CN204490572U - 一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置 - Google Patents

一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,包括有机朗肯循环系统和反渗透系统;有机朗肯循环系统包括依次连通的蒸发器、膨胀机、凝汽器、工质泵,工质泵的出口连通蒸发器入口;反渗透系统包括依次相连的高压泵、能量回收器、再热器、反渗透膜,反渗透膜产生的淡水进入淡水箱储存、浓盐水排至浓盐水箱;所述余热供热管道通过一分支管路与再热器的余热管道相连通,分支管路上设置有电动调节阀;所述蒸发器、凝汽器和再热器为对流换热装置。本实用新型以工业余热作为反渗透海水淡化过程的动力,实现了对能源的高效回收;同时将原料海水预热至反渗透膜最佳温度,使得反渗透膜始终在最佳温度下运行,延长了反渗透膜的使用寿命。

Description

一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种反渗透海水淡化装置,尤其涉及一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,属于工业节能领域。
背景技术
[0002] 水资源是人类社会一切生产、生活的物质基础,没有水和水资源就没有人类。21世纪以来,水资源问题已经成为困扰世界各国经济和社会发展的一个重要的制约因素。目前世界各国常用的局部地区缺水解决方案有远程调水、地下取水、建造水库等,但是长期使用造成了水资源枯竭、浪费土地、地面下沉和破坏生态等众多弊端,不能从根本上解决淡水危机,无法实现水资源的可持续发展。
[0003] 海水淡化技术经过几十年的发展,已成为世界上公认的解决缺水的最佳方案。海水淡化不仅可以增加淡水总量,而且不受时空和气候影响。目前海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法和反渗透法等。其中,反渗透海水淡化技术具有无需加热、能耗少、运行过程连续稳定、设备体积小、操作简单、适应性强等技术优势,因此得到了广泛研宄和推广。
[0004] 反渗透淡化技术是利用高压泵将原料海水加压,使其压力达到所需的操作压力,然后使加压后的原料海水流入反渗透膜压力容器中进行分离,透过反渗透膜的部分成为淡水,未透过反渗透膜的浓盐水则带着高压排出。近年来,反渗透膜技术、海水的预处理技术、高压浓盐水的回收技术等相关技术都获得了长足的发展,使得反渗透海水淡化的生产成本不断下降,但是反渗透膜的寿命和高压泵的能耗仍然制约了反渗透海水淡化的进一步推广。反渗透膜为半透膜,价格不菲、寿命不长,每年约有50%的衰减;而且由于反渗透膜的阻力大,因此运行中需要使用高压泵持续提供动力。
[0005] 海水中含有多种无机盐类、硬度很高,有可能会造成输送管道的结垢,而且海水中的悬浮物、胶体物质、微生物细菌等都会对反渗透膜的过滤效果造成影响,因此必须要对海水进行预处理得到原料海水,才能进行反渗透过滤。目前较为先进的预处理方法是微滤和纳滤等膜技术,能够将海水中的胶体颗粒和细菌数量减少几个数量级,并脱除海水硬度和总溶解固体;从而避免各种杂质堵塞反渗透膜和管道,提高了海水反渗透的操作压力和过滤速度。
[0006] 反渗透膜组件的操作压力一般为5.0-6.9MPa,从膜组件中排出的浓盐水的压力也高达4.8-6.7MPa,这部分压力能量具有巨大的回收潜力和经济意义。能量回收器主要有两种结构:涡轮透平式和压力交换器。早期使用的透平式能量回收器利用压力较高的浓盐水转动涡轮,再通过传动装置将其能量输送至原料海水,能量回收效率为50%~80%。近年获得推广的压力交换器是利用旋转部件和高压浓盐水直接接触,直接将压力由浓盐水传导给原料海水,能量回收率高达90%以上,且吨水的能量消耗仅为2.6kffho能量回收器能够将高压浓盐水中的压力得到回收,从而大幅降低海水淡化成本。
[0007] 目前,世界各国的余热资源量大面广,涉及到多个工业领域,例如工业废气预热、烟气余热、乏气余热等等。我国的工业余热资源总量高达8亿吨标煤,占我国总能耗约30%。这些余热资源无法回收利用而白白浪费,非常可惜。
实用新型内容
[0008] 本实用新型需要解决的技术问题是提供一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,对工业余热进行了有效回收利用,并进一步降低了反渗透海水淡化的能耗和成本。
[0009] 为解决上述技术问题,本实用新型所采用的技术方案是:
[0010] 一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,包括余热供热管道和原料海水供水管道,还包括有机朗肯循环系统和反渗透系统;所述有机朗肯循环系统包括与余热供热管道连通的蒸发器、与蒸发器的有机工质管道出口相连通的膨胀机、与膨胀机出口相连通的凝汽器、与凝汽器的有机工质管道出口相连通的工质泵,工质泵的出口连通蒸发器的有机工质管道入口 ;所述蒸发器还设置有用于与有机工质换热的余热管道,所述凝汽器还设置有用于与有机工质换热的原料海水管道;
[0011] 所述反渗透系统包括与凝汽器的原料海水管道出口相连通的高压泵,高压泵的原料海水出口依次与能量回收器的原料海水管道、再热器的原料海水管道相连通,再热器的原料海水管道出口连接反渗透膜;反渗透膜的淡水出口连接淡水箱,反渗透膜的浓盐水出口连接能量回收器浓盐水管道的入口,能量回收器浓盐水管道的出口连接浓盐水箱;所述余热供热管道还通过一分支管路与再热器的余热管道相连通,所述分支管路上设置有用于调节余热流量的电动调节阀。
[0012] 本实用新型的进一步改进在于:所述蒸发器的余热管道连通至余热排放管道A,再热器的余热管道连通至余热排放管道B。
[0013] 本实用新型的进一步改进在于:所述蒸发器、凝汽器和再热器均为对流换热装置。
[0014] 本实用新型的进一步改进在于:所述能量回收器为压力交换器。
[0015] 本实用新型的进一步改进在于:所述能量回收器为能量回收率大于80%、盐排除率大于95%的压力交换器。
[0016] 由于采用了上述技术方案,本实用新型取得的技术进步是:
[0017] 本实用新型提供了一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,以工业余热作为反渗透海水淡化过程的动力,海水淡化过程能耗少、操作方便、产水量高,淡化成本显著降低,具有良好的应用前景,适宜工业化推广。
[0018] 本实用新型将工业余热转化为机械能、来作为反渗透系统的动力,实现了能源的高效回收;同时,本实用新型使用工业余热对原料海水进行预热,实现了工业余热的有效回收利用,并进一步降低了反渗透系统的能耗。有机朗肯循环系统产生的动力直接作为反渗透系统高压泵的驱动动力使用,反渗透系统对有机朗肯循环系统起到稳定的作用,这两个系统相互配合、相互增益,形成一个非常稳定的反渗透海水淡化装置。
[0019] 工业余热的热量在有机朗肯循环系统的蒸发器中被低沸点有机工质所吸收,有机工质转化为蒸汽进入膨胀机膨胀做功,从而通过拖动高压泵来驱动反渗透系统生产淡水。本实用新型装置能够充分利用低品位能源驱动海水通过反渗透膜生产淡水,提高了能源的综合利用效率,实现了工业余热的有效再利用,有效降低了海水淡化过程的能耗。
[0020] 本实用新型通过凝汽器和再热器对原料海水进行两步预热,预热后进入反渗透膜的海水温度达到38°C ~45°C。适当提高原料海水温度,可以有效降低海水的黏度,提高反渗透膜的通透性,不仅能提高反渗透产水速度,而且对反渗透膜的寿命也非常有益。对于常规反渗透膜,原料海水温度高于20°C情况下,每升高1°C,透水量可以增加2°/『3%,有效提高了海水过滤效果。本实用新型克服了传统反渗透海水淡化装置中进水温度不可调的缺点,保证了反渗透膜一直处于最佳进水温度下工作,过滤效果和过滤速度都明显提高,并大大延长了反渗透膜的使用寿命,进而降低了反渗透海水淡化的生产成本。
[0021] 本实用新型还通过能量回收器对反渗透后的浓盐水进行压力回收,使用浓盐水的压力实现对原料海水的二次加压,对能量进行了有效回收利用,并进一步降低了基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置的能耗。
附图说明
[0022] 图1是本实用新型的整体示意图;
[0023] 其中,1、余热供热管道,2、余热排放管道A,3、蒸发器,4、膨胀机,5、凝汽器,6、工质泵,7、原料海水供水管道,8、高压泵,9、能量回收器,10、再热器,11、反渗透膜,12、淡水箱,13、浓盐水箱,14、电动调节阀,15、余热排放管道B。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明:
[0025] 一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,如图1所示,包括有机朗肯循环系统和反渗透系统。所述有机朗肯循环系统包括蒸发器3、膨胀机4、凝汽器5和工质泵6。所述蒸发器3和凝汽器5均可实现对流换热。所述蒸发器3的有机工质管道出口连通至膨胀机4入口、膨胀机4的出口与凝汽器5的有机工质管道入口相连通,凝汽器5的有机工质管道出口通过工质泵6与蒸发器3的有机工质管道入口相连,形成一个循环回路。所述蒸发器3内还设置有与有机工质换热的余热管道,所述凝汽器5内还设置有与有机工质换热的原料海水管道。
[0026] 在蒸发器中,低沸点的有机工质吸收来自余热供热管道I中工业余热的热量、转化为工质蒸汽,然后进入膨胀机4膨胀做功、并驱动高压泵8运行,做功后的乏汽进入凝汽器5的有机工质管道、通过对原料海水预热实现冷凝,冷凝下来的有机工质经工质泵6加压后送回蒸发器3的有机工质管道、循环蒸发做功,持续输出能量驱动高压泵8。
[0027] 有机朗肯循环系统中的有机工质满足循环效率高、传热流动性能好、安全环保的特点。有机工质可选自 Rl 1、Rl 13、R123、R141B、R236EA、R245CA、R245FA、R365MFC、丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷中的一种。
[0028] 所述反渗透系统包括高压泵8、能量回收器9、再热器10、反渗透膜11、淡水箱12、浓盐水箱13和电动调节阀14。经过凝汽器5预热的原料海水经高压泵8加压后进入至能量回收器9的原料海水管道,能量回收器8的原料海水管道出口连接至再热器10的原料海水管道入口,再热器10的原料海水管道出口连接至反渗透膜11,反渗透膜11的淡水出口连接淡水箱12,反渗透膜11的浓盐水出口连接能量回收器9浓盐水管道的入口,能量回收器9浓盐水管道的出口连接浓盐水箱13。所述能量回收器9的能量回收率大于80%,盐排除率大于95%。
[0029] 所述余热供热管道I还设置一分支管路,该分支管路连通至再热器10的余热管道入口,工业余热在再热器10内对原料海水进行二次加热。所述分支管路上还设置有电动调节阀14,通过电动调节阀14对流入再热器10的余热量进行调节,从而控制二次加热后的原料海水温度在38°C ~45°C,使进入反渗透膜的原料海水温度稳定。
[0030] 本实用新型的工作过程为:
[0031] 来自余热供热管道的工业余热进入蒸发器,对蒸发器内的有机工质进行加热,有机工质经过换热气化成为高温高压的工质蒸汽,工质蒸汽进入膨胀机做功、驱动高压泵运行。工质蒸汽在膨胀机做功后产生的乏汽进入凝汽器、通过与原料海水换热而实现冷凝,然后经工质泵加压后成为液态有机工质,重新进入蒸发器,循环运行。
[0032] 经过预处理的原料海水通过原料海水供水管道进入凝汽器进行一次预热,然后经高压泵一次加压后送入能量回收器进行二次加压,再送入再热器中、通过与工业余热的换热将原料海水二次加热至38°C ~45°C,送入反渗透膜进行过滤淡化;分离出的淡水进入淡水箱储存,浓盐水回到能量回收器中回收其压力、然后送入浓盐水箱储存。
[0033] 由蒸发器排出的余热通过余热排放管道A排放,由再热器排出的余热通过余热排放管道B排放。余热排放管道A、余热排放管道B可连通至原有的余热排放系统、或者连通至其他余热回收系统进行进一步回收利用。

Claims (5)

1.一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,包括余热供热管道(I)和原料海水供水管道(7),其特征在于:包括有机朗肯循环系统和反渗透系统;所述有机朗肯循环系统包括与余热供热管道(I)连通的蒸发器(3)、与蒸发器(3)的有机工质管道出口相连通的膨胀机(4)、与膨胀机(4)出口相连通的凝汽器(5)、与凝汽器(5)的有机工质管道出口相连通的工质泵(6),工质泵(6)的出口连通蒸发器(3)的有机工质管道入口 ;所述蒸发器(3)还设置有用于与有机工质换热的余热管道,所述凝汽器(5)还设置有用于与有机工质换热的原料海水管道; 所述反渗透系统包括与凝汽器(5)的原料海水管道出口相连通的高压泵(8),高压泵(8)的原料海水出口依次与能量回收器(9)的原料海水管道、再热器(10)的原料海水管道相连通,再热器(10)的原料海水管道出口连接反渗透膜(11);反渗透膜(11)的淡水出口连接淡水箱(12),反渗透膜(11)的浓盐水出口连接能量回收器(9)浓盐水管道的入口,能量回收器(9)浓盐水管道的出口连接浓盐水箱(13);所述余热供热管道(I)还通过一分支管路与再热器(10)的余热管道相连通,所述分支管路上设置有用于调节余热流量的电动调节阀(14)。
2.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,其特征在于:所述蒸发器(3)的余热管道连通至余热排放管道A (2),再热器(10)的余热管道连通至余热排放管道B (15)。
3.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,其特征在于:所述蒸发器(3 )、凝汽器(5 )和再热器(10 )均为对流换热装置。
4.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,其特征在于:所述能量回收器(9)为压力交换器。
5.根据权利要求4所述的一种基于有机朗肯循环的反渗透海水淡化装置,其特征在于:所述能量回收器(9)为能量回收率大于80%、盐排除率大于95%的压力交换器。
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