CN104402091A - 一种实时变负荷运行海水淡化反渗透装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化实时变负荷运行海水淡化反渗透装置，由智能控制系统和反渗透淡化系统组成，智能控制系统包括：发电电源、整流器控制系统、UPS蓄电池、逆变器、PLC控制系统、变频器、供电电网。本发明智能一体化变频控制和调节膜壳、高压泵运行数量实现海水淡化大范围变负荷实时运行，能够有效利用风能、太阳能、潮汐能等不稳定电源，实现反渗透淡化系统高效运行，保证设备稳定长久的运行且具有稳定的产水品质。

Description

一种实时变负荷运行海水淡化反渗透装置

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种实时变负荷运行反渗透装置。

背景技术

反渗透海水淡化技术是目前主要的海水淡化方法，广泛用于世界各国沿海地区。一体式小型海水淡化设备具有体积小、效率高、便于运输和操作等优点，适用于沿海海岛、偏远地区及应急救灾等方面。但对于一些偏远海岛和灾区现场等电力供应不足的地区，反渗透海水淡化装置多采用离网供电，如柴油发电机、风电、太阳能、潮汐能等可再生电源。但是上述供电电源不稳定、波动性大，导致产水量及产水品质变化较大，海水淡化装置处于变负荷运行状态。

变负荷反渗透海水淡化不同于常规反渗透装置固定工况的运行方式，对膜组件、能量回收等寿命的影响也有别于常规海水淡化系统，因此需要具备一些新的特性和要求：设备功耗可调，能够一定程度上适应功率的波动；保证设备稳定安全的运行且具有稳定的产水品质。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供低能耗、智能一体化实时变负荷运行海水淡化反渗透装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实时变负荷运行海水淡化装置，由智能控制系统和反渗透淡化系统组成，所述智能控制系统包括：发电电源、整流器控制系统、UPS蓄电池、逆变器、PLC控制系统、变频器、供电电网，所述发电电源与整流器控制系统连接，两者之间接有能量计量表PM；整流器控制系统分别与逆变器、UPS蓄电池连接；UPS蓄电池与逆变器连接；逆变器分别与供电电网、PLC控制系统连接；PLC控制系统与变频器连接；PLC控制系统采集能量计量表PM数据；整流器控制系统通过充电信号控制UPS蓄电池充电，通过输出信号控制逆变器，通过故障信号实现UPS蓄电池给逆变器放电；

所述反渗透淡化系统包含增加泵、预处理系统、高压泵、反渗透膜组器、压力提升泵、能量回收装置PX、压力表、流量计、进水电动阀、浓水电动阀；反渗透膜组器设有三排或三排以上的多排膜壳；

所述PLC控制系统控制电动阀门开关；变频器控制增压泵、高压泵、压力提升泵的运行频率；

所述增压泵与预处理系统连接；预处理系统分别与高压泵、能量回收装置PX低压进口连接；能量回收装置PX高压出口与压力提升泵连接；压力提升泵、高压泵连成一起后与反渗透膜组器进口连接；反渗透膜组器浓水出口与能量回收装置PX高压进口连接；

所述发电电源可以是柴油发电、风力发电、太阳能发电、潮汐能发电等一种或多种；

所述能量计量表PM用来检测发电电源功率，当检测的功率大于第一启动阈值时，变频器启动增压泵运行；当检测的功率大于第二启动阈值时，变频器启动压力提升泵和一台高压泵运行，根据检测功率数值变化，变频器控制高压泵运行频率变化，运行反渗透膜组器中的一排膜壳；当检测的功率大于第三启动阈值，PLC控制系统控制打开一排膜壳的进水电动阀、浓水电动阀，从而实现反渗透膜组器两排膜壳运行，变频器启动两台高压泵运行，根据检测功率数值变化控制两台高压泵运行频率同时变化；当检测功率大于第四启动阈值，PLC控制系统再打开一排膜壳的进水电动阀、浓水电动阀，从而实现反渗透膜组器三排膜壳运行，变频器启用三台高压泵运行，根据检测功率数值变化控制三台高压泵运行频率同时变化；当检测功率突然降为零或者低于第二启动阈值时，由UPS蓄电池供电维持反渗透淡化系统正常工作；

所述增压泵通过变频器控制保证高压泵进口压力恒定；

所述第一启动阈值、第二启动阈值、第三启动阈值、第四启动阈值的数值依次增大；

各组进水电动阀、浓水电动阀分别针对同一排反渗透膜壳的进口和浓水出口安装。

由于采用本发明的技术方案，本发明提供智能一体化变频控制和调节膜壳、高压泵运行数量实现海水淡化大范围变负荷实时运行，能够有效利用风能、太阳能、潮汐能等不稳定电源，并且实现反渗透淡化系统高效运行，保证设备稳定长久的运行且具有稳定的产水品质。

附图说明

图1为本发明之实施列的示意图，同时显示本发明实时变负荷运行海水淡化过程。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

本发明所提供的实时变负荷运行海水淡化装置，由智能控制系统和反渗透淡化系统组成，所述智能控制系统包括：发电电源、整流器控制系统、UPS蓄电池、逆变器、PLC控制系统、变频器、供电电网，所述发电电源与整流器控制系统连接，两者之间接有能量计量表PM；整流器控制系统分别与逆变器、UPS蓄电池连接；UPS蓄电池与逆变器连接；逆变器分别与供电电网、PLC控制系统连接；PLC控制系统与变频器连接；PLC控制系统采集能量计量表(PM)数据；

所述反渗透淡化系统包含增压泵、预处理系统、高压泵、反渗透膜组器、压力提升泵、能量回收装置PX、压力表、流量计、进水电动阀、浓水电动阀；反渗透膜组器具有三排膜壳，各排膜壳有其对应的高压泵；

所述PLC控制系统控制电动阀门开关；变频器控制增压泵、高压泵、压力提升泵的运行频率；

所述增压泵与预处理系统连接；预处理系统分别与高压泵、PX低压进口连接；PX高压出口与压力提升泵连接；压力提升泵、高压泵连成一起后与反渗透膜组器进口连接；反渗透膜组器浓水出口与PX高压进口连接；

所述整流器控制系统能够控制UPS蓄电池充电，在发电电源突然停止供电时，能够控制UPS蓄电池放电；

所述发电电源可是柴油发电、风力发电、太阳能发电、潮汐能发电等一种或多种；

所述能量计量表PM用来检测发电电源功率，当检测的功率大于第一启动阈值时，变频器启动增压泵运行；当检测的功率大于第二启动阈值时，变频器启动压力提升泵和一台高压泵运行，根据检测功率数值变化，变频器控制高压泵运行频率变化，运行反渗透膜组器中的一排膜壳；当检测的功率大于第三启动阈值，PLC控制系统控制打开一排膜壳的进水电动阀、浓水电动阀，从而实现反渗透膜组器两排膜壳运行，变频器启动两台高压泵运行，根据检测功率数值变化控制两台高压泵运行频率同时变化；当检测功率大于第四启动阈值，PLC控制系统再打开一排膜壳的进水电动阀、浓水电动阀，从而实现反渗透膜组器三排膜壳运行，即反渗透膜组器所有膜堆运行，变频器启用三台高压泵运行，根据检测功率数值变化控制三台高压泵运行频率同时变化；当检测功率突然降为零或者低于第二启动阈值时，由UPS蓄电池供电维持反渗透淡化系统正常工作；

所述增压泵通过变频器控制保证高压泵进口压力恒定；

所述第一启动阈值、第二启动阈值、第三启动阈值、第四启动阈值的数值依次增打，这些阈值根据反渗透淡化系统所需要的电量负载设定；

       各组进水电动阀、浓水电动阀分别针对同一排反渗透膜壳的进口和浓水出口安装。

以下采用上述装置模拟风电发电进行海水淡化试验，进水电导在47.0±0.5 mS/cm；

通过能量计量表PM用来检测发电电源功率，当检测的功率大于2.5Kwh（第一启动阈值）时，变频器启动增压泵1运行；当检测的功率大于3Kwh（第二启动阈值）时，变频器启动压力提升泵10和高压泵3运行，根据检测功率数值变变化频器控制高压泵3运行频率在25-50Hz范围变化，运行反渗透膜组器中的一排膜壳12，其产水量在0.6-1.6m3/h范围变化，产水电导在240-500 μS/cm范围变化，其浓水经能量回收装置11回收能量后排出；当检测的功率大于5.5Kwh（第三启动阈值），PLC控制系统控制打开进水电动阀6、浓水电动阀8即实现反渗透膜组器中的膜壳13和膜壳12两排膜壳运行，变频器再启动高压泵4运行，根据检测功率数值变化控制两台高压本运行频率同时在25-50Hz范围变化，其产水量在1.7-3.2m3/h范围变化，产水电导在250-400 μS/cm范围变化；当检测功率大于7.5Kwh（第四启动阈值），PLC控制系统再打开进水电动阀7、浓水电动阀9即实现反渗透膜组器所有膜堆运行，变频器再启动高压泵5运行，根据检测功率数值变化控制三台高压泵3、4、5运行频率同时在25-50Hz范围变化，其产水量在3.1-5.2m3/h范围变化，产水电导在240-350μS/cm范围变化；当检测功率突然降为零或者低于3kwh时，由UPS蓄电池供电维持反渗透淡化系统正常工作；

所述增压泵1通过变频器控制保证高压泵进口2压力恒定在1.6bar；

根据本发明的技术方案，提供智能一体化变频控制和调节膜壳、高压泵运行数量实现海水淡化大范围变负荷实时运行，能够有效利用风能、太阳能、潮汐能等不稳定电源，并且实现反渗透淡化系统高效运行且最低运行能耗为3.8Kwh，保证设备稳定长久的运行，产水量在0.6-5.2 m3/h范围变化而产水电导稳定在240-500μS/cm范围内。

Claims (1)

1.一种实时变负荷运行海水淡化装置，由智能控制系统和反渗透淡化系统组成，所述智能控制系统包括：发电电源、整流器控制系统、UPS蓄电池、逆变器、PLC控制系统、变频器、供电电网，所述发电电源与整流器控制系统连接，两者之间接有能量计量表PM；整流器控制系统分别与逆变器、UPS蓄电池连接；UPS蓄电池与逆变器连接；逆变器分别与供电电网、PLC控制系统连接；PLC控制系统与变频器连接；PLC控制系统采集能量计量表PM数据；整流器控制系统通过充电信号控制UPS蓄电池充电，通过输出信号控制逆变器，通过故障信号实现UPS蓄电池给逆变器放电；

所述反渗透淡化系统包含增压泵、预处理系统、高压泵、反渗透膜组器、压力提升泵、能量回收装置PX、压力表、流量计、进水电动阀、浓水电动阀；反渗透膜组器设有三排或三排以上的多排膜壳；

所述PLC控制系统控制电动阀门开关；变频器控制增压泵、高压泵、压力提升泵的运行频率；

所述增压泵与预处理系统连接；预处理系统分别与高压泵、能量回收装置PX低压进口连接；能量回收装置PX高压出口与压力提升泵连接；压力提升泵、高压泵连成一起后与反渗透膜组器进口连接；反渗透膜组器浓水出口与能量回收装置PX高压进口连接；

所述能量计量表PM用来检测发电电源功率，当检测的功率大于第一启动阈值时，变频器启动增压泵运行；当检测的功率大于第二启动阈值时，变频器启动压力提升泵和一台高压泵运行，根据检测功率数值变化，变频器控制高压泵运行频率变化，运行反渗透膜组器中的一排膜壳；当检测的功率大于第三启动阈值，PLC控制系统控制打开一排膜壳的进水电动阀、浓水电动阀，从而实现反渗透膜组器两排膜壳运行，变频器启动两台高压泵运行，根据检测功率数值变化控制两台高压泵运行频率同时变化；当检测功率大于第四启动阈值，PLC控制系统再打开一排膜壳的进水电动阀、浓水电动阀，从而实现反渗透膜组器三排膜壳运行，变频器启用三台高压泵运行，根据检测功率数值变化控制三台高压泵运行频率同时变化；当检测功率突然降为零或者低于第二启动阈值时，由UPS蓄电池供电维持反渗透淡化系统正常工作；

所述增压泵通过变频器控制保证高压泵进口压力恒定；

所述第一启动阈值、第二启动阈值、第三启动阈值、第四启动阈值的数值依次增大；

       各组进水电动阀、浓水电动阀分别针对同一排反渗透膜壳的进口和浓水出口安装。