反渗透海水淡化的能量回收装置

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1、反渗透海水淡化的能量回收装置闫红梅中国核电工程有限公司摘要:反渗透海水淡化在能耗方面占有很大的优势，能量回收是降低海水淡化成本的重要措施。本文简要介绍了目前几种常用的能量回收方式，对其进行比较，并说明采用能量回收的重要性。关键词：反渗透海水淡化能量回收中图分类号：P747文献标识码：A文章编号：1概述当今社会，能源需求和环境压力的急剧上升决定了发展核电等清洁能源成为必然选择。按照既定规划，“十二五”期间，我国将迎来新一轮核电站建设高峰期。日本福岛核事故后，我国暂停审批核电项目，但我国能源消耗的增长较快，发展非化石能源是大势所趋，随着核电技术水平的不断

2、提高以及核安全保证能力的提升，以及适宜大规模建设发电等特点，核电依然是清洁能源的重要选择。我国大部分核电站建在沿海，沿海地区可利用的淡水资源非常紧张，海水淡化技术的采用在很大程度上缓解了淡水需求。在海水淡化技术的应用过程中，降低能耗、节省能源、减少制水成本的处理方式是最为人们所关注的。反渗透海水淡化（SWRO）具有设备投资省、能耗低、建设期短、占地面积少、对设备材质要求低等特点。其在能耗方面占有很大的优势，无能量回收装置的反渗透海水淡化的能量消耗约为8~10kW·h/m3，采用能量回收装置能耗可降到3~4.5kW·h/m3。图1-1反渗透海水淡化操作

3、成本分项图1-1为反渗透海水淡化的操作成本分项，图1-2为电力消耗成本分项。由此可见，能耗在运行成本中占有很重要的份额，大约占制水总成本的30%左右。图1-2反渗透海水淡化电力消耗成本分项下表为反渗透海水淡化能耗的基本发展情况：年代能耗能量回收方式1980年8kW·h/m3无1990年4.8kW·h/m3透平式2000年3.7kW·h/m3涡轮式2005年2.2~2.5kW·h/m3PX压力式可见，想要有效的降低能耗，采用合适的能量回收装置是十分必要的。2能量回收方式由于海水的含盐量高，渗透压大，反渗透淡化海水需要提供较高的工作压力（约5.8~8.0

4、MPa）。如标准海水的含盐量约为35000mg/L，反渗透装置的给水压力约需要6.0MPa。反渗透淡化海水时，一级反渗透装置水的回收率一般为35~55%，即高压浓盐水的排放量可占进水流量的45~65%，这部分浓盐水排出反渗透装置时尚有约5.6~5.8MPa的压力。如果直接排放，一方面比较浪费，另一方面也较危险。在浓盐水的排放管线上安装能量回收装置，把占55%左右的高压浓水的能量加以回收，大大降低了能源的浪费，同时降压后的浓盐水排放更安全。能量回收装置有不同的应用方式：1回收的能量可直接用于提高海水给水的压力；2可用于提高第二段给水的升压，以提高或均衡

5、第二段膜组件的产水量；3制备含盐量更低的淡水，用于第二级反渗透的给水升压。不同的能量回收装置回收效率不同，回收效率低的约为35%~70%，回收效率高的可达90%~95%。纵观海水淡化能量回收装置技术的发展，由最初的反转透平（reverserunningturbines）和皮尔顿装置（Peltonwheeldevices），到20世纪80年代末期的水力透平式能量回收装置（hydraulicturbocharger），1997年美国能量回收公司（ERI）推出采用正位移原理转换能量的压力交换式能量回收装置（PressureExchanger）。能量回收装置

6、主要采用透平式原理和正位移原理来回收能量。2.1能量回收的原理能量回收装置按照工作原理主要可分为透平式和正位移式两种类型。透平式能量回收装置主要有水力透平式，通常需要经过“压能-机械能-压能”两步转换过程，能量回收效率一般在50~70%之间。正位移式能量回收装置利用反渗透系统排出的高压浓水直接增压进料海水的方式来回收能量，能量回收效率一般都在92~95%之间。目前，国际常用的透平式能量回收装置主要代表为美国PumpEngineering（PEI）公司和FluidEquipmentDevelopmentCompany（FEDCO）的水力透平（Turbo

7、Charger）；正位移式能量回收装置主要代表为美国ERI公司的PX。2.1.1水力透平式能量回收装置水力（涡轮）透平式能量回收装置采用离心式原理，由安装叶轮的水泵侧和安装透平转子的透平侧组成，叶轮和透平转子间通过一根中心轴相连接。反渗透装置排出的高压浓水直接冲击涡轮驱动透平转子把压力能转换为机械能（轴功），通过中心轴把机械能传递水泵侧的叶轮，叶轮再把机械能转换为压力能，对进入反渗透系统的海水实施增压。因此，水力透平式能量回收装置完全由浓水提供能量，不需要外加电能。水力透平式出现最早，技术成熟，流程简易，组装方便，产品已形成系列化，但由于其在能量回收

8、过程中存在图2-1水力透平式能量回收装置2次能量转换，在转化过程中存在能量损失，所以能量回收效率较低。其能量