用于海水淡化系统的差动式能量回收装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于海水淡化系统的差动式能量回收装置，包括两个并联的液缸，活塞将每个液缸分割为两个腔体，且活塞固接有活塞杆，低压原水进口通过进液阀连接两个左侧腔体，左侧腔体通过排液阀连接高压原水出口，两个右侧腔体连接于换向阀，换向阀又连接于高压浓水进口，且连接有低压浓水排放口；使反渗透装置出来的高压浓水通过换向阀交替进入两个液缸的右侧腔体，推动左侧腔体中的低压原水增压进入反渗透装置。本实用新型专利技术采用液缸直接增压原理进行特殊设计，采用一次能量转换，经过压力交换后的高压海水压力大于浓盐水压力，不需要增压泵再次增压，能量转换效率高，节省了运行成本，进一步降低了反渗透系统的能耗。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及海水淡化领域，具体的说，是涉及反渗透海水淡化系统的一种差 动式能量回收装置。
技术介绍
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，所以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. 5MPa,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，而这一目的实现有赖于利用能量回收技术。自70年代以来，随着反渗透技术应用于海水/苦咸水淡化，各种形式的能量回收 装置也相继出现。能量回收装置目前有水力透平式能量回收装置和功交换式能量回收装置 两大类。最早的能量回收装置是水力透平式，瑞士 Calder. AG公司的Pelton Wheel透平 机和PumpGinard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。在上面的基础上经过改进，出现了一些独特的设 计，其中具代表性的有丹麦Grundfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国PEI公司生产 的HydraulicTurbocharger。两者均是透平与泵一体化设计，一根转轴连接两个叶轮，全部 封装在一个壳体中，浓盐水流过叶轮时冲击叶片推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。透 平轴直接带动增压泵工作输出机械功，浓水能量转换成原海水的能量转换效率可提高至 65%-80%。高压泵与透平增压泵两级串联完成原海水的压力提升，通过透平增压降低高压 泵所需要的扬程，减少电机动力消耗。但是，由于水力透平式能量回收装置原理上都要经过 “水压能——机械能——水压能”两步转换，增加了机械能损耗，因此效率较低。80年代，出现了一种新的能量回收技术，其工作原理是“功交换”，通过界面或隔 离物，直接把高压浓盐水的压力传递给进料海水，过程得到简化，只需要经过“水压能—— 水压能”一步能量转换，能量回收效率可得到提高。目前反渗透海水淡化工程中应用的功 交换式能量回收装置主要为转子式压力交换器和活塞式阀控压力交换器两类，效率可高达 90-97%。转子式压力交换器以美国ERI公司的PX转子式压力交换能量回收装置为代表。 原理是高压浓盐水推动圆周开有多个纵向沟槽(类似于多个微型液缸)的无轴陶瓷转子旋 转，使多个微型沟槽分别在两侧静止的配流盘高压区和低压区交替转换切入，进入高压区 的微型液缸进行能量回收传递向外排液，进入低压区的微型液缸进行原海水补液，PX需配 增压泵提升初步升压的原海水进入R0系统，高压浓盐水直接与低压原海水传递压力。一方 面，由于必须配备增加泵，转子式压力交换器成本比较高；另一方面，转子旋转尖利刺耳、噪音大，一旦转子中进入气泡、杂质等，就非常容易发生损坏，可靠性差，活塞式阀控压力交换器以瑞士 Calder. AG公司的DWEER双功交换能量回收装置、 德国KSB公司的SalTec DT压力交换器、德国Siemag Transplan公司的PES压力交换系统 及Ionics公司的DYPREX动力压力交换器为代表。原理是采用两个大直径液缸，其中一个 液缸中高压浓水推动活塞将能量传递给低压原海水向外排液，另一个液缸中供料泵压入低 压原海水补液并排出低压浓水，两液缸在PLC和浓水换向阀的控制下交替排补海水，实现 把浓水能量转换成原海水能量的回收过程。活塞式阀控压力交换器需配备增压泵提升初步 升压的原海水进入R0系统，增压泵需要采用耐海水腐蚀的材料制作，并且对密封要求也很 高，目前通过进口方式购买，造价很高。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种能够弥补现有技术的缺陷，回收反渗透 海水淡化高压浓盐水余压能量的差动式能量回收装置，能够提升低压原海水的压力，完成 两种高低压液体之间的能量交换，实现节约能源的目的。为了解决上述技术问题，本技术通过以下的技术方案予以实现一种用于海水淡化系统的差动式能量回收装置，包括连接于低压原水泵出水口的 低压原水进口、连接于高压原水泵出水口的高压原水出口、连接于反渗透装置高压浓水出 水口的高压浓水进口，还包括完全相同的内部设置有第一活塞的第一液缸和内部设置有第 二活塞的第二液缸，所述第一活塞将所述第一液缸分割为第一腔体和第二腔体，所述第一 活塞固接有第一活塞杆，所述第二活塞将所述第二液缸分割为第三腔体和第四腔体，所述 第二活塞固接有第二活塞杆；所述低压原水进口通过第一进液阀连接所述第一腔体，所述第一腔体通过第一排 液阀连接所述高压原水出口，所述第二腔体连接于两位五通换向阀；所述低压原水进口通过第二进液阀连接所述第三腔体，所述第三腔体通过第二排 液阀连接所述高压原水出口，所述第四腔体连接于两位五通换向阀；所述两位五通换向阀连接于高压浓水进口，且连接有低压浓水排放口。作为较为优选的技术方案所述两位五通换向阀通过换向阀驱动装置驱动。所述换向阀驱动装置为液压驱动装置、气压驱动装置或者电能驱动装置其中的一 种。所述换向阀驱动装置为液压驱动装置。所述反渗透装置的高压浓水出口处设置有缓冲器。所述第一活塞杆和所述第二活塞杆分别安装有套筒，所述套筒上设置有限位传感o所述第一活塞杆杆径为所述第一活塞直径的25% 40%，所述第二活塞杆杆径 为所述第二活塞直径的25% 40%。所述第一进液阀、第二进液阀、第一排液阀、第二排液阀分别为锥面密封。本技术的有益效果是(1)采用液缸直接增压原理进行特殊设计，采用一次能量转换，经过压力交换后的高压海水压力大于浓盐水压力，不需要增压泵再次增压，能量转换效率高，节省了运行成 本，进一步降低了反渗透系统的能耗。(2)由于活塞固接有具有一定横截面积的活塞杆，使得液缸内部原海水腔内的压 强总是大于浓盐水腔内的压强，从根本上避免了浓盐水向原海水的泄漏，解决了进口功交 换能量回收装置由于浓盐水向原海水渗漏造成进膜海水盐度增加而引起脱盐能耗额外增 高的问题。(3)采用机电一体化控制技术，控制两个液缸内活塞移动的同步性，以及活塞移动 与两位五通换向阀换向的同步性，降低压力交换由于高低压转换而造成的压力波动，从而 避免“水锤”水击现象对膜造成的机械损坏，同时提高了能量回收装置的可靠性，使装置能 长时期平稳可靠运转。(4)设计液压驱动的两位五通阀和管式配流阀作为单向阀，且单向阀为锥面密封， 代替高压气动阀或电动阀，提高了装置的平稳性和可靠性，降低了造价。(5)在反渗透装置的高压浓水出口处安装有缓冲器，可进一步消减系统的压力波 动。(6)在活塞杆上通过套筒设置有传感器，随时监测、反馈和调控活塞的运动状态及 位置，以便对整个装置进行最优化调试。(7)在能量回收装置检测平台上进行模拟试验，测试有关性能参数，在反渗透海水 淡化综合试验平台上进行与高压泵和反渗透膜的实际耦合试验，以工程中最常用的一个压 力容器装6支海水反渗透膜为基准配置设备，设计回收率40%，匹配的能量回收装置流量 为120m3/d，结果显示，能量回收效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于海水淡化系统的差动式能量回收装置，包括连接于低压原水泵出水口的低压原水进口、连接于高压原水泵出水口的高压原水出口、连接于反渗透装置高压浓水出水口的高压浓水进口，其特征在于，还包括完全相同的内部设置有第一活塞的第一液缸和内部设置有第二活塞的第二液缸，所述第一活塞将所述第一液缸分割为第一腔体和第二腔体，所述第一活塞固接有第一活塞杆，所述第二活塞将所述第二液缸分割为第三腔体和第四腔体，所述第二活塞固接有第二活塞杆；所述低压原水进口通过第一进液阀连接所述第一腔体，所述第一腔体通过第一排液阀连接所述高压原水出口，所述第二腔体连接于两位五通换向阀；所述低压原水进口通过第二进液阀连接所述第三腔体，所述第三腔体通过第二排液阀连接所述高压原水出口，所述第四腔体连接于两位五通换向阀；所述两位五通换向阀连接于高压浓水进口，且连接有低压浓水排放口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘献辉，杨守志，初喜章，王生辉，李姝娟，
申请(专利权)人：国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]