[实用新型]用于反渗透海水淡化系统的往复泵-压力能回收一体机

说明书

技术领域

本实用新型涉及反渗透海水淡化领域，尤其涉及一种利用高压往复泵改造而成，并且同时具有高压泵、回收压力能作用的一体机。

背景技术

由于淡水的短缺，海水淡化技术和海水淡化产业在快速发展。目前海水淡化的实用方法大致有两种：热法和反渗透法。反渗透法是将海水经预处理后，加压到几个MPa，然后进入到纳米半透膜管中，在压力作用下克服渗透压渗透到管外成为淡水的过程，最后将未渗透的浓海水排走，其中淡水约占40%，浓海水约占60%。

海水淡化技术发展的一个重要目标是降低运行成本，在运行成本的构成中能耗所占的比重最大，降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。反渗透海水淡化(SWRO)是目前海水淡化的主流技术之一，反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提高进水压力（6～7MPa）以克服水的渗透压，反渗透膜管内排出的浓海水余压高达5.5～6.5 MPa，按照40％的回收率计算，排放的浓盐水中还蕴含约50％的进料水压力能量，将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗，而这一目标的实现有赖于压力能量回收技术的利用。

通过压力能量回收装置的应用大幅度降低了淡化水的生产成本，促进了反渗透淡化技术的推广和应用，并使之成为最具竞争力和发展速度最快的海水淡化技术。因此，压力能量回收与反渗透膜和高压泵并列成为反渗透海水淡化系统中的三大关键技术。

20世纪70年代，随着反渗透技术开始用于海水／苦咸水的淡化，国外各种形式的能量回收装置相继出现。能量回收装置总体上分为两类，即水力透平式和功交换式。

最早的能量回收装置是水力透平式，瑞士Calder．AG公司的PehonWheel 透平机和Pump Ginard公司的Francis透平机，其原理是利用浓盐水的压力驱动涡轮转动，通过轴与泵和电机相连，将能量输送至进料原海水，过程需要经过“水压能→机械能→水压能”两步转换。这种方式，效率不高，一般为50％～70％，且加工要求高、价格高。

20世纪80年代出现了一种新的能量回收技术，其工作原理是“功交换”，通过界面或隔离物（活塞），直接把高压浓盐水的压力传递给进料海水，过程得到简化，只需要经过“水压能→水压能”的一步能量转换，能量回收效率得以提高，可以达到90%以上。但由于流量的瞬变，阀门需频繁开启、关闭，致使阀寿命短，功交换器造价高，可靠性差。

国内对能量回收装置的研究起步较晚，目前进行反渗透用能量回收装置研究的主要有中科院广州能源所、天津大学、杭州水处理中心和天津海水淡化研究所等4家单位，研发方向均为双液压缸“功交换式”能量回收装置。其基本过程为：在“功交换”缸内，设有活塞；活塞前是输进的新海水，活塞后为进入的高压浓海水；高压浓海水的压力使活塞前进，把能量传给了新海水。所谓“双液压缸”就是两个缸交替输进和压出海水，使出水变得均匀。

广州能源所研发的试验样机为带活塞杆的双液压缸功交换式能量回收装置(专利号：200510035328.8)，使用电磁阀进行高、低压水的切换，并用蓄能器稳定压力。试验表明，稳定压力的效果不错。

天津大学的双液压缸功交换式能量回收装置使用多个气动阀进行高、低压水的切换，由PLC 控制阀门的动作，在1000 m3／d的反渗透海水淡化试验平台上进行了试验，取得了一定效果，并申请了专利(专利：200510014295.9)。

杭州水处理中心设计的能量回收装置主要由双液压缸、止回阀和四通功能阀组成，两台液压缸通过活塞杆定位，并固定在一条直线上。装置设计申请了发明专利(专利号：200510050117.1)。

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，流量可达18 m3／h。在反渗透海水淡化试验平台上进行了系统试验，通过168 h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<0．2 MPa。已申请发明专利1项、实用新型专利2项(专利号分别为201010122952.2、201020129553.4、201020129553.4)。

上述几家单位的研究都取得了一定的效果，能量回收效率均较高，都超过了90%，但这些研究且试用的装置还存在以下缺点：

①都需要行程开关、电磁阀门进行控制，部件多，使用过程中难免发生故障；

②没有自吸能力，需配备初级泵为之进水、推动活塞返回和排出低压浓海水；