論余壓能量回收在船用反滲透海水淡化中應用

梅標

摘 要：結合當前的船用反滲透海水淡化的發展情況，從自身的工程經驗出發，在分析了余壓能量回收裝置工作原理的基礎上，多角度探討了試驗平臺的搭建中關鍵部件選擇以及系統性能測試等問題，希望對于今后進一步深化研制余壓能量回收裝置有所幫助。

關鍵詞：余壓能量回收；船舶裝置；滲透海水淡化；關鍵作用

0引言

當前，我國的海軍以及遠洋運輸發展速度很快，現代化船舶正在朝著遠洋化、智能化、大型化等發展。在進行如何有效控制反滲透海水淡化成本的過程中，則應充分重視如何利用好余壓能量回收技術。但從實際情況來，陸地的余壓能量回收裝置存在著成本過大、體積巨大等問題，難以適用于船舶的發展。所以，這里結合自身的實踐經驗，重點探討了小型化的余壓能量回收裝置的相關問題。

1 余壓能量回收技術現狀

在進行研究反滲透海水淡化推廣應用的過程中，主要問題則是涉及到裝置運行成本過高的情況，特別是原水在進行壓力提升過程中所具備比較高的能耗問題，為了保證系統的運行，則應該有效降低系統能耗。在具體的過程中，應該進行加壓海水處理，保證其壓力大于滲透壓的情況下，方可以要求海水透過膜來得到相應的淡水。在此環節中，還會產生高壓濃縮水的情況，這部分濃水的壓力往往比較高，能夠實現在5-6MPa環節，如果不加以重視和有效處理，這樣則存在浪費能源的問題。借助于余壓能量回收裝置的作用，能夠將這部分能量進行有效的回收，轉為系統所需要的能量，可以將上述較高的濃水余壓能量轉變為進水的壓力能，能有效實現進水壓力提升過程中耗能的降低[1-5]。由此可見，如果充分發揮好余壓能量回收的作用，能夠有有效控制好系統的能耗問題，特別適用于電力資源較為缺乏的應用場合，更能突顯出能量回收裝置的重要作用。

1.1 離心式能量回收裝置

利用上述能量回收裝置能有效開展兩次能量轉換，最為代表性的則是透平機裝置，借助于這種裝置，能夠實現裝置回收余壓能力為透平旋轉的機械能的作用，然后借助于旋轉的葉輪能有效實現水的壓力的提升。一般情況來看，濃水能量進行原海水能力的轉換效率往往都在75%之下。從實踐情況來看，往往是在較為大型的反滲透海水淡化系統中應用上述的能量回收裝置。其中，離心式能量回收裝置的最為代表性的為沒過PEI公司的Hydraulic Turbo charger以及丹麥 Grundfos 公司生產的 BMET 透平直驅泵。在這種系統中，一根轉軸連接著兩個葉輪，并能根據需要進行封裝在殼體之中，這樣在借助于濃鹽水帶動葉輪做功而實現驅動透平軸的旋轉。這樣就能實現透平軸直接帶動增壓泵工作，能有實現能量轉換效率所提升到65%—80%的范圍。

1.2 容積式能量回收裝置

利用上述裝置能較好實現余壓能量的直接交換作用，借助于高壓介質能夠實現活塞推動，從而能實現壓力直接傳遞給所需加壓的介質，往往能實現超過92%的能量轉換效率，這種裝置在上世紀八十年代開始應用，當前的應用數量正在呈現出逐步上升的趨勢。

對于容積式能量回收裝置來說，具有代表性的產品則是壓力交換器，其往往能夠實現較高的轉換效率，因此較為適用于船舶上所應用的反滲透海水淡化裝置系統中。從實踐情況來看，對于加勒比海的九個淡化裝置進行分析和統計，其中一共采用了十七個大容量壓力交換器，同時，其每個裝置的流量都在1000m3/d。這些的裝置的能量回收效率能夠實現在90%-98%左右的范圍。結合當前的發展情況來看，壓力交換式的能量回收裝置，主要包括活塞式壓力交換器和轉子式壓力交換器等。

2余壓能量回收裝置工作原理

適應于船舶應用的語言能量回收裝置來說，主要是涉及到活塞桿、活塞、缸筒、單向閥、先導閥塊以及換向閥塊等內容。其中，結合裝置的特點來看，兩個活塞則是安裝在左右缸筒內部能夠實現左右移動的需求，自然而然就會形成濃海水腔和原海水腔。在此基礎上，經過反滲透膜的作用，排除高壓濃海水的情況下，這樣就能讓濃海水進入余壓能量回收裝置的換向閥，并能夠進入左缸筒的位置。這樣情況下，濃海水往往具有5.5MPa左右較高的壓力，這樣就會在裝置內部完成相應的能量交換工作。對于原海水來說，必然存在著壓力增加的情況，這樣就利用單向閥而到反滲透膜中，能夠實現反滲透的要求。此時，考慮到單向閥的特點以及作用，能處于反向截止狀態。這樣利用打壓過程中，實現原海水進入缸筒的要求，這樣就會實現原海水壓力較大，而不斷進入缸筒內部，同時，這樣情況下，泄壓濃海水則利用換向閥的泄壓口來進行排出[1]。

3試驗平臺的搭建

在上述基礎上開展相關的實驗活動，對于原水進行增壓以及過濾器預處理，能實現其成為低壓原水。一部分低壓原水經過高壓泵增壓處理，能夠得到反滲透膜的實際操作壓力要求；另一部分，則是從相應的裝置中的低壓原水進口來進入裝置，并要求裝置內部的能量交換為高壓原水，要求通過高壓原水出口進行輸出，然后將相應的兩部分高壓原水進行混合輸出，實現相應的反滲透膜組件的要求。在進行相關的反滲透處理過程中，這樣產出淡水則是通過管道進入水箱，而另一部分高壓水則是用來進行高壓濃海水的模擬處理，并能按照要求進入相關的回收裝置，通過必要的壓力轉換后成為低壓濃鹽水，并進行排放至水箱。

2.1高壓泵的選擇

在進行高壓泵的選擇過程中，進行系統的柱塞泵的應用，主要考慮到以下幾個方面的因素[2，3]：一是，柱塞泵具有較高的工作效率，往往能夠實現高于85%，且具有較低的能耗；二是，柱塞泵體積比較小，較為適用于船舶上空間狹小的場所；三是，柱塞泵具有比較寬的流量范圍，能符合幾臺離心泵的流量范圍；四是，具有比較小的噪聲，相應的維護成本比較低。

2.2供水泵的選擇

供水泵在進行開展反滲透海水淡化的過程中，往往都是采用離心泵，主要是從其所具備的壓力以及低流量的情況下考慮，其主要的工作效率比較低，往往低于40%。在實驗平臺中，則是供水泵采用螺桿泵，主要是考慮到其具有比較高的效率，能夠實現比較寬的壓力以及流量范圍，能實現相應的流量調節要求，其特點符合船舶使用的要求。

4裝置性能測試

4.1有效能量轉換效率

在進行性能測試的過程中，所謂的有效能量轉換效率更多則是表征裝置回收濃鹽水的能量后輸出有效能量的情況，涉及到余壓能量回收裝置的性能，在進行相關的數據測試的過程中，依照相關的標準規范要求來進行計算。經過測試結果來分析，結合不同的壓力以及流量的要求下，通過相關的轉換計算，有效能量轉換效率能夠滿足國家標準要求，具體來說，有效能量轉換效率不低于90%，從這點可以看出，這項裝置在進行能量回收環節具有較高的效率。

5結論

綜上所述，借助于余壓能量回收裝置的功能，通過反滲透膜的作用進行高壓濃海水能量的排除，并能實現作用于低壓原水，具有比較高的回收效率，這樣能有助于實現反滲透海水淡化系統的節能效果，能有效符合船舶的使用條件，應該在進一步進行相關功能的研發，更好地符合船用反滲透海水淡化的應用。

參考文獻：

[1] 劉海強 張艷. 船用反滲透海水淡化產水量提高途徑研究[J]. 中國水運（下半月），2014（4）.

[2] 梁承紅， 邢紅宏， 李蔭， 等. 反滲透海水淡化技術在艦船上的應用[J]. 化學工程與裝備，2011（10）.

[3] 孫毅， 鄭增建， 單繼宏， 等. 基于船用反滲透海水淡化裝置的壓力與溫度參數優化[J]. 浙江工業大學學報， 2016（4）.

[4] 鄒川玲， 劉淑靜， 張拂坤， 等. 反滲透海水淡化技術發展潛力評價指標體系研究.

科技管理研究， 2015， 35（19）.

[5] 陳棫端， 呂東方， 于開錄， 等. 艦用海水淡化技術裝備現狀及發展趨勢. 艦船科術， 2014， 36（08）.