海水淡化自增压式能量回收装置的性能研究及放大化设计

摘要

能量回收装置的作用是通过回收膜组件排放出的高压盐水中的压力能，实现海水淡化系统的节能降耗低成本运行。自增压式能量回收装置不同于市场上普遍采用的等压式能量回收装置，其利用差压式水压缸代替等压式水压缸，使能量回收装置具备压力提升的功能，有利于简化海水淡化系统工艺。
　　论文首先介绍了自增压能量回收装置的结构特点及工作原理，对自主开发的自增压能量回收装置在纳滤海水淡化系统的运行特性进行了重点研究与分析，并对能量回收装置的节能贡献进行了评价。
　　在操作压力分别为1MPa、1.5MPa和2MPa的条件下，对自增压能量回收装置与纳滤海水淡化系统耦合运行性能进行实验。结果表明，在操作压力为1MPa时，装置获得的升压比为1.19，高压浓水最大压力波动为0.06MPa，能量回收效率达92.3％。操作压力为1.5MPa时，装置获得的升压比为1.19，高压浓水最大压力波动为0.17MPa，能量回收效率为96.5％。操作压力为2MPa时，装置获得的升压比为1.20，高压浓水最大压力波动为0.24MPa，能量回收效率为98.7％。在各操作压力下，低压海水压力波动均为0.25MPa，流量波动为0.2m3/h。将耦合了差压式自增压能量回收装置与耦合了等压式能量回收装置的纳滤脱盐系统进行了对比分析。在操作压力分别为1MPa、1.5MPa和2MPa时分别节能0.062kW、0.088kW和0.081kW。纳滤脱盐系统耦合了差压式自增压能量回收装置后，不仅简化了系统工艺，省去了增压泵的投资成本，而且在一定程度上降低了系统产水能耗。
　　为探讨自增压能量回收装置在纳滤海水淡化系统中运用的灵活性，分别从系统的压力变化以及不同的进水浓度的条件下进行实验。结果表明：操作压力由1.5MPa提升至2MPa的过程中，活塞的运行周期由9s缩小到8s。在系统的操作压力为2MPa，海水电导率分别为24.7ms/cm，34.2ms/cm时进行实验，活塞的运行周期分别为8s和7s。由于压力提升或海水电导率增大引起高压浓水流量变大，在双到位控制模式下，装置可以灵活适应系统工况变化。
　　在已有自增压能量回收装置性能实验基础上，设计了一套处理量为15t/h、工作压力为6.5MPa的自增压式能量回收装置。对所设计的流体切换器进行了内部结构优化，以提高装置的运行稳定性。设计了新型的差压式增压水压缸，采用活塞一端连接活塞杆的形式，避免了两支缸体中活塞运行速度不一致现象的发生，且可以调整装置的增压比，使之适应不同压力损失的海水淡化系统。

目录

声明

第一章 膜法海水淡化技术与能量回收装置简介

1.1纳滤海水淡化技术概述

1.2海水淡化能量回收装置的发展历程和现状

第二章 自增压式能量回收装置及实验平台

2.1自增压式能量回收装置的背景和工作原理

2.2高压盐水驱动设备

2.3自增压式能量回收装置测试平台

2.4本章小结

第三章 自增压式能量回收装置的性能研究

3.1自增压式能量回收装置的双到位自动运行

3.2不同操作压力下，系统的运行特性研究

3.3系统变化对能量回收装置的影响

3.4能量回收效率

3.5差压式自增压能量回收装置节能效果分析

3.6本章小结

第四章 自增压式能量回收装置放大化设计

4.1自增压式能量回收装置的结构形式及工作原理

4.2流体切换器

4.3差压式水压缸

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢