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1、火力发电厂反渗透海水淡化能量回收的选择摘要 简要介绍了反渗透海水淡化系统中的主要能量回收技术, 并对相应 的能量回收装置原理、性能以及在国内外海水淡化工程中的应用等进行了综述和 比较。关键词：火力发电厂、海水淡化、反渗透、能量回收引言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)是目前火力发电厂海水淡化的主流技术之一。海水反渗透装置水的回收 率一般为 3555%，即高压浓盐水的排放量可占进水流量的 4565%，这部分浓盐 水排出反渗透装置时尚有约 5.65.8MPa 的压力。如果直接
2、排放，一方面比较浪 费，另一方面也较危险。在浓盐水的排放管线上安装能量回收装置，把占 60%左 右的高压浓水的能量加以回收，大大降低了能源的浪费，同时降压后的浓盐水排 放更安全。1. 能量回收装置的类型反渗透淡化系统余压回收技术按回收原理主要分为以下两类：(1) 水力透平式能量回收装置第一类利用水力透平原理，通常是将高压浓盐水通过透平使其中的压力能首 先转换成轴功，再利用轴功驱动泵从而使流过泵的进料海水增压，即经过“压力 能-轴功-压力能”的两次转换过程，能量回收率为 50%70%。水力透平能量回收装置与高压泵串联使用，在回收高压浓盐水压力能的同时 通过减少高压泵的输出压力来降低淡化系统的能耗
3、，进而降低造水成本。在反渗 透淡化系统中，海水经预处理后由高压泵增压到一定压力，在HTC和HPB中利用 回收的盐水余压能将海水进一步增压到进膜压力，浓盐水和海水流量可以不同， HTC 和 HPB 在工艺中相当于增压泵的作用，可用于单级、两级反渗透系统进料增 压。这种装置成本较低，操作方便，适合在大流量下工作，规模效应明显，小型 化优势不大。（2）正位移式能量回收装置第二类采用正位移原理即功交换式，利用高压浓盐水直接增压进料海水。此 方法只需经过“压力能-压力能”的一次转换过程，能量回收率可达 91%96%。正位移式能量回收装置与高压泵并联使用，在相同系统产量的情况下通过减 少高压泵增压海水流量
4、的方式降低系统能耗。在反渗透淡化系统中，进料海水经 过预处理后分为两路，一路由高压泵直接增压到进膜压力，流量约等于反渗透系 统中产品水的流量。另一路不需经过高压泵，而是进入能量回收装置，利用浓盐 水的余压给海水增压，流量约为反渗透系统中浓盐水的流量。在能量回收装置后 安装增压泵，将海水进一步增压到系统操作压力后与经过高压泵增压的海水混合 一同进入膜组件。活塞式（DWEER）:膜组件出来的高压浓盐水推动功交换器中的活塞来增压 进料海水。活塞的使用能有效防止浓盐水和海水的混合，且活塞本身的阻力很小 使通过其传递的压力能损失很小，传递效率可接近 100%。阀控式（ P ES ） :阀控式和活塞式的原
5、理基本相同，也可以把它们归为一类， 但阀控式主要的特点是其压力缸内没有活塞，属于直接接触型，盐水和海水间有 一定混合段，该液体段相当于液体活塞，可减小浓盐水和海水间的混合，水压缸 两侧有阀门控制流体流向转换。旋转式（PX）:通过高压浓盐水与低压进料海水在转子的轴向流道中直接接 触的方式回收压力能，能量传递效率达 94%以上。套筒间分成高压区和低压区两 个部分，陶瓷转子在套筒间自由旋转从而通道也随之旋转，在任一瞬间，一部分 通道与高压盐水相通，另一部分通道与泄压盐水相通，套筒中有密封区域隔离高 压区和低压区。当通道位于高压区时，高压盐水进入通道，将能量直接传递给进 料海水，增压后的海水从另一端排
6、出。随着转子的旋转，当通道位于低压区时， 低压海水进入通道，将泄压盐水从另一端排空。（3）小型能量回收装置（适用于小型海岛、船舶用海水淡化）iSave能量回收装置：由Danfoss公司开发，与PX原理相同，但将能量回收、 增压泵和电机集成为一体，相当于节省了 PX与增压泵之间的管路、阀门、仪表 等附属设施。2 Turbo Charge与PX性能分析能量回收装置包括流体非直接接触式和流体直接接触式，流体非直接接触式 能量回收装置最具代表性的是Turbo Charge.流体直接接触式最具代表性的是 ERI 公司的 PX（Pressure Exchange）。Turbo Charge采用的是非直接接
7、触技术，流体的压力能传递机理是压力能- -机械能-压力能。但是其脱离了传统非直接接触能量回收装置要与高压泵或电 机轴相联的束缚，使得装置设计紧凑，拆装容易，检修方便，对流体压力、流量 的波动适应性好。Turbo Charge能量回收装置工艺流程中（见图1）,能量回收位 于高压泵后面，实现管道流体的二次升压，从而使流体压力达到工艺要求，高压 泵的压力性能参数的选择得到降低。大型反渗透海水淡化工程.采用 Turbo Charge 能量回收装置，其优势在于：（1）Turbo Charge能量回收装置单台即能满足能量回收流量要求，不像PX需要多 台并联。（2）采用Turbo Charge可省去PX装置
8、运行所必需设置的各种监测仪表 以及增压泵。（3）Turbo Charge对进水水质适应性比较好。可以避免PX转子流量 不均、卡死等现象，影响装置运行。（4）Turbo Charge可以降低高压泵扬程。同 时可以避免PX产生的高压浓水与原海水混合的问题。PX能量回收装置采用的是直接接触正位移技术，主要部件是一个无轴转子， 其沿轴向开有数个孔道，高低压流体在孔道中交换能量，并依靠转子的连续转动 实现系统的连续运行。图2为PX能量回收装置工艺流程。节能机理是在产量不 变的情况下，减少高压泵流量的方式来降低系统的能耗，能量传递为压力能- 压力能。而不需要机械辅助装置。在忽略摩擦和泄漏的情况下，PX能量
9、回收装置效率理论上可以达到100%。但能量回收转子实际运行过程中会存在一定高压浓水通过转子的渗漏及摩擦损失 从而降低回收效率；同时，高压浓水的渗漏通过进入低压海水，导致原海水盐度 小幅升高，渗透压随之升高，增加了装置产水运行能耗。PX实际能量回收效率可 达到90%95%左右。3小结随着反渗透海水淡化技术的发展，对能量回收技术和装置的研究与开发也引 起高度关注和重视。透平式能量回收装置在设计、维护、运行等各方面都比正位 移式能量回收装置简单，不需要增压泵和自动阀门，但其能量回收效率较低。PX 压力交换式能量回收装置需要控制系统，运行较复杂，但能耗低，投资回报率高 对于不同的海水淡化工程，我们要根
10、据项目本身的特点合理选择合适的能量回收 装置。透平式能量回收装置适合于大水量系统，回收效率明显、经济效益良好、 淡化成本显著降低。PX压力交换式能量回收装置大、小系统都适用，但大的系 统需并联的 PX 较多，接口较多，占地较大。小系统在短期内就可收回投资成本 从节能的角度出发，采用PX压力交换式能量回收装置更好。1陈跃华，安恩科海水淡化与火力发电厂现状J.水电能源科 学,2007,25(5):145148.2 谭永文，王 琪海水淡化反渗透膜法工艺的应J.水处理技 术,2015,41(10):17-20.3 侯芳，周小琴.电厂反渗透海水淡化系统典型工艺的应用对比J.给水排 水 2020(46):783-7874 阮国岭，冯厚军.国内外海水淡化技术的进展J.中国给水排水,2008 (20):8690.
