一種反滲透淡化系統(tǒng)能量回收利用裝置及使用方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及海水或苦咸水脫鹽淡化領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】反滲透淡化技術(shù)作為海水/苦咸水脫鹽淡化的重要手段之一，對沿海地區(qū)和內(nèi)陸淡水資源短缺地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展起到極其重要的作用。然而，在反滲透淡化技術(shù)的應(yīng)用過程中，能耗在運行成本中大約占制水總成本的30%左右，若要有效地降低能耗，采用適宜的能量回收裝置是十分必要的。
[0003]反滲透淡化系統(tǒng)的工作壓力在5.8?8.0MPa之間，而產(chǎn)生的濃鹽水尚有很高的壓力，通常在5.5?6.0Mpa之間。若將這部分能量加以回收并轉(zhuǎn)化成進水能量，將會大幅降低能耗，進而降低制水成本，同時降壓后的濃鹽水排放更加安全。
[0004]目前，能量回收裝置按照工作原理主要可分為透平式和功交換式兩種類型。透平式能量回收裝置主要有水力透平式，通常需要經(jīng)過“壓力能-機械能-壓力能”兩次轉(zhuǎn)換，功交換式能量回收裝置利用反滲透系統(tǒng)排出的高壓濃水直接增壓進料原水的方式來回收能量，能量回收效率可達90%以上，根據(jù)其配流方式不同，又可細分為轉(zhuǎn)子式壓力交換器和活塞式閥控壓力交換器兩類。轉(zhuǎn)子式壓力交換器采用旋轉(zhuǎn)缸體端面配流無活塞結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單但會有25%的滲混?；钊介y控壓力交換器采用固定缸體有活塞的閥配流結(jié)構(gòu)，需配備增壓泵提升初步升壓的原水進入反滲透系統(tǒng)，增壓泵、缸體和活塞等部件需要采用既耐腐蝕又耐磨的貴重金屬材料制作。
[0005]目前，它們尚存在的不足之處在于:(1)透平式能量回收裝置，增加了機械能損耗，能量回收效率偏低。(2)轉(zhuǎn)子式壓力交換器，存在由于濃鹽水向原水滲漏造成進膜原水鹽度增加而引起脫鹽能耗額外增高的問題；而且需要獨立的增壓泵，會降低總體效率，成本比較高；另外，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)尖利刺耳、噪聲大，一旦轉(zhuǎn)子中進入氣泡、雜質(zhì)等，就非常容易發(fā)生損壞，可靠性差。(3)活塞式閥控壓力交換器，加工難度大，并且對密封要求也很高，目前主要依賴于進口，代價很高；即使有些基于固定缸體有活塞的閥配流結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計的活塞式閥控壓力交換器無需再設(shè)置增壓泵，效率得到提高，但是存在控制機構(gòu)比較復雜的問題。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種降低機械能損耗，能量回收效率高，總體效率高，成本比較低，噪聲小，不易發(fā)生損壞，可靠性強，加工難度小的反滲透淡化系統(tǒng)能量回收利用裝置及使用方法。
[0007]本發(fā)明的具備增壓功能的反滲透淡化系統(tǒng)能量回收利用裝置，主要包括:低壓原水進口、第一進液閥、高壓氣泵、加壓腔體、第一液位傳感器、第二液位傳感器、第一腔體、第一雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器、第二腔體、第三液位傳感器、第二進液閥、第三進液閥、第四液位傳感器、第三腔體、第二雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器、第四腔體、第五液位傳感器、第一排液閥、第二排液閥、三位四通換向閥、低壓濃水排放口、高壓濃水進口、高壓原水出口和壓力表。
[0008]本發(fā)明反滲透淡化系統(tǒng)能量回收利用裝置中，原水入口一端與低壓原水泵的一端相連，低壓原水泵的另一端與低壓原水進口的一端相連，低壓原水進口的另一端分別與第一進液閥、第二進液閥和第三進液閥相連。第一進液閥的一端與低壓原水進口的一端相連，第一進液閥的另一端與加壓腔體相連。加壓腔體的上部設(shè)有高壓氣泵，加壓腔體的內(nèi)部置有第一液位傳感器，加壓腔體的下部與高壓原水出口的一端相連，高壓原水出口設(shè)有壓力表。高壓原水出口的另一端與反滲透膜組的一端相連，反滲透膜組的另兩端分別連接淡水出口和高壓濃水進口的一端。高壓濃水進口的另一端與三位四通換向閥的進液口P 口相連，三位四通換向閥的工作口 A 口與第一腔體的下部相連，第一腔體內(nèi)部置有第二液位傳感器，第一腔體的上部與第一雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器的一端相連，第一雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器的另一端與第二腔體的上部相連，第二腔體內(nèi)部置有第三液位傳感器，第二腔體的中上部與第二進液閥相連。第二腔體的下部與第一排液閥的一端相連，第一排液閥的另一端分別與加壓腔體和第二排液閥的一端相連，第二排液閥的另一端與第三腔體的下部相連。第三進液閥的下端與第三腔體相連，在第三腔體內(nèi)部置有第四液位傳感器。第三腔體的上部與第二雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器的一端相連，第二雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器的另一端與第四腔體相連，第四腔體的內(nèi)部置有第五液位傳感器，第四腔體的下部與三位四通換向閥的工作口 B 口相連，三位四通換向閥的回液口T 口與低壓濃水排放口相連。三位四通換向閥的控制口與控制器相連。
[0009]本發(fā)明的反滲透淡化系統(tǒng)能量回收利用裝置的使用方法如下:
[0010](I)控制器將三位四通換向閥調(diào)至位置一(左位)，使第一腔體與高壓濃水進口接通，并使第四腔體與低壓濃水排放口接通；
[0011](2)需要進行淡化處理的原水經(jīng)原水入口進入淡化系統(tǒng)，并由低壓原水泵進行一次加壓，一次加壓后的原水分為兩路:一路進入加壓腔體，另一路進入第二腔體或第三腔體；
[0012](3)進入加壓腔體的一次加壓原水通過二次加壓后進入反滲透膜組，經(jīng)反滲透膜過濾后排出低壓淡水和高壓濃水；
[0013](4)未透過反滲透膜的高壓濃水經(jīng)高壓濃水進口通過三位四通換向閥進入第一腔體中，推動第一腔體內(nèi)部儲存的惰性氣體經(jīng)第一雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器增壓后向第二腔體中流動，使第二腔體中的一次加壓原水增壓并通過第一排液閥進入加壓腔體，在加壓腔體中再次加壓后進入反滲透膜組；
[0014](5)同時，經(jīng)低壓原水泵加壓的一次加壓原水通過第三進液閥進入第三腔體中；第三腔體內(nèi)部儲存的惰性氣體經(jīng)第二雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器增壓后向第四腔體中流動，把第四腔體中已經(jīng)釋放壓力的低壓濃水推出；直到第三腔體中的液面高度到達液位上限或第四腔體中的液面高度到達液位下限；
[0015](6)當?shù)谝磺惑w中的液面高度到達液位上限或第二腔體中的液面高度到達液位下限時，第一腔體中的第二液位傳感器或第二腔體中的第三液位傳感器發(fā)出控制信號，電氣控制系統(tǒng)通過控制器驅(qū)動三位四通換向閥換向到位置二(右位)，使第一腔體與低壓濃水排放口接通，并使第四腔體與高壓濃水進口接通；
[0016](7)從反滲透膜組出來的高壓濃水經(jīng)高壓濃水進口通過三位四通換向閥進入第四腔體中，推動第四腔體內(nèi)部儲存的惰性氣體經(jīng)第二雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器增壓后向第三腔體中流動，使第三腔體中的一次加壓原水增壓并通過第二排液閥進入加壓腔體，在加壓腔體中再次加壓后進入反滲透膜組；
[0017](8)同時，經(jīng)低壓原水泵加壓的一次加壓原水通過第二進液閥進入第二腔體中；第二腔體內(nèi)部儲存的惰性氣體經(jīng)第一雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器增壓后向第一腔體中流動，把第一腔體中已經(jīng)釋放壓力的低壓濃水推出；直到第二腔體中的液面高度到達液位上限或第一腔體中的液面高度到達液位下限；
[0018](9)當?shù)谒那惑w中的液面高度到達液位上限或第三腔體中的液面高度到達液位下限時，第四腔體中的第五液位傳感器或第三腔體中的第四液位傳感器發(fā)出控制信號，電氣控制系統(tǒng)通過控制器驅(qū)動三位四通換向閥再次換向到位置一(左位)；
[0019](10)此后循環(huán)進行步驟(I)至步驟(9)，從而實現(xiàn)位置一和位置二交替工作，達到連續(xù)加壓和余壓能量回收再利用的目的。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0021](I)本發(fā)明中省去了故障率較高、壽命較短的高壓海水泵，采用的高壓氣泵故障率低，使用壽命也比較長，提高了系統(tǒng)的可靠性；
[0022](2)本發(fā)明采用的三位四通換向閥具有換向緩沖調(diào)節(jié)功能和中位過渡機能，可降低換向沖擊；
[0023](3)本發(fā)明的工作腔體中均充有一定壓力的惰性氣體，可實現(xiàn)蓄能器功能，可降低壓力交換時由于高低壓轉(zhuǎn)換而造成的壓力沖擊與波動，從而保護反滲透膜組，提高了系統(tǒng)的平穩(wěn)性；
[0024](4)本發(fā)明的工作腔體之間采用雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器進行增壓，經(jīng)過增壓后的原水壓力遠大于高壓濃水壓力，不需要增壓泵再次增壓，提高了系統(tǒng)的效率，降低了系統(tǒng)的能耗；
[0025](5)本發(fā)明的工作腔體之間彼此獨立，有效地避免了濃鹽水向原水的泄漏，很好地解決了由于濃鹽水向原水滲漏造成進膜原水鹽度增加而引起脫鹽能耗額外增高的問題；
[0026](6)本發(fā)明裝置的工作腔體內(nèi)部均裝有液位傳感器，高壓原水出口處安裝有壓力表，可隨時監(jiān)測裝置的工作狀態(tài)，以便對整個工作裝置進行最優(yōu)化調(diào)控；
[0027](7)本發(fā)明采用氣體加壓原理進行增壓，所采用的高壓氣泵和雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器是目前市場上已能大批量工業(yè)化生產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，價格相對比較低廉；同時，本發(fā)明高度集成了加壓與能量回收利用功能，減少了傳統(tǒng)系統(tǒng)中大量的連接管道和閥門，降低了管道工程和材料成本；降低了系統(tǒng)的投資成本。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明增壓與能量回收利用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明增壓與能量回收利用方法的位置一(左位)狀態(tài)圖；
[0030]圖3是本發(fā)明增壓與能量回收利用方法的位置二(右位)狀態(tài)圖。
[0031]圖中:1-原水入口、2-低壓原水泵、3-低壓原水進口、4-第一進液閥、5-第二進液閥、6-第三進液閥、7-加壓腔體、8-高壓氣泵、9-第一液位傳感器、I O-高壓原水出口、11-壓力表、12-反滲透膜組、13-淡水出口、14-高壓濃水進口、15-三位四通換向閥、16-第一腔體、17-第二液位傳感器、18-第一雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器、19-第二腔體、20-第三液位傳感器、21-第一排液閥、22-第二排液閥、23-第三腔體、24-第四液位傳感器、25-第二雙驅(qū)動氣驅(qū)增壓器、26-第四腔體、27-第五位液壓傳感器、28-低壓濃水排放口、29-控制器。
[0032]【具體實施方式】在圖1至圖3的本發(fā)明的示意簡圖中，原水入口