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麻省理工:從冷卻塔回收再生純凈水 使電廠變凈水廠 計劃大規模推廣該技術

2021-08-10信息來源 : NE人

從電廠冷卻塔回收再生純凈水,除了可以凈化空氣,還能達到節約用水的作用。麻省理工學院經過大規模測試,已經證明這一技術是可行的。

該技術在原理上非常簡單,但將其大規模推廣卻是一個復雜的問題。需要公司從安裝原型系統中獲得的實際經驗,首先是在麻省理工學院的天然氣熱電廠,然后是麻省理工學院的核研究反應堆進行推廣。

這些嚴苛的測試,不僅要暴露在工廠的熱量和振動中,還要暴露在新英格蘭冬季的嚴酷環境中,該系統證明了其在消除蒸汽羽流和重新捕獲水方面的有效性。

而且,它在此過程中凈化了水,使其比進入的冷卻水清潔100倍。該系統現在正準備在商業發電廠和化學加工廠進行全面測試。

該技術最初是由機械工程教授 Kripa Varanasi 設想的,旨在通過從自然霧氣和發電廠冷卻塔羽流中捕獲水滴來開發高效的水回收系統。

該項目是作為 Maher Damak PhD '18 博士論文研究的一部分開始的,由麻省理工學院塔塔技術與設計中心提供資金,旨在提高霧收集系統的效率,例如,一些干旱沿海地區使用的霧收集系統,作為飲用水的來源。

這些系統通常由垂直懸掛在霧堤路徑上的塑料或金屬網組成,效率極低,僅捕獲通過它們的約1%至3%的水滴。

首先,用一束帶電粒子或離子擊打微小的水滴,使每個水滴帶上輕微的電荷,可以使蒸汽收集更加有效。

然后,液滴流通過帶有相反電荷的金屬絲網,如窗紗。這會導致液滴被強烈地吸引到網格上,在那里它們由于重力而掉落并可以收集在放置在網格下方的托盤中。

實驗室測試表明該概念有效,研究人員與 Karim Khalil 博士在 2018 年憑借該概念贏得了麻省理工學院 10 萬美元的創業大賽。

這家新生公司被他們稱為 Infinite Cooling,Damak 擔任首席執行官,Khalil 擔任首席技術官,Varanasi 擔任董事長,立即著手在麻省理工學院天然氣動力中央公用事業廠的一個冷卻塔上安裝測試裝置,由麻省理工學院可持續發展辦公室資助。在對各種配置進行試驗后,他們能夠證明該系統確實可以消除羽流并產生高純度的水。

核科學與工程系的 Jacopo Buongiorno 教授立即發現了一個很好的合作機會,在 NRL 工程師 Ed Block 的幫助下,提供了使用麻省理工學院核反應堆實驗室研究設施對系統進行進一步測試的機會。

憑借其 24/7 全天候運行和更高溫度的蒸汽排放,該工廠將對系統進行更嚴格的實際測試,并在核管理委員會許可的實際運行反應堆中證明其有效性,這在“降低風險”技術方面是重要的一步,使電力公司對采用該系統充滿信心。

該系統安裝在工廠四個冷卻塔其中一個的上方,測試表明收集的水比進入冷卻系統的給水清潔 100 多倍。

它還證明,該裝置與早期版本不同,它的網篩垂直安裝,平行于蒸汽流對工廠的運行完全沒有影響。測試視頻生動地說明了一旦接通收集網的電源,白色蒸汽羽流立即完全消失。

發電廠的煙氣造成的視覺污染非常嚴重,并且可能會導致當地群眾反對新建發電廠,因為它可能會造成視線模糊,甚至當煙氣吹過道路時可能會造成交通危險。

消除羽狀物的能力有很多好處,該系統可以抑制植物使用大量的水,然后流失到空中,可能減輕當地供水系統的壓力,這在干旱地區尤其有用。

該系統本質上是一個蒸餾過程,它產生的純水可以進入需要高純水的發電廠鍋爐——與冷卻系統是分開的。這可能會減少鍋爐對淡水和凈化系統的需求。

在許多干旱的沿海地區,發電廠直接用海水冷卻。該系統基本上可以為工廠增加海水淡化能力,其成本僅為建造新的獨立海水淡化廠的一小部分,而且其運營成本的一小部分,因為熱量基本上是免費提供的。

水的污染通常通過測試其電導率來測量,電導率隨著其包含的鹽和其他污染物的量而增加。

發電廠冷卻系統中使用的水通常為每厘米 3000 微西門子,而劍橋市的供水通常約為每厘米 500 或 600 微西門子。這個系統捕獲的水通常低于每厘米 50 微西門子。

為了對麻省理工學院工廠的測試提供驗證,該公司現在已經能夠確保在運營的兩個商業工廠安裝,這將在今年晚些時候開始。一個是 900 兆瓦的發電廠,該系統的清潔水生產將成為主要優勢,另一個是中西部的一家化學制造廠。

在許多地方,發電廠必須為它們用于冷卻的水付費,而新系統預計最多可減少20%的用水需求。

對于一個典型的發電廠來說,僅這一點每年就可以節省大約100萬美元的水費。

隨著氣候變化影響生活的方方面面,包括全球供水,整個供應鏈中的公司都在創新解決方案。在麻省理工學院,對這項創新技術的測試也為其在商業應用中的提供了寶貴的經驗。

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