反渗透工艺高压浓水能量回收新技术应用

1、节 能EN ER GY CONSERVATION2005年第5期（总第274期）反渗透工艺高压浓水能量回收新技术应用杨守智I李姝娟2,危双峰'（I-中国航油河北分公司供油部河北石家庄050031 ;2.石家庄海阔科技有限公司，河北石家庄050031）:本文讨论了反渗透工艺的能量消耗和能量回收方式详细分析了不同的能量回收方法。重点介绍了新型能重回收专利技术原理及其技术特点。:反渗透:髙压浓水:能重回收:1004 - 7948(2005)05 - 0025 03:TQ02& 7*2:B6© 1995-2005 Tsingliua Tongfang Optical Disc

2、 Co. Ltd. All rights reserved.节 能EN ER GY CONSERVATION2005年第5期（总第274期）6© 1995-2005 Tsingliua Tongfang Optical Disc Co. Ltd. All rights reserved.节 能EN ER GY CONSERVATION2005年第5期（总第274期）11- 1工作原理反渗透亦称逆渗透（RO） 是用一定的压力使溶 液中的溶剂通过反渗透膜（或称半透膜）分离出来。 因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。根据 各种物料的不同渗透压就可以使大于渗透压的反 渗透液达到分离、提取

3、、纯化和浓缩的目的。1.2应用范围以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种 新型、高效流体分离单元操作技术,30年来取得了 令人瞩目的飞速发展已广泛应用于国民经济的各 个领域。如海水、苦咸水淡化;太空水、纯净水、蒸ta 水等制备:酒类制造及降度用水：医药、电子等行业 用水的前期制备;化工工艺的浓缩、分离、提纯及配 水制备;锅炉补给水除盐软水:造纸、电镀、印染等行 业用水及废水处理。1.3应用现状在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国 内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。自 1995年以来.反渗透膜的使用量估计每年平均递增 20%0据统计.1999年工业反渗透膜元件的市场供 应量为8英寸膜

4、6000支.4英寸膜26000支。2000 年和2010年的市场更为强劲,膜用量一年比一年有 较大幅度的提高。据估算.反渗透技术的应用已创 造水处理行业全年10亿元人民币以上的产值。国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为海水、 苦咸水淡化:大型锅炉补给水、各种工业纯水饮用 水的市场规模次之电子、半导体、制药、医疗、食品、 饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定 规模在反渗透膜选定的情况下反渗透淡化系统的 能量消耗等指标主要取决于选用的高压泵和能量回 收装置的效率。目前国内反渗透所用高压泵和能 量回收装置都是从国外进口.其零备件也得从国外 进口 在浪费外汇额度的同时也给设备的维护带来 许多不

5、便。只有实现了反渗透膜、高压泵、能量回收 装置的国产化和产业化才有可能实现我国反渗透 产业化在推动技术进步的同时跻身国际反渗透市 场。反渗透工艺流程如图1所示。1反渗透工艺流程简图表1列举了单级日产1000m3淡水反渗透海水淡 化站的工艺参数其数据为通水量40 %未设计能量回 收装置的数据可以看出反渗透工艺的能量消耗是高 压水泵电机消耗的电能但是高压浓水释放时所携带 的高压液体能量非常巨大约占115/195 =60%,如果 把此能量加以回收利用则反渗透工艺电能消耗可降 低55 %60 %左右.这样就使大面积推广海水苦咸水 淡化实现低成本用水的梦想成为可能01单级日产lOOOn?淡水反渗透海水淡

6、化站工艺参数代号水流名称流量/ -h 1压力/ MPa额定功率/kWA高压供水1046.9195B脱盐水4200C高压浓水626.81153（ RO）3- 1密闭容积往复活塞式能量回收方式密闭式能量回收原理见图2。反渗透工艺应用 往复活塞式能量回收流程见图3o高压浓水由反渗透膜组件膜壳直接引入到缸体 A右腔推动活塞左行把缸体A左腔内的低压海水 加压后泵出进入反渗透膜组件同时低压海水进入 缸体B左腔推动活塞右行把缸体B右腔内的浓水 推出排放两缸体交替吸排海水和浓水.从而实现把 高压浓水的压力能直接转化为被处理水的压力能, 但是压力交换的过程中必然存在能量损失，转换效 率为92 %95 % .能量

7、回收后高压水泵的供水流量 和驱动电机相应调小为原配设备的60 % .从而实现 节能55 %o这一类能量回收装置国际上主要技术 设备供应商有3家：美国能量回收公司ERI的PX 压力交换器、瑞士 CALDER公司的DWEER功交换 器和德国SIEMAG的功交换器。ERI的PX压力交 换器最近几年在我国的大连、山东、浙江等海水淡化 水工程中已有较多应用。(12 02能重回收方犬一原理筒图3反渗透工艺应用往复活塞式能重回收流程图3.2水轮机直接驱动水泵能量回收方式水力能量回收机主要有三类:一为冲击水轮式 （PELTON） 另二种是轴流式和可逆式水泵。能量 回收方式是将高压浓水所携带的动能通过水轮机转

8、化为泵轴的旋转机械能再驱动高压水泵能量转换 总效率较低，一般不超过60 %（见图4） o4能重回收方式二原理简图3.3水轮机助推电机能量回收方式该方式通过超越离合器将离心式回收机的高压 动能转化为旋转机械能再推动电机旋转减小电机 的输出功率.进而减小高压水泵的电能消耗.能量转 换总效率居于上述两种方式之间，一般不超过 70%。其主要缺点是要求工况较严格只有在额定 工况下才能实现高效率超越离合器易损坏（见图 5） o5能量回收方式三原理简图以上三种能量回收方式应用在海水淡化反渗透工艺中回收效果对比见表2 o2不同能量回收方式的应用效果对比产量畑y50010004000600010000水回收豹G

9、4040454545高压海水供给52.1104.2370.4555.6925.9高压涔水压力/MPa6.556.556.556.556.55反樓逵舉压碎、Pa0.20.2方犬7压航量mW21.441.6169.9254.9428.8方代7压耽執s90758182方I压耽番$75788182方亡0压泵膻需h -*52.1104.2370.4555.6925.9方犬二和三高压泵故率/ *7580838486电机效勒G949595.59696方式一日收效萃/ %9694939393方%5562666769方花验效单%8485.587.58889三种不同方式的能量回收效率曲线如图6所

10、6© 1995-2005 Tsingliua Tongfang Optical Disc Co. Ltd. All rights reserved.2005年第5期(总第274期)节 能ENERGY CONSERVATION方式一的 鮭冋收效事茁线908070方式二的605040006000 SOOO日产水童血'&)00006不同方式的能重回收效率曲线通过以上技术统计图表可以看出密闭容积活 塞式能量回收装置能量转换效率最高离心式水轮 机助推电机方式次之离心式水轮机直接驱动水泵 效率最低。随着回收装置流量的増大，回收装置的 效率均有提高.反渗透装置的吨水电耗有较大幅度

11、地降低。4. 1技术原理公司最新开发的反渗透高压浓水能量回收机已 成功地应用于某小型锅炉的脱盐水处理。海阔科技 公司对该项技术拥有完全知识产权.该项技术应用 在反渗透工艺中与国外同类技术相比较有明显的技 术先进性和实用性其技术原理如图7所示。7反渗透能重回收专利技术原理筒图电机驱动髙压水泵把海水加压到6.9MPa,海 水进入反渗透膜组件通过反渗透膜的脱盐水即为 常压淡水.淡水的产水率根据海水的含盐量不同和 膜的性能有关。在我国海水反渗透淡化工程中水的 回收率在30%40%,在地表水处理中产水率在 70 %75 %o未渗透的高压浓海水以6. 8MPa的高 压.以65 %60 %的流量进入能量回收

12、机的换向分 配器通过换向分配器再进入水缸A的缸体内推动 活塞向左运动把水缸A内预充满的低压水増压到 6.9MPa后泵入反渗透膜组件进行脱盐处理.同时 由低压供水泵泵出的压力为0. 2MPa的新水进入水 缸B的缸体内推动B缸内的活塞右行.把右缸内的 浓水压出排放排放压力为0。两个水缸交替地把 新水泵入反渗透膜同时把高压浓水的能量回收后 排出，从而实现把高压浓水的能量转换到低压新水 的能量转化达到节能的目的。配备能量回收装置 后反渗透高压供水泵的流量就是反渗透的产水流量 再增加10 % 高压水泵驱动电机功率也相应降低很 多因此反渗透系统的配电控制设备减少。4. 2技术特点(1) 属于密闭容积往复活

13、塞式能量回收设备高 压浓水的高压动能通过活塞直接传递给低压新水. 传递过程中只克服水压缸活塞运动时的摩擦力和浓 水在管路上的压力损失，所以能量回收效率较高可 达到93 %以上。(2) 与国外同类设备相比较.能量回收机工作压 力流量范围非常宽例如HS20型能量回收机可以 在020n?/ h的范围内自动无级调速工作.能量回 收机可以在47MPa压力范圉内正常工作。(3) 能量回收机自身带有増压功能因而省掉新 水电驱动增压泵，也就省掉新水的流量检测和变频 调速控制设备省掉浓水排放流量控制阀和控制i殳 备便反渗透回收设备减少，回收效率提高且控制 系统非常简单易行。(4) 国外同类型设备存在反渗透髙压浓

14、水与新 水混合的缺陷一般混合率在2 %3 % .高压浓水 又回到反渗透膜的进水端加大反渗透膜的工作量. 而海阔科技公司HS系列能量回收机高压浓水完全 与新水隔离，100 %排出。因此提高了反渗透系统的 产水率。(5) 海阔科技HS系列能量回收机关键部件采 用特别适用盐水的钛合金和陶瓷材料制造，设备使 用寿命较长,设备故障率低，适合中国国情，价格较 国外设备便宜为国家节省大量外汇。在反渗透系统工作过程中因膜的产水率和 工作压力随时间变化后国外能量回收设备需进行 调整，而HS系列能量回收机能自动调整加以适应o© 1995-2005 Tsingliua Tongfang Optical D

15、isc Co. Ltd. All rights resen ed.节 能EN ER GY CONSERVATION2005年第5期（总第274期）泥浆泵管路系统扩管节能实效凌勇坚（浙江信息工程学校.浙江湖州313000）:本文介绍了浙江某水利施工企业在承接浙东一水利疏浚工程施工时按常规的方法使用单台泥浆 泵排距不够通过技术、节能、环保竽方面的论证采用扩大输泥管管径的方法.不仅圆満完成了施工作 业任务.还取得了较好的经济效益。:疏浚工程:泥浆泵:扩管原理:节能:TV54:B:1004 7948（2005）05 0028 02© 1995-2005 Tsingliua Tongfang

16、Optical Disc Co. Ltd. All rights resen ed.节 能EN ER GY CONSERVATION2005年第5期（总第274期）© 1995-2005 Tsingliua Tongfang Optical Disc Co. Ltd. All rights resen ed.节 能EN ER GY CONSERVATION2005年第5期（总第274期）1浙江一家水利施工企业在承接浙东某水利疏浚 施工任务时按常规的方法使用其现有设备一8#吹 泥船（俗称吸泥船）去施工船上的单台泥浆泵排距 不够而若増加一台接力泥浆泵又显设备投入过多, 能耗大、经济性太差

17、使工程无多少效益可言。在此 情况下，他们通过技术、节能、环保和工期等方面的 综合论证最后确定采用增大输泥管系统的管径并 投入一台泵运行的方案圆满地完成了施工作业任 务还取得了较好的经济效益。2该施工企业将衬吹泥船投入浙东工程施工船 上的泥浆泵型号为ZS100035,额定扬程H = 35m.额定流量Q = 1000m3/ h .配带电机功率N = l55kW，所用输泥管管径 S = 300iihii;X程实际要 求达到的技术指标为：排距1500m,排高8mo为了 验证该船上的单台泵能否达到上述工程施工的要（7）国产设备售后服务及时易损备件少且价格 低.客户的运行费用降低。（8）HS系列能量回收机

18、活塞低速运动,输出压 力脉动小对反渗透膜的冲击损坏小有利于提高膜 的使用寿命。（9）HS系列能量回收机与国外同类设备相比 占地面积大设备重量大比较适合干大型反渗透系 统的能量回收。5（1）在反渗透膜选定的情况下反渗透系统的能 量消耗等指标主要取决于选用的高压泵和能屋回收 装置的效率C目前.国内反渗透工艺所用高压泵和 能量回收装置都是从国外进口其零备件也得从国 外进口 在浪费外汇额度的同时也给设备的维护带 求特别作了如下的技术论证：考虑工程施工的实际工况为避免泥浆沉淀取 管中最小允许临界流速为v = 2. lm/s（査泵特性曲 线此时泵处于小流量区工作扬程为Hf = 36. 8m）.局部水力损失

19、水头为亦招程水力损失系 数按舍维列夫公式计算，可得0.0210.021 n 也=°： 3 =0.3° 3 =0* °3则管路沿程水力损施为 厶工，?r = Dj2g= 0.03=33. 7m所以沿程水力损失、局部水力损失和泥浆排髙 三顼之和为 8 + 2 + 33.7 =43.7 > 7/ = 36. 8m显然现有的单白泥浆泵管路系统达不到要求 的排距无法施工。为了满足疏浚工程施工的要求，为此，该施工单 来许多不便。只有实现了反渗透膜、高压泵、能量回 收装置的国产化和产业化才有可能实现我国反渗 透海水淡化的产业化在推动技术进步的同时跻身 国际海水淡化市场。（

20、2）新型高效率（大于90 %）容积式能量回收装 置在大规模反渗透工艺中必将得到广泛推广使用. 尤其是在海水淡化技术中应用后吨水能量消耗可 以降至2. 6kWh以下。（3）海阔科技公司具有自主知识产权的反渗透 能量回收机不仅省掉了增压泵工艺而且能量转换 效率也能与国外设备相媲美相信这一技术将得到 广泛地推广与使用。:杨守智（1965）男.工程师.从事流体传动与控 制工作。（收稿日期：2005 - 02 - 18）Energy Conservution( Moiitlily)Sponsor :Liaoning Provincial Institute of Science andTechnolog

21、y InformationPublisher K<Energy Conservation»Magazine PublishingHouseChief Editor :ZHAN G WerhuaAddress :No. 274 Qingnian Boulevard Shenyang CityLiaoning Province ChinaPost Code :110016ABSTRACTSMay 2005 No. 5 Total Issue No. 274A studyoptimal operatkm ahmit miritbperiodsteam powr systemsSONG

22、 Xiird)ng.YlN Hongrchao ZHAI bng .el al.The paper studied optimal operation for steam power systems with multrperiod. In the model .the changes of boiler efficiency .and the nonli near performance of steam turbine working and the cost of changeover between periods of operation were considered. And t

23、he model was solved with modified genetic algorithms. Numerical results showed that the alw gprithm was efHcient and the model was more suitable to the engineering facts.Kdv w>rds :multrperiod:steam power systems ;optinul operationrZlThcrnMKhiuimic cvclc of exlnust heat recovcrv tirbuieand methan

24、ol decomposition fueled ICE combinationZFLANG GurQiang .QU Yair TaoThe internal combustion engine(ICE) wastes 25 %45 % heat value of its fuel as it exhausts A 5 %9 % increase of thermal efficiency is gained with an added turbine driven by lhe high pressure gas from a decomposer where lhe compressed

25、melhanol is decomposed by the heal of lhe exhaust air from the ICE. The effects of methaiiol pressure ckr composition temperature back pressure of turbine compression ratio and air- fuel ratio of ICE are studbed. This paper provides the basis of adjustment and optimization of the combined cycle prop

26、osed.Key w>rds Engine exliaul lieul melliaiiul, dewinpobilkm .lviiibi nod cycle14 IEtperiurntal study on small sized aircooledheat pump at different conditionsLI Ting*K)ng ,WANG Wenrbin , YU Xiacrniing ,et al.We have conducted comprehensive analysis of performance of air cooled heat pump at diffe

27、rent conditions by experimental test using R22 as refrigeranl We put forward several niethnds of improving the perfor mance of system and obtain the functions of capacity and performance as well as related performance curve .this work has an important significance to the designing matching and choos

28、ing type of unitsKey w)rds 汕厂cooled heat punip iperformance of conditionsev perimental researchThe computing clnracteristics(< prinnryreturn air system for supernurketWAN G Chuir hua . WAN G GucrhengThe paper analyses the characteristics of air conditioning load of su- perniarket in summer. State

29、s the views on selecting primary return air without relocating equipment according to the temperature and humidity. On the base of (hat .it also analyses the computing characteristics of I his system. And offers the reference of saving cncrg y.Key w>rds Mr conditioning;supermarket:primary return

30、air sys- icmThe calculation <jf soil and buried ground heat exchangerin ground source Iwat pump systemGAO Gui-zhi WAN G GurjuanGround source heat pump is airconditioning technique wilh energy saving & enionment protecting using earth energy.and is developed rapidly these days. Introduces Real

31、 transfer model of soil and buriedground heat exchanger .and the calculation nwtiK)ds of using R)xpro Key w>rds :ground source heat punip : buried heat exchange:cal* culalion : Foxpro22The new technology and use of the reverse osmosis for the high pressure train wtter energ) recovery YANG Shoirzh

32、i X1 Shirjuan WE1 Shuang*feng It is the goal of this article to discuss the power consumption of the reverse osmosis process This article looks at the history of energy recov ery .compares the different systems and observes Ihm. This article describes the principle and features of the new patened en

33、ergy recovery technology by the author invented.Key w)r(ls :reverse osmosis: high pressure : brain water recoveryThe simulating of solar energj inphotovoltaic system to use computerWANG McrhanSolar energy in photovoltaic system is a mode of electric power genw eration directly which use solar cell o

34、f electronic device of semiconductor to generate power by absorbing solar radiation energy effectively and make it to change electrical energy .it is a principal way of dealing with energy shortage and protecting the environmenl against pollution to exw ploil and make use of solar energy which is re

35、generative and clean to generate electrical energy. This thesis presents studying condition of solar energy in photovoltaic system. Based on transmitting heat and relevant knowledge .the mathemitics model and simulating system of solar energy in photovoltaic system was set up with software of LabVIE

36、W.Key w>rds glar power:photowhaic :calculation model of nut he" mat ics: simulating36Design of bionnss pisifiaition engineering ii>countrr scale central mis supi)lv system* YUE RurfengBased on the physical characteristic of bionuss gas and the theory of hydrodynamics hydm analysis of gas

37、pipeline and water a)llcctor is in this paper .and the structure and size of the auto nut ic water collector is designed optiniizely which has been applied effectively in central gas simple engineering of biomass gasificatk)n.Key vwrds :bio mass gasification: central gas supply:engineering. pipeline

38、40Plan hint/cold source selection of senior buildings districtWU Yuirfu 丄IU Chong .WANG Shrying .cl al. Summarises lhe concrete conditions of plan heat/cold source sclee lion of senior buildings di st riel in Shenyang Denx)nstates with the iir vestnwnt and operation coat analysis and makes; a case w

39、isely of 5 differ ent options .explains reasonableness of choice gas direct fired absorplion chiller heat/cold units.Key w>rds :senior buildings district: heat/cold source : selection costI 43 IAnalysis of preventing cold loss and saving energyfor summer hot and winter uirin district's buildingsYANG Wairsheng .ZHANG Yairmei 丄UO Peng-fei according lo the ecialties of different di