發布時間：2021-06-17所屬分類：免費文獻瀏覽：1次
摘 要： 山東農業大學學報(自然科學版)
《差壓式海水淡化裝置的節能研究》論文發表期刊：《山東農業大學學報(自然科學版)》；發表周期：2020年05期
《差壓式海水淡化裝置的節能研究》論文作者信息：劉恒娟(1979-),女,碩士,高級講師,主要研究方向為電子與自動控制技術.
摘要：為了滿足船舶乘員和設備對淡水的使用需求，一般在遠洋船舶上面裝有海水淡化裝置。文中對差壓式海水淡化裝置的節能原理和效果進行了研究，驗證了其具有噸水功耗低和能量回收效率高的特點。首先闡述了裝置的組成和原理，然后對系統參數進行了計算，最后首次采用AMESim軟件對裝置進行了仿真。結果表明，理論研究與仿真結果基本一致，噸水功耗小于3.78kwh，能量回收效率能達到92.7%左右，從而降低了使用成本。
關鍵詞：海水淡化;節能裝置
Abstract：In order to meet the needs of the crew and equipment for fresh water，desalination devices are usually installed on the ocean going ships.The energy-saving principle and effect of differential pressure desalination device is researched.It isverified that it has the characteristics of low power consumption per ton of water and high energy recovery efficiency.Firstly the composition and principle of the device are described，and then the system parameters are calculated.Finally，AMESim software is used to simulate the device for the first time.The results show that the theoretical research and simulation results are basically consistent The power consumption per ton of water is less than 3.78 kWh，and the energy recovery effic iency can reach about 92.7%.Thus，the use cost is reduced.
Keywords：Desalination;energy saving device
隨著人類向海洋的探索和利用，人們對淡水的需求從陸地轉向了大海。由于淡水資源日益短缺，通過海水淡化而獲得淡水資源的需求越來越迫切1。海水淡化是將海水中的鹽分和雜質除去后可以
達到飲用水、工業用水標準的一個過程2海水淡化裝置在現代科技領域中有著廣泛的研究價值。目前在以反滲透為主流的海水淡化裝置中，使用能量回收裝置能有效回收廢棄高壓海水中的能
量，從而使耗電量大大降低[3，能量回收裝置可分為透平式能量回收裝置[4]與功交換式能量回收裝置
[5]，但這些裝置的效率最高只能達到90%6，且國內外對此類裝置的設計通過經驗和人工計算來完成。
為了進一步降低海水淡化裝置的噸水功耗和提高能量回收效率，文中闡述了一套反滲透海水淡
化裝置，其采用了功交換式能量回收裝置中的差壓式能量回收泵，使得噸水功耗降低至3.78 kWh以下，能量回收效率達到92.7%左右，并首次采用AMESim軟件對裝置進行仿真，驗證了理論研究。
1差壓式海水淡化裝置
1.1 裝置的組成
該海水淡化裝置主要由海水泵、前處理過濾器(金屬濾芯過濾器、活性炭過濾器與保安過濾器)、能量回收泵組件(差壓式能量回收泵、控制閥和單向閥)、反滲透膜組件7、產水水箱及沖洗水泵等組成，其結構如圖1所示。海水泵采用3DS6太陽能水泵，功耗低。
1.2裝置的工作原理
海水經海水泵提升至裝置內，經30 金屬濾芯過濾器、10 活性炭過濾器以及精度為5u的保安過濾器等進行前處理過濾。然后通過能量回收泵組件進行增壓，增壓后的海水一部分透過反滲透膜組件成為淡水，剩余部分則變成高壓濃海水重新回到能量回收泵中。最后在能量回收泵中，高壓濃海水將其壓力傳遞給進料低壓海水后排出(圖2)。
1.3差壓式能量回收泵增壓原理
差壓式能量回收泵的工作原理如圖3所示。能量回收泵上端是一個控制閥，下端是類似于兩只活塞缸并聯的結構。高壓廢棄海水通過能量回收泵將壓力傳遞給低壓海水使其變成高壓海水，自身變成低壓廢棄海水排出。
差壓式能量回收泵的活塞向左運動的示意圖如圖 4 所示。兩只并聯活塞缸所隔成的四個腔體由左至右分別為增壓腔、回收腔、排放腔和進料腔。右端的低壓海水進入到能量回收泵右端的進料腔中，其壓力為海水泵壓力，在上端控制閥的作用下，與其相鄰的腔為排放腔，其壓力近似為0。
2系統參數計算
2.1反滲透工藝參數計算
假設用標準海水(含鹽量35000 mg/L)經傳統過濾方式，污染指數SDIK5，25 ℃C，產水量為2.08tld、水回收率為8.3%，3年工作壽命，表征反滲透膜污染情況的流量因子為0.85，采用陶氏膜專用設計ROSA軟件進行計算，得到進水流量為24.10 td(1th)，反滲透膜前壓力為36.8 bar，濃水壓力為36.6bar，濃水流量為22.01 td(0.917th).
2.2揚程計算
在計算海水泵揚程時，需要考慮能量回收泵增壓機理所必須的揚程和閥門、膜殼與管道的流阻所損失的揚程。總計損失的揚程約為26.23 m，則該系統中需要56.83m揚程的海水泵。選用在該流量下最高揚程為70m的3DS6太陽能水泵，除能夠保證正常使用要求外，在流體通道內存在一定程度的堵塞時也能正常工作。
2.3系統功耗計算
在保證揚程與流量情況下，還須保證功耗滿足使用要求。當揚程為60m、流量為1th時，所用海水泵功率小于305 w。而對于噸水功耗不超出4度電來說，裝置最大功率不能超過333 w，因此使用該水泵情況下，其它產品至少可以有28w以上的功率。
2.4 能量回收效率計算
能量回收效率=回收能量/濃水能量=(膜前壓力-原水壓力)×原水流量/(濃水壓力×濃水流量)
3系統仿真
通過AMESim軟件進行仿真，使用定量泵來模擬3DS6太陽能水泵，用流阻來模擬反滲透膜及膜殼，用兩只獨立的液壓缸作為能量回收泵，用P型三位四通閥作為能量回收泵控制閥。控制邏輯通過相關控制元件實現。
4結論
闡述了一套使用差壓式能量回收泵的節能反滲透海水淡化裝置，其功耗小于3.78kWh，能量回收率達92.7%左右，進一步提升了我國海水淡化技術的水平，滿足了我國在該領域的巨大需求(9.0參考文獻
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