CN106379961A - 多段反渗透海水淡化耦合盐差能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多段反渗透海水淡化耦合盐差能发电系统，它包括多段反渗透装置、原海水管道、正渗透器、能量回收器、水轮机、发电机、排放水管道。原海水管道分为两路：一路进入多段反渗透装置进行淡化分离，另一路进入正渗透器内利用其与来自多段反渗透装置的高浓排放水之间的渗透压使该海水中的部分淡水通过半透膜与高浓排放水相混合去推动水轮机做功从而带动发电机发电，剩余的海水通过能量回收器升压后引入多段反渗透装置中。本发明实现了多段反渗透装置和盐差能发电的良好耦合，具有投资成本低、运行稳定、实用性强的特点，有利于盐差能发电走向实用化，同时本发明进一步发挥了多段反渗透装置产水量大、回收率高的优势，并减少了其废水排放对环境的影响。

Description

多段反渗透海水淡化耦合盐差能发电系统

技术领域

本发明属于海洋资源利用技术领域，特别是涉及一种多段反渗透海水淡化耦合盐差能发电系统。

背景技术

盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。盐差能发电是将两种含盐浓度不同的海水化学电位差能转换成水的势能，再利用水轮机发电，具体分为渗透压式和蒸汽压式等，其中渗透压式发展较快。渗透压法是将一层半渗透膜放在不同盐度的两种海水之间，通过这个膜会产生一个压力梯度，迫使水从盐度低的一侧通过膜向盐度高的一侧渗透，与高盐度的水混合去推动水轮机做功带动发电机发电。但要使盐差能得到切实开发利用，目前主要存在以下几个问题：一是依赖自然条件在大河入海口咸淡水交汇处建造高坝是不可行的，不仅工程非常浩大，而且严重影响生态环境；二是运行中必须保持浓溶液和稀溶液的盐度差不发生改变；三是通常情况下需要消耗宝贵的淡水资源。鉴于上述困难，国内外学者认为在目前的技术和工艺条件下，开发盐差能还是难以实用化、产业化、投资不切实际，环境影响也不容忽视，都不再进行下一步的研究。

目前海水淡化方法主要是热法和反渗透法。反渗透法工艺过程简单，能耗较低，因此近年来得到了较快的发展和较广泛的应用。随着高性能反渗透膜的出现，反渗透法工艺可采用多段式流程，即前一段的浓水作为下一段的进水，最后一段的浓水排放，将各段的淡水汇集起来即为产品水。这一流程具有淡水产量大，回收率高的特点，适用于未来的大型海水淡化工程，但其排放的废水具有很高的浓度，直接排放将对海洋生态环境产生严重的影响，而且排放的浓海水本身蕴藏着丰富的盐差能，直接排放将造成极大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投资成本低、运行稳定、实用性强、对环境影响小的多段反渗透海水淡化耦合盐差能发电系统。

本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的：

一种多段反渗透海水淡化耦合盐差能发电系统，它包括多段反渗透装置、原海水管道、正渗透器、PX型能量回收器、水轮机、发电机、排放水管道；

所述的多段反渗透装置由多个反渗透膜组件及相应的多个高压泵组成，前一段的反渗透膜组件的海水出口与下一段的反渗透膜组件的海水入口连接，并在每一段反渗透膜组件的海水入口前端布置该段的高压泵，每一段反渗透膜组件的淡水出口均与淡水管路连接；所述的原海水管道分为两路：一路与多段反渗透装置的首段装置的高压泵入口连接，另一路与正渗透器的稀溶液侧入口连接；所述的正渗透器的稀溶液侧出口与PX型能量回收器的低压海水入口连接，正渗透器的浓溶液侧入口通过排放水管道与PX型能量回收器的低压浓水出口连接，正渗透器的浓溶液侧出口通过排放水管道与水轮机的入口连接；所述的PX型能量回收器的高压海水出口与多段反渗透装置的第二段装置的高压泵入口连接，PX型能量回收器的高压浓水进口通过排放水管道与多段反渗透装置的末段装置的海水出口连接；所述的水轮机与发电机同轴连接，水轮机的尾水管道与外界连通。

采用上述方案后，本发明具有以下特点：

一、本发明的盐差能发电系统与反渗透装置共同搭建，可直接布置在厂房内，不依赖自然和地理条件，不需要修建大型工程，投资成本大幅度降低，同时不破坏生态环境，有利于盐差能发电走向实用化和产业化。

二、本发明的盐差能发电是利用反渗透装置的排放浓海水和进料海水之间的渗透压进行发电，能量不会改变使得整个系统运行稳定，同时不需要使用淡水，因此克服了盐差能发电的固有缺点，有效降低了发电成本，提升了适用性和市场前景。

三、本发明降低了多段反渗透装置的废水排放浓度，减少了对海洋生态环境的影响，有利于充分发挥多段反渗透装置的优势；另外盐差能的稀溶液通过能量回收器合理引入反渗透装置中，进一步提高了多段反渗透装置的产水量，同时减少了对环境的排放。

综上所述，本发明很好地实现了多段反渗透装置和盐差能发电方式的耦合，解决了盐差能发电的关键难题，有利于盐差能发电真正走向实用化，与此同时，本发明又进一步发挥了多段反渗透装置的优势，并减少了其对环境的影响。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种多段反渗透海水淡化耦合盐差能发电系统，它包括多段反渗透装置1、原海水管道2、正渗透器3、PX型能量回收器4、水轮机5、发电机6、排放水管道7；

所述的多段反渗透装置1由多个反渗透膜组件及相应的多个高压泵组成，前一段的反渗透膜组件的海水出口与下一段的反渗透膜组件的海水入口连接，并在每一段反渗透膜组件的海水入口前端布置该段的高压泵，每一段反渗透膜组件的淡水出口均与淡水管路连接；所述的原海水管道2分为两路：一路与多段反渗透装置1的首段装置的高压泵11入口连接，另一路与正渗透器3的稀溶液侧入口31连接；所述的正渗透器3的稀溶液侧出口32与PX型能量回收器4的低压海水入口41连接，正渗透器3的浓溶液侧入口33通过排放水管道7与PX型能量回收器4的低压浓水出口42连接，正渗透器3的浓溶液侧出口34通过排放水管道7与水轮机5的入口51连接；所述的PX型能量回收器4的高压海水出口43与多段反渗透装置1的第二段装置的高压泵12入口连接，PX型能量回收器4的高压浓水进口44通过排放水管道7与多段反渗透装置1的末段装置的海水出口13连接；所述的水轮机5与发电机6同轴连接，水轮机5的尾水管道52与外界连通。

本发明的工作原理如下：

预处理海水经原海水管道2分为两路：一路海水经高压泵11升压后进入多段反渗透装置1的首段装置进行淡化分离过程，另一路海水进入正渗透器3的稀溶液侧，海水中的一部分淡水在渗透压作用下通过正渗透器3内的半透膜进入浓溶液侧，剩余的海水经PX型能量回收器4升压后与多段反渗透装置1的首段装置的浓水汇合在一起经高压泵12升压后进入多段反渗透装置1的第二段装置进行淡化分离过程；多段反渗透装置1各段装置的淡水汇集后作为产品输出，多段反渗透装置1的末段装置的高浓排放水经PX型能量回收器4降压后进入正渗透器3的浓溶液侧，高浓排放水在正渗透器3内与透过半透膜从稀溶液侧来的淡水相混合，混合水前往推动水轮机5做功，水轮机5带动同轴的发电机6发电，对外输出电力。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并且各管路的布置可有多种方式，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (1)

1.一种多段反渗透海水淡化耦合盐差能发电系统，其特征在于：它包括多段反渗透装置、原海水管道、正渗透器、PX型能量回收器、水轮机、发电机、排放水管道；

所述的多段反渗透装置由多个反渗透膜组件及相应的多个高压泵组成，前一段的反渗透膜组件的海水出口与下一段的反渗透膜组件的海水入口连接，并在每一段反渗透膜组件的海水入口前端布置该段的高压泵，每一段反渗透膜组件的淡水出口均与淡水管路连接；所述的原海水管道分为两路：一路与多段反渗透装置的首段装置的高压泵入口连接，另一路与正渗透器的稀溶液侧入口连接；所述的正渗透器的稀溶液侧出口与PX型能量回收器的低压海水入口连接，正渗透器的浓溶液侧入口通过排放水管道与PX型能量回收器的低压浓水出口连接，正渗透器的浓溶液侧出口通过排放水管道与水轮机的入口连接；所述的PX型能量回收器的高压海水出口与多段反渗透装置的第二段装置的高压泵入口连接，PX型能量回收器的高压浓水进口通过排放水管道与多段反渗透装置的末段装置的海水出口连接；所述的水轮机与发电机同轴连接，水轮机的尾水管道与外界连通。