阀控能量回收装置用分腔式切换器设计与性能研究

发布时间：2020-10-01 06:25

　　能量回收装置是降低反渗透海水淡化系统能耗的关键设备，阀控能量回收装置是其中最主要的产品类型之一。流体切换器做为能量回收装置的核心，主要用来引导高压盐水和泄压盐水有规律的进出能量回收装置。流体切换器的设计开发对于能量回收装置至关重要。本文在课题组对阀控能量回收装置研究的基础上，针对现有切换器结构复杂、高压盐水流量压力不稳定等问题，设计开发了用于阀控能量回收装置的分腔式流体切换器，分析了切换器高压腔和低压腔结构设计特点，制造了高压腔通道无重叠和有重叠的两种切换器。建立了能量回收装置“一键式”控制平台及相应的数据采集存储系统。在目标流量为1.0m~3/h和2.0m~3/h时，对安装有两种切换器的阀控能量回收装置的流体力学特性分别进行了实验测试和分析。结果表明：无重叠切换器对应系统的高压盐水流量Qbi、低压海水流量Qsi、泄压盐水流量Qbo、增压海水流量Qso、泄压盐水压力Pbo、增压海水压力Pso均呈周期性向下波动的趋势，高压盐水压力Pbi和低压海水压力Psi均呈现与流量对应的周期性向上波动，这均与切换器转换工作位过程转芯处于密封区引起的断流、憋压有关。有重叠切换器对应系统的高压盐水流量Qbi、增压海水流量Qso、高压盐水压力Pbi、增压海水压力Pso波动很小，基本实现了无波动运行，这是因为高压腔流道开度的增大使得切换器在转换工作位过程，高压盐水能够连续的供给，保证了其流量和压力的稳定性。变工况或实际操作等过程可能出现流量不匹配的情况。为了检测所设计的分腔式切换器对流量不匹配的适应性，论文分别对安装有两种结构分腔式切换器的能量回收装置进行了流量不匹配实验。实验结果表明，所设计的分腔式切换器，尤其是有重叠分腔式切换器在流量不匹配的情况下，流量压力的波动较小，对流量不匹配情况的适应性较好。另外，与过流相比，过冲情况下高压盐水和增压海水的流量压力波动性更小。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：P747
【部分图文】：

示意图,反渗透法,海水淡化系统,工艺流程

第一章反渗透海水淡化与能量回收技术国际脱盐协会的最新统计数据表明，2010 年底全球反渗透海水淡化工程的产能已达到 3910 万 m3/d，占海水淡化总产能的 60%，成为最有效的海水淡化主流技术之一[1-2]。反渗透海水淡化（SWRO）是利用反渗透膜只允许水通过而使得海水中水和盐分离的的技术，在反渗透膜的一端施加大于海水渗透压的外压，海水中的水透过反渗透膜而得到淡水，同时被反渗透膜截留下来的是盐度更高的浓盐水。典型的反渗透海水淡化系统由四部分组成，即海水取水、海水预处理、反渗透脱盐和产水后处理，工艺如图 1-1 所示[3]。

膜组件,海水淡化,产水,能耗

图 1-2 卷式膜组件图Fig 1-2 Diagram of spiral-wound membrance component件的发展使得单支膜组件的耐压性能得到提高、平均产水通量使淡化系统单位淡水能耗更加降低。现单只膜组件产水量已达达到 8.27MPa，回收率达到 11%[12]。耐高压膜元件的成功应用水回收率由 40%提高到 60%，使得淡化系统的产水成本降低了[13]。另外，FilmTec公司开发的膜组件（FILMTEC SW-30HR-32殊结构，使得膜组件不增加尺寸的同时，可使能耗降低 25%，4%[14-15]。渗透海水淡化系统的节能方法透海水淡化是一项利用能量来生产淡水的技术，所以技术发展题是能量消耗问题。与其他海水淡化方法相比，反渗透虽然能3

工艺图,工艺图

第一章反渗透海水淡化与能量回收技术压供给持续而且产水率稳定的连续的反渗透过程，浓缩液可以在 3-4 个膜之间循环，达到任意想要的回收率。在不妨碍反渗透过程的前提下，盐水以较低的能耗通过受压管道替换为淡水然后与之分离。该技术已经应用于苦咸水脱盐和海水淡化技术[32]。已报道的地中海水脱盐中，在回收率为 48%时，能耗仅为1.65-1.87KWh/m3，相当于海水淡化能耗在 1.5-1.7 KWh/m3。图 1-7 为CCD工艺流程图，图 1-8 为某CCD系统用于脱盐装置图。

【参考文献】