发布时间：2021-06-17所属分类：免费文献浏览：1次
摘 要： 山东农业大学学报(自然科学版)
《差压式海水淡化装置的节能研究》论文发表期刊：《山东农业大学学报(自然科学版)》；发表周期：2020年05期
《差压式海水淡化装置的节能研究》论文作者信息：刘恒娟(1979-),女,硕士,高级讲师,主要研究方向为电子与自动控制技术.
摘要：为了满足船舶乘员和设备对淡水的使用需求，一般在远洋船舶上面装有海水淡化装置。文中对差压式海水淡化装置的节能原理和效果进行了研究，验证了其具有吨水功耗低和能量回收效率高的特点。首先阐述了装置的组成和原理，然后对系统参数进行了计算，最后首次采用AMESim软件对装置进行了仿真。结果表明，理论研究与仿真结果基本一致，吨水功耗小于3.78kwh，能量回收效率能达到92.7%左右，从而降低了使用成本。
关键词：海水淡化;节能装置
Abstract：In order to meet the needs of the crew and equipment for fresh water，desalination devices are usually installed on the ocean going ships.The energy-saving principle and effect of differential pressure desalination device is researched.It isverified that it has the characteristics of low power consumption per ton of water and high energy recovery efficiency.Firstly the composition and principle of the device are described，and then the system parameters are calculated.Finally，AMESim software is used to simulate the device for the first time.The results show that the theoretical research and simulation results are basically consistent The power consumption per ton of water is less than 3.78 kWh，and the energy recovery effic iency can reach about 92.7%.Thus，the use cost is reduced.
Keywords：Desalination;energy saving device
随着人类向海洋的探索和利用，人们对淡水的需求从陆地转向了大海。由于淡水资源日益短缺，通过海水淡化而获得淡水资源的需求越来越迫切1。海水淡化是将海水中的盐分和杂质除去后可以
达到饮用水、工业用水标准的一个过程2海水淡化装置在现代科技领域中有着广泛的研究价值。目前在以反渗透为主流的海水淡化装置中，使用能量回收装置能有效回收废弃高压海水中的能
量，从而使耗电量大大降低[3，能量回收装置可分为透平式能量回收装置[4]与功交换式能量回收装置
[5]，但这些装置的效率最高只能达到90%6，且国内外对此类装置的设计通过经验和人工计算来完成。
为了进一步降低海水淡化装置的吨水功耗和提高能量回收效率，文中阐述了一套反渗透海水淡
化装置，其采用了功交换式能量回收装置中的差压式能量回收泵，使得吨水功耗降低至3.78 kWh以下，能量回收效率达到92.7%左右，并首次采用AMESim软件对装置进行仿真，验证了理论研究。
1差压式海水淡化装置
1.1 装置的组成
该海水淡化装置主要由海水泵、前处理过滤器(金属滤芯过滤器、活性炭过滤器与保安过滤器)、能量回收泵组件(差压式能量回收泵、控制阀和单向阀)、反渗透膜组件7、产水水箱及冲洗水泵等组成，其结构如图1所示。海水泵采用3DS6太阳能水泵，功耗低。
1.2装置的工作原理
海水经海水泵提升至装置内，经30 金属滤芯过滤器、10 活性炭过滤器以及精度为5u的保安过滤器等进行前处理过滤。然后通过能量回收泵组件进行增压，增压后的海水一部分透过反渗透膜组件成为淡水，剩余部分则变成高压浓海水重新回到能量回收泵中。最后在能量回收泵中，高压浓海水将其压力传递给进料低压海水后排出(图2)。
1.3差压式能量回收泵增压原理
差压式能量回收泵的工作原理如图3所示。能量回收泵上端是一个控制阀，下端是类似于两只活塞缸并联的结构。高压废弃海水通过能量回收泵将压力传递给低压海水使其变成高压海水，自身变成低压废弃海水排出。
差压式能量回收泵的活塞向左运动的示意图如图 4 所示。两只并联活塞缸所隔成的四个腔体由左至右分别为增压腔、回收腔、排放腔和进料腔。右端的低压海水进入到能量回收泵右端的进料腔中，其压力为海水泵压力，在上端控制阀的作用下，与其相邻的腔为排放腔，其压力近似为0。
2系统参数计算
2.1反渗透工艺参数计算
假设用标准海水(含盐量35000 mg/L)经传统过滤方式，污染指数SDIK5，25 ℃C，产水量为2.08tld、水回收率为8.3%，3年工作寿命，表征反渗透膜污染情况的流量因子为0.85，采用陶氏膜专用设计ROSA软件进行计算，得到进水流量为24.10 td(1th)，反渗透膜前压力为36.8 bar，浓水压力为36.6bar，浓水流量为22.01 td(0.917th).
2.2扬程计算
在计算海水泵扬程时，需要考虑能量回收泵增压机理所必须的扬程和阀门、膜壳与管道的流阻所损失的扬程。总计损失的扬程约为26.23 m，则该系统中需要56.83m扬程的海水泵。选用在该流量下最高扬程为70m的3DS6太阳能水泵，除能够保证正常使用要求外，在流体通道内存在一定程度的堵塞时也能正常工作。
2.3系统功耗计算
在保证扬程与流量情况下，还须保证功耗满足使用要求。当扬程为60m、流量为1th时，所用海水泵功率小于305 w。而对于吨水功耗不超出4度电来说，装置最大功率不能超过333 w，因此使用该水泵情况下，其它产品至少可以有28w以上的功率。
2.4 能量回收效率计算
能量回收效率=回收能量/浓水能量=(膜前压力-原水压力)×原水流量/(浓水压力×浓水流量)
3系统仿真
通过AMESim软件进行仿真，使用定量泵来模拟3DS6太阳能水泵，用流阻来模拟反渗透膜及膜壳，用两只独立的液压缸作为能量回收泵，用P型三位四通阀作为能量回收泵控制阀。控制逻辑通过相关控制元件实现。
4结论
阐述了一套使用差压式能量回收泵的节能反渗透海水淡化装置，其功耗小于3.78kWh，能量回收率达92.7%左右，进一步提升了我国海水淡化技术的水平，满足了我国在该领域的巨大需求(9.0参考文献
[1]魏树辉，张荣山，孙炉钢.海水淡化自动检测和控制系统设计[J.科技创新导报，2018，15(10)：4-6
[2]李敏，袁观樑庄浩，等小型吸收式太阳能热泵海水淡化系统的设计J制冷，2016，35(3)：65-69
[3]阮国岭，冯厚军国内外海水淡化技术的进展[J.中国给水排水，2008.24(20)：86-90
[4]刘思远，张建姣，赵静一，等泵-马达式能量回收技术在海水淡化工程中的应用进展[液压与气，2019(1)：7-12
[5]潘献辉，王生辉，杨守智反渗透差动式能量回收装置的试验研究[].中国给水排水，2011，27(9)：41-44
[6] Richard L.Stover.Development of a Fourth Generation Energy Recovery Device.A'CTO's notebook'J.Desalination，2004，165(1/3：3 131
[7]侯立安，张雅琴海水淡化反渗透膜组件系统的研究现状[J].水处理技术，2015，41(10)：21-25
[8]冯勇，薛鹏张辉，等·蓄能器保压系统在高低温环境试验中的故障分析[J]机床与液压，2017，45(8)：187-189
[9]宋代旺，初喜章，王生辉，等中小型海水淡化装置及其能量回收技术的开发和应用[]海洋开发与管理，2018，35(4)：93-97
[10]纪红反渗透海水淡化系统设备集成设计研究[J.锅炉制造2019(4)：59-60，64
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