反渗透海水淡化系统余压能量回收装置过程特性的研究

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1、酢848524]汪⑧天毕大尊硕士学位论文’-0--■—H：■爿：I：冒I■譬●—-■●lC学科专业：化学工程作者姓名：余瑞霞指导教师：王世昌教授天津大学研究生院2005年1月摘要反渗透海水淡化过程的比能耗是决定淡化水成本高低的主要因素之一。现有淡化技术的比能耗是理论计算值的4—5倍，降低过程比能耗进而降低产品水成本是广泛推广海水淡化技术的有效方法之一。本文所研究的阀控余压能量回收装置通过回收高压浓盐水余压能来有效降低系统比能耗。能量回收装置按照工作原理可分为透平式和J下位移式两种类型，早期兴建的反渗透系统大多采用透平式能量回收装置，但其能

2、量回收效率较低。而正位移式能量回收装置近年来应用较多，已成为广大科研工作者研究的热点问题。本文所研究的阀控余压能量回收装置采用正位移原理，利用高压盐水直接增压进料海水，采用两个水压缸(功交换器)交替工作来减小盐水和海水的流量／压力波动。本文开发了多种阀门控制方案，自行编制了PLC控制软件，对各控制条件下能量回收装置的动态性能进行了测试和分析。本论文采用时间控制、流量积算仪控制两种方案来实现阀门的有规律开闭。前者通过设定合理的增压及泄压时间来控制相应电磁阀开闭，后者通过仪表设定合理的流量累积体积来控制相应电磁阀开闭。每种控制方案都能实现盐水

3、不连续进料与连续进料两种操作过程。时间控制方案投资及运行成本较低．但对系统流量稳定性要求较高，如果赫水或海水流量增大，则有可能出现活塞堵撞水压缸端部的现象。而流量积算仪控制方案在各流量下操作稳定，不易发生活塞卡壳危险，控制精确，但装置投资费用较高。盐水不连续进料操作过程中，高压盐水和低压海水流量均成周期性向下波动趋势；高压盐水和低压海水压力均成周期性向上波动趋势，而增压海水压力基本保持平稳。增大水压缸长度或容积有利于降低流量、压力波动。盐水连续进料操作过程中，高压盐水流量基本保持稳定，低压海水流量成周期性向下波动趋势；高压盐水压力保持平稳

4、，低压海水压力成周期性向上波动趋势。论文提出了一种阀控余压能量回收装置专用多功能阀门的设计方案，用特殊设计的阀门代替原有的水压缸端四个电磁阀，有效简化了系统。关键词：反渗透海水淡化能量回收装置过程特性多功能阀门ABSTRACTTheenergyconsumptionforseawaterreverseosmosis(SWRO)isoneofthemainfactorsthataffectthecostofdesalinationproduct．NowadaystheactualspecificenergyrequirementsforSW

5、ROarearoundfourtofivetimesaslargeasthethermodynamicallycalculatedvalue，offeringconsiderableareaforimprovementandcostreduction．Thevalve-controlledenergyrecoverydevice(ERD)designedintheexperimentcallreduceenergyconsumptionefficientlybyrecoveringtheremainingenergyinthebrines

6、team．TheERDcanbeclassifiedintotwocategoriesbytheiroperatingprinciple，thecentrifugaltypeorpositivedisplacementtype．MostoftheROsystemsinstalledworldwiderelyoncentrifugaldeviceswithlowefficiency,Recentlypositivedisplacementdevicesaremoreusedbecauseoftheirhighefficiencyandhav

7、ebecomearesearchfoCUSofthisfield．TheERDdesignedinonrresearchprogramisofthepositivedisplacementprinciple，usingthehighpressurebrinetopressurizethefeedwaterdirectly．Twocylindersareusedtorecoveryenergyaltematelytomiulshflowandpressurefluctuateofthebrineandfeedwater．Anexperime

8、ntalapparatusWassetupandseveralvalvecontrollingschemesweredeveloped．Soffwaresoftheprogrammablelo