开题报告-船用反渗透海水淡化装置节能技术分析

1、附件5毕业设计（论文）开题报告书课题名 称 船用反渗透海水淡化装置节能技术分析学生姓名学号学院、年级专业指导教师2019年01月05日一、毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1题目背景船舶在航行任务中，船舶的动力装置、船员日常饮用水以及锅炉补给水都需要大量的淡水，一般短时间航行可以使用船体中的淡水储存舱。随着全球商业贸易和全球化军事行动，大型化、远洋化、现代化的商业用船和海军舰船不断被制造，单靠船体中的淡水存储舱是无法保证日常的 淡水补给的。在船舶中加装海水淡化装置是解决船用淡水补给问题的有效途径，也成为了船舶的 必备设备之一 1,2。海水淡化技术种类繁多，目前市场占

2、有率最多的技术主要有多效蒸发、多级闪 蒸和反渗透3种3,4,5。据相关统计，反渗透法在全世界淡化市场中的利用占88%。船用反渗透海水淡化技术的不断发展，满足了船舶远航中对淡水的需求。但是船用反渗透海水淡化装置普遍存 在能耗过高，导致产水成本也高的问题，已成为制约船用反渗透海水淡化技术发展的重要因素 因此在船用海水反渗透淡化技术的研究中如何降低能耗已成为研究热点。很多研究人员通过对反渗透膜组件装置排出的高压浓海水研究发现，这部分高压浓海水的压力高达5.5MPa6.5MPa,蕴含着大量的能量。如何利用余压能量回收技术将这部分高压浓海水进行回收利用，已成为研究人 员不断研究和完善的重点内容2研究意义

3、随着海洋战略的深入发展，国家加快振兴先进装备制造业的规划，船用海水反渗透能量回收 装置的研发与应用技术已影响到我国发展海水淡化产业的发展。因此，本课题的研究是从国内外 最新船用海水反渗透能量回收装置的技术入手，并进行投入和运行成本、维护简易、设备空间等 方面进行比较分析，得出适用船用海水反渗透能量回收装置基本要求和最佳方案。研究的结果为 船用特别是小型船用海水淡化能量回收装置选型和成本提供参考。对实际的船用能量回收装置设计和选型具有较大意义。3国内外相关研究情况自上世纪70年代开始反渗透海水淡化进入到海水淡化市场，但是由于反渗透淡水吨产水能39耗高达12KWH/M与发展已成熟的蒸馏法相比无成本

4、等优势。科研人员在反渗透海水淡化系统中应用余压能量回收技术来降低反渗透海水淡化法的能耗成本。利用由反渗透膜排出的高压浓盐水对原海水进行增压，降低反渗透海水淡化装置的运行成本。这使得余压能量回收技术已成为反渗 透海水淡化工艺重要组成部分，也已得到了国内外学者重点研究和关注，本文将回顾国内外相关 研究情况，总结相关技术和应用成果。国外对于海水淡化能量回收装置的研究起步早，相关回收技术已经发展较为成熟，并且成功的运用到商业化海水淡化能量回收工程中。1970年初反渗透制淡水技术开始用于淡化的生产，各种形式的能量回收装置也相继出现。种类繁多的能量回收装置，依据工作原理可以分为水力透平式和正位移式两大类。

5、最早的能量回收装置是瑞士Calder.AG 公司和PumpGinard公司开发的水力透平机，其能力回收效率在50%-70%之间。其原理是“水压能一机械能一水压能”两步转换，利用高压浓盐水驱动涡轮转动，通过轴与泵和电机相连，压力能转化为涡轮的机械能，再同电机 传递过来的机械能共同被输送至原海水进水10o通过减小电机转矩， 从而迖到减少电机能量消耗，经过改进出现了效率更高的设计，如丹麦Gmndfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国 PEI公司生产的Hydraulic Turbocharger。透平轴直接带动增压泵工作输出机械功，能源效率相对前期产 品提高到了 5%-10%1o1980年初开始出现

6、了一种新的海水反渗透能量回收技术，其工作原理是经过“水压能一水压能”的一步能量转换的“正位移”，通过界面直接把高压浓盐水的压力传递给进料海水。相比水 力透平机，正位移原理的能量转换过程更直接和简化，能量回收效率得到提高。1985年加勒比海地区的反渗透海水淡化项目开始使用正位移交换器，建造的9个海水淡化装置安装了17个正位移交换器，每个装置的流量都超过1000m3/d12。目前正位移式能量回收装置主要分为旋转式能量回收装置和活塞式阀控压力交换器两类，能量回收效率可以高达90%-97%旋转式能量回收装置以美国ERI公司的PX旋转式压力能交换能量回收装置为代表，原理是将经反渗透膜组后的高压 浓盐水水

7、流的压力传递给即将进入反渗透膜的低压新鲜海水水流，这两股水流在转子的内通道中直接接触，从而直接完成压力能的传递13。旋转式能量回收装置由于转子的持续运行，其交换流量大于活塞式压力交换器，也无复杂的控制阀路系统以及相关的同步控制机制。因此旋转式能量 回收装置是目前回收效率最高、工况适应性最好的海水淡化能量回收装置14。活塞式阀控压力交换器以瑞士 Calder.AG 公司、德国 KSB Siemag Transplan、Ionics 公司生产的动力压力交换器 为代表。原理是采用两个大直径液缸，其中一个液缸中高压浓水推动活塞将能量传递给低压原海 水向外排液，另一个液缸中供料泵压入低压原海水补液并排出

8、低压浓水。在PLC和浓水换向阀的控制下，两液缸交替输入输出海水，实现了浓水能量转换成原海水能量的回收过程。活塞式阀控 压力交换器需配备增压泵以使初步升压的原海水进入R0系统，由活塞隔离浓水和原海水，能量回收效率可达到 92%。我国在海水反渗透装置能量回收利用技术方面发展比较缓慢，装置形式比较单一，大都局限 于透平类型装置，整体水平同国外先进技术还有存在很大的差距。目前国内的反渗透海水淡化装 置采用的能量回收装置以美国PEI公司的水力透平和 REI公司的PX两种为主。随着市场的增长需求，我国也开展了反渗透余能技术的研究工作。广州能源所研发带活塞杆的双液压缸正位移式 能量回收装置试验样机，使用电磁

9、阀进行髙、低压水的切换，并用蓄能器稳定压力。试验表明， 稳定压力的效果较好。天津大学的双液压缸正位移式能量回收装置使用多个气动阀，实现高、低 压水的切换，由 PLC控制阀门的动作，在 1000m3/d的反渗透海水淡化试验平台上进行了试验运行，取得了一定效果17。天津海水淡化研究所自主研发了一台具备升压功能的差动式反渗透能量回收装置，通过168h的连续不间断运转测试表明：装置运行稳定，有效能量回收率90%压力波动v 0.2MPa18。目前国内对于旋转式能量回收装置研究较少，且停留在低流量的理论研究，没 有工程化实用的案例，2004年大连理工大学的周一卉对旋转式能量回收装置进行了理论和实验研 究，

10、包括端面的密封和掺混等，都得到了一些重要的理论成果19。由于我国能量回收技术发展还处于起步阶段，但随着人们对能源利用意识的不断加强，人们对能量回收技术的研发将会迈上一个新的台阶，将会有更多成熟的国产的能量回收装置被应用到各行各业，甚至走向国际市场。特别是对于船用反渗透海水淡化技术来说，余压能量回收技术的 发展将会对其有极大促进作用。二、本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施（1 ）研究的主要内容1、对国内外船用反渗透海水淡化装置数量和运行情况等数据进行收集；2、对不同的船用反渗透海水淡化装置节能技术案例进行信息收集和汇总；3、通过实际案例调研来分析反渗透海水淡化装置节能技术回收

11、效率和运行成本；4、对不同节能技术的回收效率、投入和运行成本、维护简易等总结和归纳。（2）研究方案本课题主要运用实地调研法以及文献资料研究法：实地调研法是通过对现有船用反渗透海水淡化节能装置进行实地走访和查看，询问操作人 员、项目设计人员等方式，获得节能装置的运行参数、成本、维护等可靠信息，并做好记录，保 证信息的真实性。文献资料研究方法是通过网络查询电子期刊及杂志，利用纸质书籍查阅相关研究成果和相关技术设备公司发布的信息，并进行借鉴及总结，提出自己的观点。（3）措施1、实地调查，获取运行信息；2、文献资料运行数据收集。三、本课题研究的重点及难点，前期已开展的工作（一）、课题研究的重点及难点由

12、于我国在船用反渗透海水淡化装置节能技术安装上的实际案例较少，且安装的节能技术方式也较为单一，是本研究一大难点的地方；本研究的重点：摸清现有的反渗透海水淡化装置节能技术方法，完整收集相关运行参数。（二八前期已开展的工作1、大学期间学习了*、*等相关的专业知识，为课题研究奠定了理论基础；2、已查阅了学校图书馆中和知网数据库中有关船用反渗透海水淡化装置节能技术的资料和刊物；3、已联系一个船用反渗透海水淡化节能装置现场调查。四、完成本课题的工作方案及进度计划（一）、本课题的工作方案(1)完成现场调研，积极收集和整理相关资料;(2)(3)将研究和分析成果规范成学术性论文。结合理论对资料进行整理，得出研究

13、分析成果，针对本课题提出自己的观点;（二）、进度计划2018年11月11日一11月20日毕业设计（论文）课题研究准备阶段2018年11月21日一12月10毕业设计（论文）课题选题和申报2018年12月11日一12月31接受毕业设计（论文）任务书2019 年月1日一1月4日撰写并完成文献检索及文献综述2019 年月5日一1月15日提出开题申请，撰写并完成开题报告2019 年16日一3月18日在毕业实习中调研、数据资料整理分析等2019年3月19日一3月31日拟定毕业论文（设计）详细提纲2019年4月1日一4月20日初步完成毕业论文（设计）初稿撰写2019年4月21日一4月30日毕业论文（设计）修

14、改及资料整理2019年5月1日一5月15日毕业论文（设计）检测及进一步修改2019年5月16日一5月26日毕业论文（设计）答辩准备和答辩2019年5月27日一6月2日毕业论文（设计）材料归纳整理和评优五、参考文献1 苗超，谢春刚，冯厚军等船用海水淡化技术发展现状与研究建议J.船舶工程，2011,33（6）: 6-92 刘茹海水淡化技术的发展J.内江科技.2007, 10: 121.3 夏永强湖钰,张磊等.船用海水淡化装置机电设备J. 2014, 29（5）: 29-324 陈旸.基于高压反渗透方式的船用海水淡化装置研究.机电设备J. 2015, （S1）: 49-515 孙鑫.船用反渗透海水淡

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