论余压能量回收在船用反渗透海水淡化中应用

梅标

摘 要：结合当前的船用反渗透海水淡化的发展情况，从自身的工程经验出发，在分析了余压能量回收装置工作原理的基础上，多角度探讨了试验平台的搭建中关键部件选择以及系统性能测试等问题，希望对于今后进一步深化研制余压能量回收装置有所帮助。

关键词：余压能量回收；船舶装置；渗透海水淡化；关键作用

0引言

当前，我国的海军以及远洋运输发展速度很快，现代化船舶正在朝着远洋化、智能化、大型化等发展。在进行如何有效控制反渗透海水淡化成本的过程中，则应充分重视如何利用好余压能量回收技术。但从实际情况来，陆地的余压能量回收装置存在着成本过大、体积巨大等问题，难以适用于船舶的发展。所以，这里结合自身的实践经验，重点探讨了小型化的余压能量回收装置的相关问题。

1 余压能量回收技术现状

在进行研究反渗透海水淡化推广应用的过程中，主要问题则是涉及到装置运行成本过高的情况，特别是原水在进行压力提升过程中所具备比较高的能耗问题，为了保证系统的运行，则应该有效降低系统能耗。在具体的过程中，应该进行加压海水处理，保证其压力大于渗透压的情况下，方可以要求海水透过膜来得到相应的淡水。在此环节中，还会产生高压浓缩水的情况，这部分浓水的压力往往比较高，能够实现在5-6MPa环节，如果不加以重视和有效处理，这样则存在浪费能源的问题。借助于余压能量回收装置的作用，能够将这部分能量进行有效的回收，转为系统所需要的能量，可以将上述较高的浓水余压能量转变为进水的压力能，能有效实现进水压力提升过程中耗能的降低[1-5]。由此可见，如果充分发挥好余压能量回收的作用，能够有有效控制好系统的能耗问题，特别适用于电力资源较为缺乏的应用场合，更能突显出能量回收装置的重要作用。

1.1 离心式能量回收装置

利用上述能量回收装置能有效开展两次能量转换，最为代表性的则是透平机装置，借助于这种装置，能够实现装置回收余压能力为透平旋转的机械能的作用，然后借助于旋转的叶轮能有效实现水的压力的提升。一般情况来看，浓水能量进行原海水能力的转换效率往往都在75%之下。从实践情况来看，往往是在较为大型的反渗透海水淡化系统中应用上述的能量回收装置。其中，离心式能量回收装置的最为代表性的为没过PEI公司的Hydraulic Turbo charger以及丹麥 Grundfos 公司生产的 BMET 透平直驱泵。在这种系统中，一根转轴连接着两个叶轮，并能根据需要进行封装在壳体之中，这样在借助于浓盐水带动叶轮做功而实现驱动透平轴的旋转。这样就能实现透平轴直接带动增压泵工作，能有实现能量转换效率所提升到65%—80%的范围。

1.2 容积式能量回收装置

利用上述装置能较好实现余压能量的直接交换作用，借助于高压介质能够实现活塞推动，从而能实现压力直接传递给所需加压的介质，往往能实现超过92%的能量转换效率，这种装置在上世纪八十年代开始应用，当前的应用数量正在呈现出逐步上升的趋势。

对于容积式能量回收装置来说，具有代表性的产品则是压力交换器，其往往能够实现较高的转换效率，因此较为适用于船舶上所应用的反渗透海水淡化装置系统中。从实践情况来看，对于加勒比海的九个淡化装置进行分析和统计，其中一共采用了十七个大容量压力交换器，同时，其每个装置的流量都在1000m3/d。这些的装置的能量回收效率能够实现在90%-98%左右的范围。结合当前的发展情况来看，压力交换式的能量回收装置，主要包括活塞式压力交换器和转子式压力交换器等。

2余压能量回收装置工作原理

适应于船舶应用的语言能量回收装置来说，主要是涉及到活塞杆、活塞、缸筒、单向阀、先导阀块以及换向阀块等内容。其中，结合装置的特点来看，两个活塞则是安装在左右缸筒内部能够实现左右移动的需求，自然而然就会形成浓海水腔和原海水腔。在此基础上，经过反渗透膜的作用，排除高压浓海水的情况下，这样就能让浓海水进入余压能量回收装置的换向阀，并能够进入左缸筒的位置。这样情况下，浓海水往往具有5.5MPa左右较高的压力，这样就会在装置内部完成相应的能量交换工作。对于原海水来说，必然存在着压力增加的情况，这样就利用单向阀而到反渗透膜中，能够实现反渗透的要求。此时，考虑到单向阀的特点以及作用，能处于反向截止状态。这样利用打压过程中，实现原海水进入缸筒的要求，这样就会实现原海水压力较大，而不断进入缸筒内部，同时，这样情况下，泄压浓海水则利用换向阀的泄压口来进行排出[1]。

3试验平台的搭建

在上述基础上开展相关的实验活动，对于原水进行增压以及过滤器预处理，能实现其成为低压原水。一部分低压原水经过高压泵增压处理，能够得到反渗透膜的实际操作压力要求；另一部分，则是从相应的装置中的低压原水进口来进入装置，并要求装置内部的能量交换为高压原水，要求通过高压原水出口进行输出，然后将相应的两部分高压原水进行混合输出，实现相应的反渗透膜组件的要求。在进行相关的反渗透处理过程中，这样产出淡水则是通过管道进入水箱，而另一部分高压水则是用来进行高压浓海水的模拟处理，并能按照要求进入相关的回收装置，通过必要的压力转换后成为低压浓盐水，并进行排放至水箱。

2.1高压泵的选择

在进行高压泵的选择过程中，进行系统的柱塞泵的应用，主要考虑到以下几个方面的因素[2，3]：一是，柱塞泵具有较高的工作效率，往往能够实现高于85%，且具有较低的能耗；二是，柱塞泵体积比较小，较为适用于船舶上空间狭小的场所；三是，柱塞泵具有比较宽的流量范围，能符合几台离心泵的流量范围；四是，具有比较小的噪声，相应的维护成本比较低。

2.2供水泵的选择

供水泵在进行开展反渗透海水淡化的过程中，往往都是采用离心泵，主要是从其所具备的压力以及低流量的情况下考虑，其主要的工作效率比较低，往往低于40%。在实验平台中，则是供水泵采用螺杆泵，主要是考虑到其具有比较高的效率，能够实现比较宽的压力以及流量范围，能实现相应的流量调节要求，其特点符合船舶使用的要求。

4装置性能测试

4.1有效能量转换效率

在进行性能测试的过程中，所谓的有效能量转换效率更多则是表征装置回收浓盐水的能量后输出有效能量的情况，涉及到余压能量回收装置的性能，在进行相关的数据测试的过程中，依照相关的标准规范要求来进行计算。经过测试结果来分析，结合不同的压力以及流量的要求下，通过相关的转换计算，有效能量转换效率能够满足国家标准要求，具体来说，有效能量转换效率不低于90%，从这点可以看出，这项装置在进行能量回收环节具有较高的效率。

5结论

综上所述，借助于余压能量回收装置的功能，通过反渗透膜的作用进行高压浓海水能量的排除，并能实现作用于低压原水，具有比较高的回收效率，这样能有助于实现反渗透海水淡化系统的节能效果，能有效符合船舶的使用条件，应该在进一步进行相关功能的研发，更好地符合船用反渗透海水淡化的应用。

参考文献：

[1] 刘海强 张艳. 船用反渗透海水淡化产水量提高途径研究[J]. 中国水运（下半月），2014（4）.

[2] 梁承红， 邢红宏， 李荫， 等. 反渗透海水淡化技术在舰船上的应用[J]. 化学工程与装备，2011（10）.

[3] 孙毅， 郑增建， 单继宏， 等. 基于船用反渗透海水淡化装置的压力与温度参数优化[J]. 浙江工业大学学报， 2016（4）.

[4] 邹川玲， 刘淑静， 张拂坤， 等. 反渗透海水淡化技术发展潜力评价指标体系研究.

科技管理研究， 2015， 35（19）.

[5] 陈棫端， 吕东方， 于开录， 等. 舰用海水淡化技术装备现状及发展趋势. 舰船科术， 2014， 36（08）.