科技成果——膜法海水淡化关键设备能量回收装置
反渗透海水淡化的能量回收装置
反渗透海水淡化的能量回收装置闫红梅中国核电工程有限公司摘要:反渗透海水淡化在能耗方面占有很大的优势，能量回收是降低海水淡化成本的重要措施。
本文简要介绍了目前几种常用的能量回收方式，对其进行比较，并说明采用能量回收的重要性。
关键词：反渗透海水淡化能量回收中图分类号：P747文献标识码：A文章编号：1概述当今社会，能源需求和环境压力的急剧上升决定了发展核电等清洁能源成为必然选择。
按照既定规划，“十二五”期间，我国将迎来新一轮核电站建设高峰期。
日本福岛核事故后，我国暂停审批核电项目，但我国能源消耗的增长较快，发展非化石能源是大势所趋，随着核电技术水平的不断提高以及核安全保证能力的提升，以及适宜大规模建设发电等特点，核电依然是清洁能源的重要选择。
我国大部分核电站建在沿海，沿海地区可利用的淡水资源非常紧张，海水淡化技术的采用在很大程度上缓解了淡水需求。
在海水淡化技术的应用过程中，降低能耗、节省能源、减少制水成本的处理方式是最为人们所关注的。
反渗透海水淡化（SWRO ）具有设备投资省、能耗低、建设期短、占地面积少、对设备材质要求低等特点。
其在能耗方面占有很大的优势，无能量回收装置的反渗透海水淡化的能量消耗约为8~10kW·h/m 3，采用能量回收装置能耗可降到3~4.5kW·h/m 3。
图1-1为反渗透海水淡化的操作成本分项，图1-2为电力消耗成本分项。
由此可见，能耗在运行成本中占有很重要的份额，大约占制水总成本的30%左右。
下表为反渗透海水淡化能耗的基本发展情况：年代能耗能量回收方式1980年8kW·h/m 3无1990年4.8kW·h/m 3透平式图1-1反渗透海水淡化操作成本分项图1-2反渗透海水淡化电力消耗成本分项2000年 3.7kW·h/m3涡轮式2005年 2.2~2.5kW·h/m3PX压力式可见，想要有效的降低能耗，采用合适的能量回收装置是十分必要的。
海水淡化反渗透膜法
海水淡化反渗透膜法反渗透是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。
在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。
此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。
如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。
由于反渗透膜可以阻止无机盐分子的通过，因此反渗透工艺技术可以用于海水淡化领域，一般来说，反渗透海水淡化工程可以分为三个部分：预处理、反渗透和后处理，但是因膜污染不得不进行膜清洗工作，所以，加上这一道工序，反渗透工艺一般分为四个部分。
一、海水杀菌灭藻由于海水中存在大量微生物、细菌和藻类。
海水中细菌、藻类的繁殖和微生物的生长不仅会给取水设施带来许多麻烦，而且会直接影响海水淡化设备及工艺管道的正常运转，所以海水淡化工程多采用投加液氯、次氯酸钠和硫酸铜等化学剂来杀菌灭藻。
二、混凝过滤为了使反渗透的进水水质得到进一步提高，降低进水的浊度，通常在混凝过滤之后加上一个多介质过滤器，使得水中的微小悬浮物和颗粒物得到进一步的去除，确保水质的进一步提高。
三、阻垢剂和还剂海水的组成非常复杂，硬度和碱度都非常高，为了使得反渗透系统能够更好的运行，保持系统始终在没有结垢的情况下运行，需要根据具体的水质投加相对应的阻垢剂。
另外，因为反渗透预处理中投加了氧化剂杀菌，故在反渗透进水时需要投加还原剂来还原，使得反渗透系统的进水余氯小于0.1ppm（或ORP<；200mV），满足反渗透系统对进水氧化物质含量的要求。
四、保安过滤器因为海水的含盐量非常高，保安过滤器要求采用316L材质，滤芯孔径通常选5μm，过滤进高压泵前的海水，阻挡海水中直径大于5μm颗粒杂质，确保高压泵，能量回收装置和反渗透膜元件安全、长期稳定的运行。
五、高压泵和能量回收装置高压泵和能量回收装置是为反渗透海水淡化设备提供能量转换和节能的重要设备，按反渗透海水淡化设备所需的流量和压力选型，能量回收装置具有水力透平结构，能利用反渗透排放浓缩海水的压力使反渗透进水压力提升30%，使得浓水的能量得到有效的利用，同时降低能耗，从而有效地减少运行费用。
反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用
反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用海水淡化技术发展的一个重要目标是降低运行成本，在运行成本的构成中能耗所占的比重最大，降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。
反渗透海水淡化(SWRO)是目前海水淡化的主流技术之一，反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压，反渗透膜排出的浓水余压高达5．5～6．5 MPa，按照40％的回收率计算，排放的浓盐水中还蕴含约60％的进料水压力能量，将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗，而这一目标的实现有赖于能量回收技术的利用。
通过能量回收装置的应用大幅降低了淡化水的生产成本，促进了反渗透淡化技术的推广和应用，并使之成为最具竞争力和发展速度最快的海水淡化技术。
因此，能量回收与反渗透膜和高压泵并列成为反渗透海水淡化系统中的三大关键技术。
国外SWRO能量回收技术的发展20世纪70年代，随着反渗透技术开始用于海水／苦咸水的淡化，各种形式的能量回收装置也相继出现。
能量回收装置总体上分为两类，即水力透平式和功交换式。
水力透平式能量回收装置最早的能量回收装置是水力透平式，瑞士Calder．AG公司的Pehon Wheel透平机和Pump Ginard公司的Francis透平机，效率一般为50％～70％。
其原理是利用浓盐水驱动涡轮转动，通过轴与泵和电机相连，将能量输送至进料原海水，过程需要经过“水压能→机械能→水压能”两步转换[1]。
水力透平机与高压给水泵电机同轴连接，一般是高压给水泵双出轴两侧分置电机和透平机，也可以是电机双出轴两侧分置水泵和透平机。
透平机作电机的第二驱动助推电机，通过减小电机转矩，降低电机动力消耗。
在上述基础上经过改进出现了一些独特的设计，其中最具代表性的有丹麦Grundfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国PEI公司生产的Hydraulic Turbo charger。
两者均是透平机与泵一体化设计，一根转轴连接两个叶轮，全部封装在一个壳体中，浓盐水流过叶轮时通过冲击叶片而推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。
国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心
国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心是国内最早从事膜和膜过程研究开发的单位之一。
中心是国家液体分离膜工程技术研究中心、浙江省膜技术工程研究中心的依托单位，国民经济动员净水技术中心的挂*单位，中国海水淡化和水再利用学会和浙江省膜学会挂*单位，主编并发行《水处理技术》杂志，是我国分离膜的科研生产基地和国内外学术交流中心。
中心自六十年代起致力于分离膜与膜工业过程的研究开发，集科、工、贸于一体，现由中国工程院院士技术领衔，百余名水处理技术专家加盟，是我国液体分离膜的重要研发与产业化基地。
中心作为我国液体分离膜工程技术研究中心的依托单位，长期以来承担国家和部省级重点攻关项目，在膜工业领域取得一批代表国家水平的重大成果，具有首创市场的明显优势。
荣获国家科技进步一等奖、三等奖各一项，国家科技攻关重大成果三等奖，国家级新产品一项，部省级成果奖40余项，国家专利近三十项。
形成了电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤等主流技术。
生产销售五大类二十三个系列产品，拥有电渗析、反渗透、纳滤、超滤和微滤膜及组器的生产线。
年销售额2亿元，业绩遍布全国二十几个省市的电子、电力、化工、轻工、医药、煤炭、环保、食品等行业，为十几个国家提供了水处理成套工程。
中心现下设五个控股公司和一个研究所，即杭州（火炬）西斗门膜工业有限公司、杭州华新净水有限公司、杭州北斗星膜制品有限公司、杭州东天虹环境保护有限公司、中国海洋技术开发公司和中心直属研究所。
分别承担国家和社会委托的膜分离技术研究开发项目和产业化项目：承接海水、苦咸水淡化、工业水处理、纯水超纯水制备、饮用水的净化、工业废水处理与资源化以及化工分离提纯等系统工程设计与成套工程；生产膜制品；销售水处理设备及相关产品；代理丹麦的格兰富水泵和荷兰的DP水泵等。
人才荟萃现有职工288人，技术人员占75％，其中中国工程院院士一人，享受国家特殊津帖专家8人，硕士学位的授予单位之一。
ERI PX能量回收装置介绍 pressure exchanger
REGIONAL OFFICES 区域办公室 Spain, UAE, China & Florida 西班牙、阿联酋、中国和美国佛罗里达 ,
3
PUMP ENGINEERING Monroe 全资子公司PEI Michigan, USA 美国密歇根州
CONFIDENTIAL
Company Profile 公司简介
Isobaric Turbocharger
Efficiency %
80
60 40 20
Pelton Turbine
Increasing Flow
14
CONFIDENTIAL
Desalination Systems 海水淡化系统
1980 1990 2000 2010
Francis Turbine
Turbocharger
Membranes 膜更换费8%
Chemical / Consumables 化学品消耗9%
8
CONFIDENTIAL
Power Use — Breakdown (Seawater RO) 电力消耗成本分项
Permeate Treatment
后处理系统 1%
Permeate Distribution
• Highest Efficiency, Durability and Reliability
4
CONFIDENTIAL
Market Technology Awards 市场和技术成就
5
CONFIDENTIAL
Over 180 Clients 180多个客户
6
CONFIDENTIAL
Desalination Plant Capital & Operating 膜法海淡工厂投资和操作成本
海水淡化能量回收装置流程
海水淡化能量回收装置流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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海水淡化反渗透膜法工艺的应用
关键词：电厂海水淡化；反渗透膜法工艺；技术应用1概述2017年初，国家发改委和国家海洋局共同印发了《全国海水利用十三五规划》，提出的目标是：十三五末，全国海水淡化总规模达到220万吨/日以上，新增海水淡化规模119万吨/日以上。
目前全球海水淡化技术超过20余种，包括反渗透法、低温多效、多级闪蒸、电渗析法、压气蒸馏、露点蒸发法、水电联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等。
从大的分类来看，主要分为蒸馏法（热法）和膜法两大类。
反渗透为国际海水淡化主流技术，《中国海水淡化设备市场调研与投资前景预测报告（2018版）》显示：到2018年全球海水淡化技术中反渗透占总产能的65%，多级闪蒸占21%，电去离子占7%，电渗析占3%，纳滤占2%，其他占2%。
2海水淡化反渗透膜法介绍反渗透法诞生于1953年，又称为膜法。
它使用的薄膜叫“半透膜”，其作用是让淡水通过，不让盐分通过。
反渗透膜是一种用特殊材料制成的、具有半透性能的薄膜。
最常用的是中空纤维和螺旋卷式两种。
根据膜材料或成膜工艺又可分为非对称反渗透膜、复合反渗透膜。
目前反渗透膜组件的使用寿命为3～5年。
反渗透膜组件质量的优劣和水平的高低关键在于膜性能的好坏,反渗透膜法海水淡化过程中节能和高脱盐是两个需要满足的问题[1]。
经过多年来技术研究，反渗透海水淡化设备对膜、泵、能量回收装置等不断研究更新，装置的平均耗能已经减少至原来的五分之一[2]。
反渗透本体部分主要由反渗透组件和高压泵两大部分组成。
反渗透所需能耗主要用于提供反渗透过程所需压力上，为了降低淡化水的操作费用，通常在浓盐水排放管线上安装能量回收装置。
3应用实例山东莱州电厂规划容量6×1000MW超超临界燃煤机组，一期工程现已正式运行2×1000MW国产超超临界燃煤发电机组，本期正在扩建2×1000MW超超临界二次再热燃煤机组。
海水淡化系统是莱州电厂配套项目，利用发电厂的电力以及海水取排水设施生产淡水，以作为电厂锅炉补给水和其它工业用水。
膜分离在海水淡化中的应用
膜分离在海水淡化中的使用摘要：20世纪以来，我国的淡水水资源危机日益凸显，为了提高水资源的利用率，海水淡化成为广大学者研究的重要课题。
和此同时，在海水淡化中发挥着十分重要的作用的膜分离技术应运而生，具有低能耗的明显优势，并得到国际广泛认可和重视。
本文就从我国海水淡化的现状出发，重点分析膜分离技术在海水淡化中的具体使用，进而展望其发展前景，为海水淡化事业提供指导借鉴【关键词】膜分离技术；海水淡化；开发前景1、海水淡化现状概述1.1关键设备得以改善海水淡化中，膜脱盐用的关键设备是必不可少的一部分，其中能量回收装置和高压泵等关键设备发挥着功不可没的作用。
如今，这些海水淡化所用的关键设备得以不断改善，如能量回收装置更新换代的速度不断提高，海水淡化的效率不断提升，日益成为低能耗的关键设备，并且被广泛使用在大型海水淡化工程中。
1.2工艺过程日益成熟随着海水淡化技术的不断进步，相关工艺过程已经比较成熟，成本能耗不断下降。
其中反渗透膜分离技术经历了一级海水淡化工艺、高压一级海水淡化工艺、高效两段法、NF淡化工艺、集成过程以及其他工艺过程，这些过程在丰富的经验之下变得十分成熟，使得我国海水淡化工程数量不断增加，技术经济指标已经达到世界先进水平。
目前，我国海水淡化技术基本成熟，已建成具有自主知识产权的千吨级和万吨级示范工程，是完全独立掌握海水淡化技术的少数几个国家之一。
1.3膜分离技术的持续进步海水淡化事业的不断发展，离不开日益进步成熟的膜分离技术，其中膜性能和组器技术进步十分大。
自从20世纪80年代以来，膜性能价格不断降低，技术不断改进，从而使得反渗透海水淡化的成本日益下降，其强大的竞争力得到国际市场的青睐和认可2、膜分离技术在海水淡化中的具体使用2.1正渗透膜分离技术的使用正渗透膜分离技术（Forward Osmosis，FO）实行的过程中，通过水渗透压的作用下，从低向高渗透压侧中扩散，也就是纯水一侧渗透到浓盐水一侧。
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科技成果——膜法海水淡化关键设备能量回收装置成果简介
近年来海水淡化技术的快速发展及其成本的大幅降低，使越来越多的国家和地区开始考虑利用淡化水作为第二水源，以缓解日益严峻的淡水危机。
目前可用于工业规模的海水淡化方法反渗透技术的发展速度最快，成本的降幅也最大。
其原因主要在于膜性能的不断提高和高效能量回收装置的广泛使用。
能量回收装置作为反渗透海水淡化系统的必备设备之一，对大幅降低淡化系统的运行能耗，进而降低产水成本至关重要。
正位移式能量回收装置近年来备受市场青睐，其产品市场占有率也呈逐年快速增长的发展趋势，淡化系统本体吨水电耗也由80年代的8.0kWh降低到约2.0kWh。
技术原理
按照工作原理的不同，能量回收装置可分为水力透平式（或离心式）和正位移式两种类型。
水力透平式运行时通常需要经过“压力能-轴功-压力能”两步转化过程，能量回收效率相对较低，为50-75%。
而正位移式则利用浓盐水直接增压进料海水的方式回收压力能，效率高达90%-96%。
此外，正位移式能量回收装置使用过程中还具有根据运行需要灵活调节淡化系统的产水回收率的特点。
“阀控余压能量回收装置”采用正位移式工作原理，集成式水压缸和阀组相结合来实现反渗透海水淡化系统排放浓盐水余压能的回收利用。
能量回收装置采用PLC控制，易于与上位系统相耦合，控制精度和可调性都很好。
技术水平
该项目经国家海洋局鉴定验收（国海鉴字[2004]003号），认为该成果达到国际先进水平。
该技术已于2004年7月7日获准国家发明专利（授权公告号CN1156334C）。
应用前景
能量回收装置由于具有较高的能量回收效率，已经逐渐成为海水淡化行业中研究和开发的热点，其产品市场占有率也呈逐年快速增长的发展趋势，近年来国内海水淡化工程大多采用美国ERI公司的PX 能量回收装置。
我国在SWRO能量回收技术方面的研发起步较晚，发展比较迟缓，装置形式较单一，大都局限于双液压缸功交换式，整体水平同国际先进技术还有很大的差距，但工业化发展及应用前景较好。
随着我国淡水资源的日益缺乏，反渗透海水淡化工程必将大力发展，因而研究开发具有自主知识产权的能量回收装置具有深远的意义。
阀控余压能量回收装置具有与国外同类产品相当的性能指标，其生产成本可比国外产品降低1/3-1/2，是反渗透海水（或苦咸水）淡化系统必备的关键设备之一，市场前景广阔，经济效益巨大。
适用范围
该装置可广泛应用于反渗透海水（或苦咸水）淡化系统和工业反渗透系统等水处理领域和有关化工工业（如合成氨工业）中需要回收液体压力能的场合。
合作方式以技术合作的方式开发新型反渗透海水淡化能量回收装置系列产品。