自增壓式泵與能量回收一體機(jī)試驗(yàn)研究

邱冠華，劉思晗，宋代旺，汪程鵬，王海濤，趙如娟，黃云飛，王生輝

(自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

1 前言

反滲透海水淡化技術(shù)近年來發(fā)展迅速。降低反滲透海水淡化系統(tǒng)的能耗是國際上研究人員關(guān)注的重要問題[1]，其方法包括應(yīng)用能量回收技術(shù) 、提高膜性能、簡化預(yù)處理過程等。其中，能量回收技術(shù)可降低反滲透系統(tǒng)能耗40%以上，是最有效的降低能耗的方法[2]。

現(xiàn)有反滲透系統(tǒng)中主要使用兩種類型的能量回收裝置：功交換式與渦輪式。功交換式能量回收裝置主要有兩種，一種是通過閥門和活塞來實(shí)現(xiàn)其壓力交換；另一種是通過高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子來實(shí)現(xiàn)壓力交換。功交換式裝置擁有高達(dá)98%的能量轉(zhuǎn)換效率和平穩(wěn)的性能曲線，但面對較高的回收率需求，功交換式效果欠佳[3]，且由于體積較大且維護(hù)要求高，因此它們不適用于小型反滲透海水淡化系統(tǒng)。另一類渦輪式能量回收裝置包含同軸連接的水力渦輪及高壓泵，靠渦輪回收余壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后再將機(jī)械能作用于高壓泵端轉(zhuǎn)換為原水液壓能，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的。典型產(chǎn)品諸如PEI公司開發(fā)的Hydraulic Turbo Charger[3]。渦輪式能量回收裝置的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)60%～80%[4]，且流量越大，效率越高，所以渦輪式能量回收裝置通常用于中大規(guī)模的反滲透海水淡化。

小型反滲透海水淡化系統(tǒng)(產(chǎn)水量低于10 m3/d)為降低設(shè)備成本，通常不配備能量回收裝置，導(dǎo)致噸水能耗達(dá)10 kW·h/m3[5-6]。文章所述的自增壓式泵與能量回收一體機(jī)，采用壓力交換機(jī)制將低壓海水加壓至反滲透操作壓力，同時(shí)具備高壓泵及能量回收功能，可大幅降低海水淡化能耗與設(shè)備成本。……