麻省理工：從冷卻塔回收再生純凈水 使電廠變凈水廠 計(jì)劃大規(guī)模推廣該技術(shù)
從電廠冷卻塔回收再生純凈水，除了可以凈化空氣，還能達(dá)到節(jié)約用水的作用。麻省理工學(xué)院經(jīng)過大規(guī)模測(cè)試，已經(jīng)證明這一技術(shù)是可行的。
該技術(shù)在原理上非常簡(jiǎn)單，但將其大規(guī)模推廣卻是一個(gè)復(fù)雜的問題。需要公司從安裝原型系統(tǒng)中獲得的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，首先是在麻省理工學(xué)院的天然氣熱電廠，然后是麻省理工學(xué)院的核研究反應(yīng)堆進(jìn)行推廣。
這些嚴(yán)苛的測(cè)試，不僅要暴露在工廠的熱量和振動(dòng)中，還要暴露在新英格蘭冬季的嚴(yán)酷環(huán)境中，該系統(tǒng)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(jìn)入的冷卻水清潔100倍。該系統(tǒng)現(xiàn)在正準(zhǔn)備在商業(yè)發(fā)電廠和化學(xué)加工廠進(jìn)行全面測(cè)試。
該技術(shù)最初是由機(jī)械工程教授 Kripa Varanasi 設(shè)想的，旨在通過從自然霧氣和發(fā)電廠冷卻塔羽流中捕獲水滴來開發(fā)高效的水回收系統(tǒng)。
該項(xiàng)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(xué)院塔塔技術(shù)與設(shè)計(jì)中心提供資金，旨在提高霧收集系統(tǒng)的效率，例如，一些干旱沿海地區(qū)使用的霧收集系統(tǒng)，作為飲用水的來源。
這些系統(tǒng)通常由垂直懸掛在霧堤路徑上的塑料或金屬網(wǎng)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(gè)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(wǎng)，如窗紗。這會(huì)導(dǎo)致液滴被強(qiáng)烈地吸引到網(wǎng)格上，在那里它們由于重力而掉落并可以收集在放置在網(wǎng)格下方的托盤中。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(xué)院 10 萬美元的創(chuàng)業(yè)大賽。
這家新生公司被他們稱為 Infinite Cooling，Damak 擔(dān)任首席執(zhí)行官，Khalil 擔(dān)任首席技術(shù)官，Varanasi 擔(dān)任董事長(zhǎng)，立即著手在麻省理工學(xué)院天然氣動(dòng)力中央公用事業(yè)廠的一個(gè)冷卻塔上安裝測(cè)試裝置，由麻省理工學(xué)院可持續(xù)發(fā)展辦公室資助。在對(duì)各種配置進(jìn)行試驗(yàn)后，他們能夠證明該系統(tǒng)確實(shí)可以消除羽流并產(chǎn)生高純度的水。
核科學(xué)與工程系的 Jacopo Buongiorno 教授立即發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很好的合作機(jī)會(huì)，在 NRL 工程師 Ed Block 的幫助下，提供了使用麻省理工學(xué)院核反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)室研究設(shè)施對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試的機(jī)會(huì)。
憑借其 24/7 全天候運(yùn)行和更高溫度的蒸汽排放，該工廠將對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更嚴(yán)格的實(shí)際測(cè)試，并在核管理委員會(huì)許可的實(shí)際運(yùn)行反應(yīng)堆中證明其有效性，這在“降低風(fēng)險(xiǎn)”技術(shù)方面是重要的一步，使電力公司對(duì)采用該系統(tǒng)充滿信心。
該系統(tǒng)安裝在工廠四個(gè)冷卻塔其中一個(gè)的上方，測(cè)試表明收集的水比進(jìn)入冷卻系統(tǒng)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(wǎng)篩垂直安裝，平行于蒸汽流對(duì)工廠的運(yùn)行完全沒有影響。測(cè)試視頻生動(dòng)地說明了一旦接通收集網(wǎng)的電源，白色蒸汽羽流立即完全消失。
發(fā)電廠的煙氣造成的視覺污染非常嚴(yán)重，并且可能會(huì)導(dǎo)致當(dāng)?shù)厝罕姺磳?duì)新建發(fā)電廠，因?yàn)樗赡軙?huì)造成視線模糊，甚至當(dāng)煙氣吹過道路時(shí)可能會(huì)造成交通危險(xiǎn)。
消除羽狀物的能力有很多好處，該系統(tǒng)可以抑制植物使用大量的水，然后流失到空中，可能減輕當(dāng)?shù)毓┧到y(tǒng)的壓力，這在干旱地區(qū)尤其有用。
該系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)蒸餾過程，它產(chǎn)生的純水可以進(jìn)入需要高純水的發(fā)電廠鍋爐——與冷卻系統(tǒng)是分開的。這可能會(huì)減少鍋爐對(duì)淡水和凈化系統(tǒng)的需求。
在許多干旱的沿海地區(qū)，發(fā)電廠直接用海水冷卻。該系統(tǒng)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(dú)立海水淡化廠的一小部分，而且其運(yùn)營(yíng)成本的一小部分，因?yàn)闊崃炕旧鲜敲赓M(fèi)提供的。
水的污染通常通過測(cè)試其電導(dǎo)率來測(cè)量，電導(dǎo)率隨著其包含的鹽和其他污染物的量而增加。
發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)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(gè)系統(tǒng)捕獲的水通常低于每厘米 50 微西門子。
為了對(duì)麻省理工學(xué)院工廠的測(cè)試提供驗(yàn)證，該公司現(xiàn)在已經(jīng)能夠確保在運(yùn)營(yíng)的兩個(gè)商業(yè)工廠安裝，這將在今年晚些時(shí)候開始。一個(gè)是 900 兆瓦的發(fā)電廠，該系統(tǒng)的清潔水生產(chǎn)將成為主要優(yōu)勢(shì)，另一個(gè)是中西部的一家化學(xué)制造廠。
在許多地方，發(fā)電廠必須為它們用于冷卻的水付費(fèi)，而新系統(tǒng)預(yù)計(jì)最多可減少20%的用水需求。
對(duì)于一個(gè)典型的發(fā)電廠來說，僅這一點(diǎn)每年就可以節(jié)省大約100萬美元的水費(fèi)。
隨著氣候變化影響生活的方方面面，包括全球供水，整個(gè)供應(yīng)鏈中的公司都在創(chuàng)新解決方案。在麻省理工學(xué)院，對(duì)這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的測(cè)試也為其在商業(yè)應(yīng)用中的提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
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