CN110526338A - 压能复合型脱盐机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供的压能复合型脱盐机组包括压能回收容器、膜泵子系统和进液排液子系统，膜泵子系统包括高压泵M1、循环泵M2、和具有并联设置的多个反渗透膜的膜组件；进液排液子系统包括盐水预进液口、排液口、用于在工作前向压能回收容器进液并在工作后排掉浓盐水的给排水泵M3；循环泵M2设置成工作时将盐水从压能回收容器送入膜组件进行反渗透，高压泵M1设置成循环泵工作的同时将盐水补充到压能回收容器以维持系统压力，膜组件设有总盐水进口、总淡水出口和将产出的浓盐水返回压能回收容器的总浓水出口。本发明集合反渗透、能量回收和冲洗功能，降低能耗、结构紧凑、占地面积小、出水效率高、易检修和维护，定时冲洗使机组故障率低、寿命长。

Description

压能复合型脱盐机组

技术领域：

本发明涉及流体机械工程技术领域，尤其涉及一种压能复合型脱盐机组。

背景技术：

目前国内典型的脱盐工艺所用设备主要由提升泵、超滤、增压泵、保安过滤器、高压泵、能量回收装置和反渗透膜组件等部分组成，整体结构复杂，占地面积大。

而且，传统的脱盐工艺所用设备大都采用反渗透膜串联工作。反渗透膜串联工作配置高压泵工艺的缺点：占用空间面积大，基建投资费用高；反渗透膜内压力逐级降低，渗透膜出水量逐级递减，分离效率低；反渗透膜的利用率不等，其使用寿命不一；反渗透膜嵌装在同一护管内，不利于监测和检修；并且，由于串联反渗透过程中能量的逐级衰减，因此会出现经过第一级膜的盐水压力设置得远高于渗透压，以保证到最后一级膜时仍高于渗透压。另外，传统工艺很多情况下泵与管路系统不能完美匹配，因此需要调节最后一级浓水出口的阀门来维持系统的压力，这就造成大量的能量损失。

反渗透脱盐过程需消耗大量电能来提高进水压力以克服盐水的渗透压，反渗透膜排出的浓盐水余压高达4.5 ～5.0MPa，按照40%的产水率计算，排放的浓盐水中还蕴含约60%的进水余压能量，将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透脱盐的能耗，而实现这一目的，有赖于利用能量回收技术。

利用能量回收装置大幅降低了脱盐的生产成本 ,促进了反渗透脱盐技术的推广和应用,并使之成为最具竞争力和发展速度最快的脱盐技术 。因此 ,能量回收与反渗透膜和高压泵并列成为反渗透脱盐系统中的三大关键技术。但是目前能量回收装置主要靠国外进口，造价比较高，会大大增加了生产的成本。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种结构简单紧凑、占地面积小、且便于控制和维修的全新设计的压能复合型脱盐机组将是有利的。

为此，本发明提供一种压能复合型脱盐机组，其包括:

压能回收容器；

膜泵子系统, 其包括高压泵M1、循环泵M2、以及具有并联设置的多个反渗透膜的膜组件；

进液排液子系统, 其包括盐水预进液口、排液口、以及用于在膜泵子系统工作前经盐水预进液口向压能回收容器进液、并在膜泵子系统工作预定反渗透时间后经排液口从压能回收容器排掉浓盐水的给排水泵M3；

其中，循环泵M2设置成能够在膜泵子系统工作时将盐水从压能回收容器送入膜组件进行反渗透，所述高压泵M1设置成能够在循环泵M2工作的同时将盐水从膜泵子系统的盐水常进液口补充到压能回收容器以维持正常工作的系统压力，膜组件设置有与循环泵M2连接的总盐水进口、用于输出淡水的总淡水出口和与压能回收容器连接以将产出的浓盐水返回压能回收容器的总浓水出口。

本发明中，通过单独的进液排液子系统的设置，由给排水泵负责系统工作前的进水和工作完成后的排水，能够节约盐水供应时间和浓盐水的排放时间，提高工作效率；通过高压泵维持正常工作的系统压力，来克服海水的渗透压；通过循环泵提供动力克服反渗透膜的膜阻力，维持系统循环；膜组件中多个反渗透膜并联设置，大大节省了机组的占地面积，每个反渗透膜都有自己的膜壳便于维修，并且只要初始系统压力大于渗透压就会越循环压力越高，完全没有串联反渗透膜结构的最后一级膜可能压力不满足渗透压的情况，因此整个流程不需要阀门调节系统压力；而且，压能回收容器的设置使得膜组件出口的带余压的浓盐水直接回收，能量回收效率高达99%-99.5%；由于膜泵子系统工作完成后，即反渗透可以进行多个循环并达到预定反渗透时间后，再利用进液排液子系统中的给排水泵M3进行排放，因而能够在较大范围内灵活调整浓盐水与淡水的浓度，浓盐水的余压随着淡水的生产周期被重复利用，实现系统能量回收，相对目前普遍配有进口PX能量回收机的脱盐工艺可节约电能10%-20%。

进一步，上述膜泵子系统还具有冲洗淡水进口，该膜泵子系统设置成在进液排液子系统排液之后经由其冲洗淡水进口吸入淡水对所述高压泵M1、所述循环泵M2、所述膜组件、所述压能回收容器进行冲洗，并且，所述进液排液子系统设置成在该冲洗进行预定冲洗时间后能够利用所述给排水泵将所述压能回收容器内的冲洗水抽出并通过所述排液口排掉

通过冲洗子系统的设置，淡水在通过高压泵和循环泵对膜组件和压能回收容器进行冲洗过程中，高压泵、循环泵、膜组件、压能回收容器都进行了完整的清洗，并在将冲洗水排掉的过程中让给排水泵也得到清洗，从而使得整个机组的工作可靠性和使用寿命得到大幅提高，降低机组故障率。

进一步，上述进液排液子系统包括进液管路和排液管路，其中，进液管路上依次设置有电磁阀X6、逆止阀C3、上述给排水泵M3以及电磁阀X8，从而使得盐水能够从上述盐水预进液口经电磁阀X6、逆止阀C3、上述给排水泵M3以及电磁阀X8进入上述压能回收容器，并且，排液管路上依次设置有电磁阀X1、上述逆止阀C3、上述给排水泵M3、电磁阀X7，从而使得压能回收容器1中的浓盐水或冲洗水能够经电磁阀X1、上述逆止阀C3、上述给排水泵M3、电磁阀X7，最后从上述排液口排出。

再进一步，上述进液管路上还依次设置有位于电磁阀X8之后的保安过滤器、单向阀以及手动阀H5。

保安过滤器的设置能够过滤进入压能回收容器1中的盐水，使其中颗粒物大小以及微生物含量满足脱盐要求。

进一步，上述膜泵子系统包括都设置有一个所述冲洗淡水进口的压力保持管路和反渗透管路, 其中，压力保持管路上依次设置有电磁阀X5、上述高压泵M1、逆止阀C2，从而使得盐水能够从上述盐水常进液口经电磁阀X5、上述高压泵M1、逆止阀C2进入上述压能回收容器，或使得淡水能够从对应的冲洗淡水进口经电磁阀X4、所述高压泵M1、逆止阀C2进入所述压能回收容器；上述反渗透管路上依次设置有电磁阀X2、上述循环泵M2、上述膜组件、逆止阀C1，从而使得上述压能回收容器内的盐水能够经电磁阀X2和上述循环泵M2进入上述膜组件进行反渗透，并从上述膜组件出来的浓盐水经逆止阀C1返回上述压能回收容器，或者使得淡水能够从对应的冲洗淡水进口经电磁阀X2、循环泵M2、膜组件、逆止阀C1，进入压能回收容器。

再进一步，上述压力保持管路上还设置有位于上述高压泵M1之后的手动阀H1和位于上述逆止阀C2之后的手动阀H5；上述反渗透管路还设置有位于上述循环泵M2之后的手动阀H2、位于上述逆止阀C1之前的手动阀H3、和位于上述膜组件的上述总浓水出口之后的压力表。

又进一步，上述压能回收容器上还设置有机械式泄压阀，集排气、进气和高压保护于一体的电磁阀X9，以及压力传感器P1。

更进一步，上述压能复合型脱盐机组还包括PLC控制器，该PLC控制器与上述所有的泵、电磁阀以及传感器等相关电气元件进行电连接，使整套机组实现了工作流程的全自动化，操作简便，工作效率高。

进一步，每个上述多个反渗透膜都具有与上述总盐水进口连接的分盐水进口、与上述总淡水出口连接的分淡水出口以及与上述总浓水出口连接的分浓水出口，冲洗水经由总浓水出口进入压能回收容器。

通过参考下面所描述的实施例，本发明的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。

附图说明：

本发明的结构以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是根据本发明一个具体实施方式的压能复合型脱盐机组的结构示意图，图中各箭头示出的是液体流动方向。

具体实施方式：

下面将结合附图描述本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

本文所称的“脱盐”包括海水淡化、苦咸水淡化、工业废水脱盐等等；本文所称的“盐水”包括海水、苦咸水、工业废水等含盐量较高的水。

如图1所示，根据本发明的一个具体实施方式的压能复合型脱盐机组包括压能回收容器1、膜泵子系统、进液排液子系统,膜泵子系统包括高压泵M1、循环泵M2、以及具有并联设置的多个反渗透膜2的膜组件；进液排液子系统包括盐水预进液口31、排液口33、以及用于在膜泵子系统工作前经盐水预进液口31向压能回收容器1进液、并在膜泵子系统工作预定反渗透时间T1后经排液口33从压能回收容器1排掉浓盐水6的给排水泵M3；其中，循环泵M2设置成能够在膜泵子系统工作时将盐水从压能回收容器1送入膜组件进行反渗透，所述高压泵M1设置成能够在循环泵M2工作的同时将盐水5从膜泵子系统的盐水常进液口11补充到压能回收容器1以维持正常工作的系统压力，膜组件设置有与循环泵M2连接的总盐水进口21、用于输出淡水7的总淡水出口23和与压能回收容器1连接以将产出的浓盐水返回压能回收容器1的总浓水出口25。

具体地，在本实施方式中，上述膜泵子系统还具有冲洗淡水进口12、22，该膜泵子系统设置成在进液排液子系统排液之后经由其冲洗淡水进口12、22吸入淡水，对高压泵M1、循环泵M2、膜组件、压能回收容器1进行冲洗，并且，上述进液排液子系统设置成在该冲洗进行预定冲洗时间T2后、能够利用给排水泵M3将压能回收容器1内的冲洗水抽出并通过排液口33排掉。

具体地，在本实施方式中，上述进液排液子系统包括进液管路30和排液管路40，其中，进液管路30上依次设置有电磁阀X6、逆止阀C3、给排水泵M3以及电磁阀X8，从而使得盐水能够从盐水预进液口31经电磁阀X6、逆止阀C3、给排水泵M3以及电磁阀X8进入压能回收容器1，并且，排液管路40上依次设置有电磁阀X1、逆止阀C3、给排水泵M3、电磁阀X7，从而使得压能回收容器1中的浓盐水或冲洗水能够经电磁阀X1、逆止阀C3、给排水泵M3、电磁阀X7，最后从排液口33排出。应当理解的是，膜泵子系统在工作预定反渗透时间T1之后由进液排液子系统进行的排水排放的是浓盐水，膜泵子系统在工作预定冲洗时间T2之后由进液排液子系统进行的排水排放的是冲洗水。

再进一步，上述进液管路上还依次设置有位于电磁阀X8之后的保安过滤器3、单向阀4以及手动阀H5。

进一步，上述膜泵子系统包括都设置有一个冲洗淡水进口的压力保持管路10和反渗透管路20,即压力保持管路10具有冲洗淡水进口12，反渗透管路20具有冲洗淡水进口22，其中，压力保持管路10上依次设置有电磁阀X5、高压泵M1、逆止阀C2，从而使得盐水能够从盐水常进液口11经电磁阀X5、高压泵M1、逆止阀C2进入压能回收容器1，或使得淡水能够从压力保持管路10的冲洗淡水进口12经电磁阀X4、高压泵M1、逆止阀C2进入压能回收容器1；上述反渗透管路20上依次设置有电磁阀X2、循环泵M2、膜组件、逆止阀C1，从而使得压能回收容器1内的盐水能够经电磁阀X2和上环泵M2进入膜组件进行反渗透，并从膜组件出来的浓盐水经逆止阀C1返回压能回收容器1，或者使得淡水能够从冲洗淡水进口22经电磁阀X2、循环泵M2、膜组件、逆止阀C1，进入压能回收容器1。

在本实施方式中，压力保持管路10上还设置有位于高压泵M1之后的手动阀H1和位于逆止阀C2之后的手动阀H5；反渗透管路20还设置有位于循环泵M2之后的手动阀H2、位于逆止阀C1之前的手动阀H3、和位于膜组件的总浓水出口25之后的压力表24；压能回收容器1上还设置有机械式泄压阀14，集排气、进气和高压保护于一体的电磁阀X9，以及压力传感器P1。在本实施方式中，压能复合型脱盐机组还包括PLC控制器（图未示），该PLC控制器与上述所有的泵、电磁阀以及传感器都电连接以对它们进行全自动联动控制。

应当理解的是，在本实施方式中采取了如下高压保护：当压力传感器P1感测到压能回收容器1内达到设定压力时，电磁阀X1、电磁阀X6打开泄压；当电控泄压即通过电磁阀泄压出现异常时，由机械式泄压阀14保证系统安全。

另外,还可以在反渗透管路20上总盐水进口21处设置压力表26，以随时掌握进入膜组件的盐水的压力，以保证进入膜组件的盐水的压力大于盐水的渗透压，从而保证膜组件正常反渗透的进行。

需要说明的是，在本实施方式的膜组件中，每个反渗透膜2都具有与总盐水进口21连接的分盐水进口210、与总淡水出口23连接的分淡水出口230以及与总浓水出口25连接的分浓水出口250，冲洗水经由总浓水出口25进入压能回收容器1，这是因为冲洗的压力远低于盐水的渗透压，因而在冲洗的过程中不产生淡水，即总淡水出口23不出水。

本发明集合了反渗透、能量回收和冲洗功能，降低了能量消耗、结构更紧凑、占地面积小、出水效率高、易于检修和维护。定时冲洗功能也使机组故障率更低、使用寿命延长。

下面参考图1介绍一下本实施方式的压能复合型脱盐机组的工作过程：

首先，在整个机组未启动之前，电磁阀X1、电磁阀X2、电磁阀X3、电磁阀X4、电磁阀X5、电磁阀X6、电磁阀X7、电磁阀X8、电磁阀X9常闭，手动阀H1、手动阀H2、手动阀H3、手动阀H4、手动阀H5常开（各个手动阀的设置是为了机组检修时使用）。

正常工作时，首先打开电磁阀X6、电磁阀X8、电磁阀X9（打开电磁阀X9的目的是排气），再启动给排水泵M3向压能回收容器1中进液，进行预定进液时间T3后，打开电磁阀X2并启动循环泵M2排出各子系统中的气体；

直到压能回收容器1灌满盐水，关闭给排水泵M3，并关闭电磁阀X6、电磁阀X8、电磁阀X9，同时打开电磁阀X5并运行高压泵M1，给盐水加压；

高压泵M1保持系统进行反渗透的压力，循环泵M2使盐水循环通过膜组件，运行预定反渗透时间T1后，压能回收容器1中的盐水达到预定浓度，这时关闭高压泵M1、循环泵M2和电磁阀X2、电磁阀X5，并打开电磁阀X1、电磁阀X7泄压；

泄压后，延时启动给排水泵M3，同时打开电磁阀X9，排空压能回收容器1中的浓盐水，再关闭电磁阀X1、电磁阀X7并打开电磁阀X6、电磁阀X8，进入下一周期，即利用进液补液子系统进液、利用膜泵子系统补液和反渗透、利用进液补液子系统排液；

依次循环多个周期，再关闭给排水M3和电磁阀X6、电磁阀X8，打开电磁阀X3和电磁阀X4，并启动高压泵M1、循环泵M2，吸入淡水冲洗预定冲洗时间T2，然后关闭高压泵M1、循环泵M2和电磁阀X3、电磁阀X4，同时打开电磁阀X1、电磁阀X7，启动给排水泵M3，排空压能回收容器1内的冲洗水后，关闭给排水泵M3，关闭电磁阀门X1、电磁阀X7，结束冲洗流程。

重复以上，进入下一生产流程。

本实施方式的压能复合型脱盐机组具有如下特点:

1)通过运用系统能量回收技术，产品具有高效节能（省电）的特点，单吨淡水能耗低于欧洲标准（3.3kWh/T)，小型机组达到了2.5～3.2kWh/T(国内同类产品：8～10kWh/T)，大型机组达到了2.3～2.5kWh/T(国内同类产品4～6kWh/T)；

2)针对不同浓度含盐水（即盐水），在较大范围内，可以根据需要灵活调整浓水和淡水浓度，例如通过改变预定反渗透时间T1的值；

3)通过PLC控制器进行智能化控制，一键启动；

4)“膜泵子系统”与“压能回收容器”完美结合、匹配，既具有反渗透功能又实现了系统能量回收的功能，相较于传统脱盐系统节约了60%左右的占地面积，并且实现了全系统节能；

5)有自动冲洗功能，反渗透膜的使用可靠性好，寿命长。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，包括这里单独披露的或要求保护的技术特征的组合，以及明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种压能复合型脱盐机组，其特征在于包括:

压能回收容器；

膜泵子系统, 其包括高压泵M1、循环泵M2、以及具有并联设置的多个反渗透膜的膜组件；

进液排液子系统, 其包括盐水预进液口、排液口、以及用于在膜泵子系统工作前经盐水预进液口向压能回收容器进液、并在膜泵子系统工作预定反渗透时间后经排液口从压能回收容器排掉浓盐水的给排水泵M3；

其中，循环泵M2设置成能够在膜泵子系统工作时将盐水从压能回收容器循环送入膜组件进行反渗透，所述高压泵M1设置成能够在循环泵M2工作的同时将盐水从膜泵子系统的盐水常进液口不断补充到压能回收容器以维持正常工作的系统压力，膜组件设置有与循环泵M2连接的总盐水进口、用于输出淡水的总淡水出口和与压能回收容器连接以将产出的浓盐水返回压能回收容器的总浓水出口。

2.根据权利要求1所述的压能复合型脱盐机组，其特征在于，所述膜泵子系统还具有冲洗淡水进口，所述膜泵子系统设置成在所述进液排液子系统排液之后经由其冲洗淡水进口吸入淡水对所述高压泵M1、所述循环泵M2、所述膜组件、所述压能回收容器进行冲洗，并且，所述进液排液子系统设置成在该冲洗进行预定冲洗时间后能够利用所述给排水泵将所述压能回收容器内的冲洗水抽出并通过所述排液口排掉。

3.根据权利要求2所述的压能复合型脱盐机组，其特征在于，所述进液排液子系统包括进液管路和排液管路，其中，进液管路上依次设置有电磁阀X6、逆止阀C3、所述给排水泵M3以及电磁阀X8，从而使得盐水能够从所述盐水预进液口经电磁阀X6、逆止阀C3、所述给排水泵M3以及电磁阀X8进入所述压能回收容器，并且，排液管路上依次设置有电磁阀X1、所述逆止阀C3、所述给排水泵M3、电磁阀X7，从而使得所述压能回收容器中的所述浓盐水或所述冲洗水能够经电磁阀X1、所述逆止阀C3、所述给排水泵M3、电磁阀X7，最后从所述排液口排出。

4.根据权利要求3所述的压能复合型脱盐机组，其特征在于，所述进液管路上还依次设置有位于电磁阀X8之后的保安过滤器、单向阀以及手动阀H5。

5.根据权利要求2所述的压能复合型脱盐机组，其特征在于，所述膜泵子系统包括都设置有一个所述冲洗淡水进口的压力保持管路和反渗透管路, 其中，压力保持管路上依次设置有电磁阀X5、所述高压泵M1、逆止阀C2，从而使得所述盐水能够从所述盐水常进液口经电磁阀X5、所述高压泵M1、逆止阀C2进入所述压能回收容器，或使得所述淡水能够从所述冲洗淡水进口经电磁阀X4、所述高压泵M1、逆止阀C2进入所述压能回收容器；所述反渗透管路上依次设置有电磁阀X2、所述循环泵M2、所述膜组件、逆止阀C1，从而使得所述压能回收容器内的所述盐水能够经电磁阀X2和所述循环泵M2进入所述膜组件进行反渗透，并从所述膜组件出来的浓盐水经逆止阀C1返回所述压能回收容器，或者使得所述淡水能够从所述冲洗淡水进口经电磁阀X2、所述循环泵M2、所述膜组件、逆止阀C1，进入所述压能回收容器。

6.根据权利要求5所述的压能复合型脱盐机组，其特征在于，所述压力保持管路上还设置有位于所述高压泵M1之后的手动阀H1和位于所述逆止阀C2之后的手动阀H5；所述反渗透管路还设置有位于所述循环泵M2之后的手动阀H2、位于所述逆止阀C1之前的手动阀H3、和位于所述膜组件的所述总浓水出口之后的压力表。

7.根据权利要求3至6任一项所述的压能复合型脱盐机组，其特征在于，所述压能回收容器上还设置有机械式泄压阀，集排气、进气和高压保护于一体的电磁阀X9，以及压力传感器P1。

8.根据权利要求7所述的压能复合型脱盐机组，其特征在于，还包括PLC控制器，该PLC控制器与上述所有的泵、电磁阀以及传感器电连接。

9.根据权利要求2所述的压能复合型脱盐机组，其特征在于，每个所述多个反渗透膜都具有与所述总盐水进口连接的分盐水进口、与所述总淡水出口连接的分淡水出口以及与所述总浓水出口连接的分浓水出口，所述冲洗水经由所述总浓水出口进入所述压能回收容器。