使用自增压能量回收高压泵的反渗透海水淡化系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种使用自增压能量回收高压泵的小型反渗透海水淡化系统。使用自增压能量回收高压泵的小型反渗透海水淡化系统的工艺过程是：海水由原水泵抽取，经过预处理后，直接进入自增压能量回收高压泵进行增压，达到反渗透压力要求的高压原水进入反渗透膜压力容器，经过反渗透膜脱盐后的淡水为小型海水淡化系统的产水，从反渗透压力容器出来的浓盐水进入自增压能量回收高压泵的高压浓水口进行余压回收，回收余压后的低压浓盐水从能量回收高压泵的低压浓水出口排放。本发明的余压利用的有效能量转换效率可达90％以上。
【专利说明】使用自增压能量回收高压泵的反渗透海水淡化系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用自增压能量回收高压泵的反渗透海水淡化系统，属于海水及苦咸水反渗透淡化系统中的节能工艺。
【背景技术】
[0002]反渗透淡化技术是利用高压泵将原海水加压，使其压力达到所需的操作压力，加压后的原水流入反渗透膜压力容器中，透过反渗透膜的淡水成为产品水，而未透过反渗透膜的浓盐水则带着高压排出。
[0003]反渗透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，所以降低能耗是降低淡化成本最有效的手段。一般来说，对于中大型的反渗透海水淡化装置，吨水能耗已经降到3.8~4.5kffh,而小型的海水淡化装置的吨水能耗却要高达9~12kWh。其中最主要的原因有二:一是用于反渗透海水淡化系统的大型高压泵的效率高于小型高压泵；二是没有适用于小型反渗透海水淡化装置的能量回收设备，如果采用较大型反渗透海水淡化装置的能量回收设备型式，或者难以选型，或者投资非常不经济。因此，提高高压泵的效率和将浓盐水的余压回收利用是降低运行成本最重要的两个方向。
[0004] 能量回收技术就是将反渗透系统浓盐水余压能回收利用的技术，使用能量回收技术可以将浓盐水携带的能量加以利用，可节约一半以上的能耗。典型的反渗透海水淡化系统中，需要高压泵和增压泵两套设备对海水加压:高压泵用于将部分原料海水直接加压到反渗透系统所需的操作压力；增压泵用于将已回收余压的部分原料海水升压到反渗透操作压力。上述两部分原料海水会合后进入反渗透膜进行淡化。由于需要两套加压设备，因此系统流程复杂，投资高，运行维护难度大，不适用于小规模反渗透海水淡化系统。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决小型反渗透海水淡化系统能耗较高的问题，提供了一种使用自增压能量回收高压泵的反渗透海水淡化系统，其余压利用的有效能量转换效率可达90%以上。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种使用自增压能量回收高压泵的反渗透海水淡化系统，包括低压原水泵(I)、预处理组件(2)，自增压能量回收高压泵(3)和反渗透膜压力容器(4)，其中，低压原水泵(I)用于将海水压力提升到自增压能力回收高压泵入口压力值，经过低压原水泵(I)提升压力的海水经由预处理组件(2)的净化达到反渗透膜的进水水质要求后，进入自增压能量回收高压泵，经自增压能量回收高压泵的增压达到反渗透进水压力要求后，被送入反渗透膜压力容器的入口，所述的反渗透膜压力容器(4)用于通过反渗透膜脱盐生产淡水，从反渗透压力容器(4)出来的浓盐水送入自增压能量回收高压泵(3)进行余压回收，回收余压后的低压浓盐水从自增压能量回收高压泵(3)的低压浓水出口排放，其特征在于，[0008]所述的自增压能量回收高压泵包括箱体，在箱体内从上至下依次设置有换向腔、开设有内部通道的中心块和导向腔，在换向腔内设置有换向控制阀、在导向腔内设置有导向控制阀；在中心块两端固定有两个液压缸，两个液压缸内的活塞由同一个活塞连杆相连，两个液压缸的外侧分别开设有液流孔；箱体底部开设有连通到预处理组件(2)出水口的低压进水孔(3-9)，在箱体底部的两端分别设置一个排放孔(3-10和3-8);在箱体顶部开设有接收从反渗透压力容器(4)出来的浓盐水的高压浓水进水孔(3-4)，在高压浓水进水孔(3-4)两边的箱体顶部上各开设一个用于排放回收余压后的低压浓盐水的低压浓水出口(3-3和3-5);在活塞连杆运动到中部位置时，换向腔的两端各通过设置在中心块上的内部通道及贯穿活塞连杆的通道与导向腔连通；换向腔分别通过设置在中心块上的内部通道与两个活塞缸的内侧相连。
[0009]本发明的有益效果是:
[0010](I)采用自增压能量回收高压泵作为能量回收装置，通过低压海水的压力能和高压浓海水的压力 能一起来驱动活塞运动，直接将原料海水的压力提升至反渗透系统所需操作压力，其余压利用的有效能量转换效率可达90%以上；
[0011](2)采用自增压能量回收高压泵作为能量回收装置，用于反渗透海水淡化系统时只需前置一台低压原海水供水泵，可省去反渗透系统设计中常用的高压泵和增压泵，使反渗透系统设计流程更加简单，减少了小型反渗透淡化装置的体积和重量，降低了系统的能耗和设备投资；
[0012](3)采用自增压能量回收高压泵作为能量回收装置，通过改变活塞杆面积与活塞面积之比，将反渗透系统回收率控制在8%~25%之间，设计为固定值。
[0013](4)采用自增压能量回收高压泵的小型反渗透海水淡化系统，吨水能耗较其他小型海水淡化装置能耗约降低一半。实测比较，目前市场上的小型海水淡化装置能耗多在9~12kWh，而采用所述自增压能量回收高压泵的小型反渗透海水淡化装置吨水能耗在4~5kffh ;可用于规模在日产淡水50吨/日以内的反渗透淡化装置上，最低可用于0.5吨/日的反渗透淡化装置，可在中小型反渗透海水淡化系统中推广使用。
[0014](5)采用自增压能量回收高压泵的小型反渗透海水淡化系统，由于降低了对高压泵的要求，但仍能增压到反渗透系统操作压力，因此，整个系统更易于实现与太阳能、风能等新能源的结合。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明使用自增压能量回收高压泵的反渗透海水淡化系统的典型工艺流程图。
[0016]图2是本发明中所使用的自增压能量回收高压泵的纵向剖面结构示意图。
[0017]A:原料海水B:产品淡水
[0018]C:高压浓盐水D:低压浓盐水
[0019]1:低压原水泵2:预处理组件
[0020]3:自增压能量回收高压泵 4:反渗透膜压力容器
[0021]3 — 4:闻压浓水进水孔 3 — 3、3 — 5:低压浓水排放孔
[0022]3-9:原水进水孔3 — 8、3 — 10:循环水排放孔[0023]3— 12:换向控制阀3 — 11、3 — 13:液压活塞
[0024]3— 15:导向控制阀3 — 14、3 — 16:液压缸
[0025]3 — 1、3 — 2、3 — 6、3 — 7:液流孔
【具体实施方式】
[0026]结合附图，对本发明提供的使用自增压能量回收高压泵的小型反渗透海水淡化系统的典型工作流程进行说明:
[0027]原水先由液流孔3-1 (或液流孔3-7)进入液压缸3-16 (或液压缸3_14)中，推动液压活塞3-11(或液压活塞3-13)向右(或向左)运动，从而推动导向控制阀3-15运动到右边(或左边)极限位置；之后，液流孔3-1 (或液流孔3-7)关闭，低压进水孔3-9打开，原水由低压进水孔3-9进入导向控制阀3-15内部，再通过中心块的内部流道进入换向控制阀3-12内部空间中，推动换向控制阀3-12向左(或向右)运动到极限位置；之后，低压进水孔3-9关闭，液流孔3-7 (或液流孔3-1)打开，原水由液流孔3-7 (或液流孔3_1)进入到液压缸3-14(或液压缸3-16)中，推动液压活塞3-13(或液压活塞3-11)向左(或向右)运动。同时，在换向控制阀3-12向左(或向右)运动的推动作用下，由高压浓水进水孔3-4进入到换向控制阀3-12中的高压浓海水C，通过中心块内部流道进入液压缸3-16(或液压缸3-14)中，推动液压活塞3-11(或液压活塞3-13)向左(或向右)运动；由低压海水的压力能和高压浓海水的压力能一起来驱动活塞运动，直接将原料海水的压力提升至反渗透系统所需操作压力。 其中，在导向控制阀3-15和换向控制阀3-12内部循环推动其实现换向的海水，完成循环后通过排放孔3-8、3-10排入原水池。此后，整个系统通过循环增压方式实现反渗透浓水能量回收过程。
[0028]使用自增压能量回收高压泵的小型反渗透海水淡化系统工艺实施过程是:海水A经过低压原水泵I抽取，将压力提升到自增压能力回收高压泵入口压力值，并送入预处理组件2，经过预处理系统净化达到反渗透膜的进水要求后，直接进入自增压能量回收高压泵3，经过自增压能量回收高压泵增压后，从高压原水出口 3-2、3-6进入反渗透膜压力容器4的进水口，经过反渗透膜脱盐后的淡水为小型海水淡化装置的产水B，从反渗透压力容器出来的浓盐水C进入自增压能量回收高压泵的高压浓水入口 3-4进行余压回收，回收余压后的低压浓盐水D从自增压能量回收高压泵的低压浓水出口 3-3、3-5排放。
[0029]其中，自增压能量回收高压泵中的工作方式为:原水先由液流孔3-1 (或液流孔3-7)进入液压缸3-16(或液压缸3-14)中，推动液压活塞3_11 (或液压活塞3_13)向右(或向左)运动，从而推动导向控制阀3-15运动到右边(或左边)极限位置；之后，液流孔3-1 (或液流孔3-7)关闭，低压进水孔3-9打开，原水由低压进水孔3-9进入导向控制阀3-15内部，再通过中心块的内部流道进入换向控制阀3-12内部空间中，推动换向控制阀3-12向左(或向右)运动到极限位置；之后，低压进水孔3-9关闭，液流孔3-7(或液流孔3-1)打开，原水由液流孔3-7 (或液流孔3-1)进入到液压缸3-14(或液压缸3-16)中，推动液压活塞3-13(或液压活塞3-11)向左(或向右)运动。同时，在换向控制阀3-12向左(或向右)运动的推动作用下，由高压浓水进水孔3-4进入到换向控制阀3-12中的高压浓海水C，通过中心块内部流道进入液压缸3-16(或液压缸3-14)中，推动液压活塞3-11 (或液压活塞3-13)向左(或向右)运动；由低压海水的压力能和高压浓海水的压力能一起来驱动活塞运动，直接将原料海水的压力提升至反渗透系统所需操作压力。其中，在导向控制阀3-15和换向控制阀3-12内部循环推动其实现换向的海水，完成循环后通过排放孔3-8、3-10排入原水池。此后，整个系统通过循环增压方式实现反渗透浓水能量回收过程。
[0030]尽管上面结合附图对本发明的优选实例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的 具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种使用自增压能量回收高压泵的反渗透海水淡化系统，包括低压原水泵(I)、预处理组件(2)，自增压能量回收高压泵(3)和反渗透膜压力容器(4)，其中，低压原水泵(I)用于将海水压力提升到自增压能力回收高压泵入口压力值，经过低压原水泵(I)提升压力的海水经由预处理组件(2)的净化达到反渗透膜的进水水质要求后，进入自增压能量回收高压泵，经自增压能量回收高压泵的增压达到反渗透进水压力要求后，被送入反渗透膜压力容器的入口，所述的反渗透膜压力容器(4)用于通过反渗透膜脱盐生产淡水，从反渗透压力容器(4)出来的浓盐水送入自增压能量回收高压泵(3)进行余压回收，回收余压后的低压浓盐水从自增压能量回收高压泵(3)的低压浓水出口排放。其特征在于， 所述的自增压能量回收高压泵包括箱体，在箱体内从上至下依次设置有换向腔、开设有内部通道的中心块和导向腔，在换向腔内设置有换向控制阀、在导向腔内设置有导向控制阀；在中心块两端固定有两个液压缸，两个液压缸内的活塞由同一个活塞连杆相连，两个液压缸的外侧分别开设有液流孔；箱体底部开设有连通到预处理组件(2)出水口的低压进水孔(3-9)，在箱体底部的两端分别设置一个排放孔(3-10和3-8);在箱体顶部开设有接收从反渗透压力容器(4)出来的浓盐水的高压浓水进水孔(3-4)，在高压浓水进水孔(3-4)两边的箱体顶部上各开设一个用于排放回收余压后的低压浓盐水的低压浓水出口(3-3和3-5);在活塞连杆运动到中部位置时，换向腔的两端各通过设置在中心块上的内部通道及贯穿活塞连杆的通道与导向腔连通；换向腔分别通过设置在中心块上的内部通道与两个活塞缸的内侧相连。
【文档编号】B01D61/08GK103979643SQ201410206158
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】王生辉, 苏慧超, 赵河立, 陈芃, 邵天宝, 张乾 申请人:国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所