用該系統。由于發電廠的使用壽命長達數十年,因此其運營商往往“非常規避風險”,并想知道“這是否在其他地方進行過?”瓦拉納西說。他說,校園發電廠的測試不僅將“降低技術”的風險,還將幫助MIT校園改善其水足跡。 “這可能會對校園用水產生很大影響。”


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