CN210635765U - 一种集中管理的节能高效海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于海水淡化技术领域，尤其是涉及一种集中管理的节能高效海水淡化系统。本实用新型通过变频高压给水泵组和工频高压泵组的配合，能够适应海水进水流量的变化，同时适应性地开启相应套数的反渗透脱盐装置；并且变频高压给水泵组和工频高压泵组分别并联，可以在一定流量范围内，提高流量的大小以提高高压泵的效率，并且例如变频高压给水泵的扬程范围50‑200 m，工频高压泵的扬程范围为300‑550 m，这样组合有利于提高高压泵整体效率，极大地降低高压泵变频器的投资；此外，引入中央集中监控智能管理系统，能够灵活地控制各个子系统，并且使得各个子系统处于最优设计参数下运行，从而进一步满足节能的目的。

Description

一种集中管理的节能高效海水淡化系统

技术领域

本实用新型属于海水淡化技术领域，尤其是涉及一种集中管理的节能高效海水淡化系统。

背景技术

随着全球水资源危机不断加剧，海水淡化在解决全球缺水问题中发挥着越来越重要的作用。海水淡化将逐渐被更多的国家和地区所接受。同时也将有更多的海水淡化技术提供商通过开发更加有效的抗旱解决方案实现自身的不断发展。在未来较长时间内国内外都将处于快速增长期，市场前景广阔。

当今世界反渗透海水淡化技术正朝着大型化、高效率、节能化方向发展，国际上大型反渗透海水淡化装置单机规模已超过20000立方米/日，单项工程规模已达十几万立方米/日到几十万立方米/日。随着我国对海水淡化的需求不断增加，建设规模的不断增大，开发大规模节能高效反渗透海水淡化工程技术，既是经济社会发展的需要，也是沿海缺水地区供水安全保障的需要。

几个同样的、特大串联系统的设计形式不适宜于大型反渗透(RO)脱盐装置，因为这种方式不能充分获得装置放大的效益。在大型的、包括高压泵、能量回收装置和膜组件的脱盐系统中，每个部分放大都会带来是否最佳化方面的矛盾。此项进展的自然方式是运行从局部走向集中，无论哪一部分都是这样。以集中的方式，用一个高压泵输运海水比用几个小高压泵分别输送更经济。

反渗透海水淡化制水成本中，投资成本约占25％,电费成本约占50％，这两项合计占造水费用的75％。而电费成本中，高压泵的能耗又占70％以上，因此高压泵能耗是影响产品水成本的主要因素。目前，国内大型海水淡化工程中通常每套反渗透海水淡化装置日产淡水1万吨，每套海水淡化装置对应一台高压泵，一般高压泵流量约430m³/h，效率达到75-80％。而国际上大型膜法海水淡化高压泵最高效率已达到86％，瑞士Sulzer公司开发的海水淡化MBN-RO型节段式多级高压泵，最大流量可达1100m³/h，效率可达85.8％。美国Flowserve公司开发的DMX型中开式大型高压泵，泵的最大流量可达5000m³/h，效率可达86％。

在一定的流量范围内，离心水泵效率是随着流量的增大而增大的。如何选择高效率的水泵，同时又确保系统的灵活性是大型反渗透海水淡化设计的关键。

规模很大的反渗透膜(RO)装置效能较低。每个RO装置有与约60bar压力的海水接触的数以千计的O型圈和塑料元件，每个O型圈的故障都会导致反渗透膜(RO)装置3个小时的停运，而小的反渗透膜(RO)装置需要另外加设备和仪表。反渗透膜(RO)装置的大小是通过效能的计算被最佳化的。

不同结构形式的能量回收装置需要与反渗透装置进行不同方式进行匹配，如自驱动能量回收装置转速受流量影响较大，不适宜流量经常波动和过流，宜与反渗透装置一一对应；转子式能量回收装置低于额定流量时，系统的泄漏率会增加；高于额定流量时，会增加系统的浓海水混合率。能量回收装置的大小与设置是通过能量回收综合效率的计算被最佳化的。

一个现代化的海水淡化工厂需要具有灵活性的特点，在出现水危机的时期，工厂可以生产较多的淡水，在非关键时期可以生产较少的淡水。另外比如，淡水的生产可以与电能成本的多少相互协调，可以在夜间，即电费较低时生产较多的淡水；在夏季水温较高时，宜减少运行的膜数量，提高产水水质；在冬季水温较低时，宜增加运行的膜数量，降低制水能耗。因此，通过对诸如高压泵、能量回收装置子系统以及数量达到最优的反渗透装置等备用设备的最佳化设计，使整个工厂具有很强的灵活性，对大型海水淡化系统来说非常关键。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种集中管理的节能高效海水淡化系统。

为此，本实用新型的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种集中管理的节能高效海水淡化系统，所述节能高效的海水淡化系统包括增压泵子系统、预处理子系统、高压泵子系统和反渗透脱盐子系统；所述增压泵子系统、预处理子系统、高压泵子系统和反渗透脱盐子系统由中央集中监控智能管理系统集中管理控制；

所述高压泵子系统包括变频高压给水泵组和工频高压泵组，所述变频高压给水泵组和工频高压泵组串联连接，所述变频高压给水泵组包括大流量给水泵组和小流量给水泵组，且所述大、小流量给水泵组内以及之间形成并联布置；所述工频高压泵组包括大流量高压泵组和小流量高压泵组，且所述工频高压泵组包括大流量高压泵组和小流量高压泵组内以及之间形成并联布置；

所述反渗透脱盐子系统包括多套反渗透脱盐装置，所述反渗透脱盐子系统内的反渗透脱盐装置相互之间形成并联布置；

所述小流量高压泵组内小流量高压泵对应一套反渗透脱盐装置，所述大流量高压泵组内大流量高压泵对应至少两套反渗透脱盐装置，且大、小流量高压泵相互组合可以实现给T套反渗透装置中任意多套进行供水；大、小流量高压泵的流量分别与大、小流量给水泵的流量相对应。

在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

作为本实用新型的优选方案：所述增压泵子系统包括大流量增压泵组和小流量增压泵组，大、小流量增压泵组内以及之间形成并联布置；大、小流量增压泵的数量分别与大、小流量高压给水泵的数量相互对应。

作为本实用新型的优选方案：所述集中管理的节能高效海水淡化系统还包括能量回收子系统，所述能量回收子系统包括多套能量回收装置，所述能量回收装置与反渗透脱盐子系统内的反渗透脱盐装置一一对应，所述能量回收装置用于将反渗透脱盐装置所产生的高压浓海水的压力能进行回收再利用以对低压海水进行增压。

作为本实用新型的优选方案：所述能量回收装置为转子式无活塞功交换式能量回收装置，且每套能量回收装置匹配一台能回增压泵，所述能回增压泵用于补足能量回收装置增压低压海水过程中不足的部分能量。

作为本实用新型的优选方案：所述能回增压泵为变频增压泵。

本实用新型提供一种集中管理的节能高效海水淡化系统，通过变频高压给水泵组和工频高压泵组的配合，能够适应海水进水流量的变化，同时适应性地开启相应套数的反渗透脱盐装置；并且变频高压给水泵组和工频高压泵组分别并联，可以在一定流量范围内，提高流量的大小以提高高压泵的效率，并且例如变频高压给水泵的扬程范围50-200m，工频高压泵的扬程范围为300-550m，这样组合有利于提高高压泵整体效率，极大地降低高压泵变频器的投资；此外，引入中央集中监控智能管理系统，能够灵活地控制各个子系统，并且使得各个子系统处于最优设计参数下运行，从而进一步满足节能的目的。

本实用新型提供一种集中管理的节能高效海水淡化系统，通过增压泵的并联布置，大、小流量增压泵组内大、小流量增压泵的相互配合，变频高压给水泵组和工频高压泵组之间的串联布置，变频高压给水泵组内变频高压给水泵的并联布置，大、小流量给水泵组内大、小流量给水泵的相互配合，工频高压泵组内工频高压泵的并联布置，大、小流量高压泵组内大、小流量高压泵的相互配合以及反渗透脱盐子系统内反渗透脱盐装置的并联布置，从而能够实现现代海水淡化工厂需要具备的灵活性，即在某段时间开启小部分装置，在另外一段时间开启例如大部分装置，使得整个海水淡化工厂具有很强的灵活性，能够应变各种出现的状况、环境变化等。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种集中管理的节能高效海水淡化系统的示意图；

图中：110-增压泵子系统；111-大流量增压泵组；112-小流量增压泵组；120-预处理子系统；130-高压泵子系统；131-变频高压给水泵组；131a-大流量给水泵组；131b-小流量给水泵组；132-工频高压泵组；132a-大流量高压泵组；132b-小流量高压泵组；140-反渗透脱盐子系统；141-反渗透脱盐装置；150-能量回收子系统；151-能量回收装置；152-能回增压泵。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述。

一种集中管理的节能高效海水淡化系统，包括增压泵子系统110、预处理子系统120、高压泵子系统130和反渗透脱盐子系统140；增压泵子系统110、预处理子系统120、高压泵子系统130和反渗透脱盐子系统140由中央集中监控智能管理系统(图中未示出)集中管理控制；

高压泵子系统130包括变频高压给水泵组131和工频高压泵组132，变频高压给水泵组131和工频高压泵组132串联连接，变频高压给水泵组131包括大流量给水泵组131a和小流量给水泵组131b，且大、小流量给水泵组内以及之间形成并联布置，且大、小流量给水泵组内大、小流量给水泵的扬程均相同；工频高压泵组132包括大流量高压泵组132a和小流量高压泵组132b，且工频高压泵组132包括大流量高压泵组132a和小流量高压泵组132b内以及之间形成并联布置，且大流量高压泵组132a和小流量高压泵组132b内大、小流量高压泵的扬程均相同；

反渗透脱盐子系统140包括多套反渗透脱盐装置141，反渗透脱盐子系统140内的反渗透脱盐装置141相互之间形成并联布置；

小流量高压泵组132b内小流量高压泵对应一套反渗透脱盐装置141，大流量高压泵组132a内大流量高压泵对应至少两套反渗透脱盐装置141，且大、小流量高压泵相互组合可以实现给T套反渗透装置中任意多套进行供水；大、小流量高压泵的流量分别与大、小流量给水泵的流量相对应；

大流量给水泵与小流量给水泵之间的流量大小关系满足：Q_大＝kQ_小，k≥2且k∈N*；

大流量给水泵组中m台开启，n台备用；小流量给水泵组中x台开启，y台备用，反渗透装置的数量为T套，且T＝km+x，k≤x+y，且x≥1，y≥1，x,y∈N*；

具体到本实施例中，参照图1所示，Q_大＝1590m³/h，Q_小＝530m³/h，k＝3，m＝2，n＝1，x＝2，y＝1，T＝8，则高压泵总流量可以达到：Q_总＝3Q_大+3Q_小＝6360m³/h。

本实用新型提供一种集中管理的节能高效海水淡化系统，通过变频高压给水泵组131和工频高压泵组132的配合，能够适应海水进水流量的变化，同时适应性地开启相应套数的反渗透脱盐装置141；并且变频高压给水泵组131和工频高压泵组132分别并联，可以在一定流量范围内，提高流量的大小以提高高压泵的效率，并且例如变频高压给水泵的扬程范围50-200m，工频高压泵的扬程范围为300-550m，这样组合有利于提高高压泵整体效率，极大地降低高压泵变频器的投资；此外，引入中央集中监控智能管理系统，能够灵活地控制各个子系统，并且使得各个子系统处于最优设计参数下运行，从而进一步满足节能的目的。

以10万吨/日的海水淡化系统为例，常规系统与本实用新型所提供的系统进行对比，主要参数如下表1所示：

表1

项目	常规系统	本实用新型	效果对比
				高压泵能耗	2.0kWh/m<sup>3</sup>	1.8kWh/m<sup>3</sup>	降低高压泵能耗10％
系统总能耗	3.5kWh/m<sup>3</sup>	3.2kWh/m<sup>3</sup>	降低系统总能耗8.6％
				高压泵总流量	4250m<sup>3</sup>/h	6360m<sup>3</sup>/h	设置备用泵，增加系统灵活性和稳定性
高压泵变频器容量	11200KVA	4200KVA	高压泵系统变压器容量减少62.5％

增压泵子系统110包括大流量增压泵组111和小流量增压泵组112，大、小流量增压泵组111、112内以及之间形成并联布置，且大、小流量增压泵组内大、小流量增压泵的扬程均相同；大、小流量增压泵的数量分别与大、小流量高压给水泵的数量相互对应。

集中管理的节能高效海水淡化系统还包括能量回收子系统150，能量回收子系统150包括多套能量回收装置151，能量回收装置151与反渗透脱盐子系统140内的反渗透脱盐装置141一一对应，能量回收装置151用于将反渗透脱盐装置141所产生的高压浓海水的压力能进行回收再利用以对低压海水进行增压。

能量回收装置151为转子式无活塞功交换式能量回收装置151，且每套能量回收装置151匹配一台能回增压泵152，能回增压泵152用于补足能量回收装置151增压低压海水过程中不足的部分能量。作为优选方案，能回增压泵152为变频增压泵，以进一步降低能耗。

反渗透脱盐子系统140内的反渗透脱盐装置141为模块式设计，且可以通过几个模块组合快速形成一套完整的反渗透脱盐装置141。

中央集中监控智能管理系统可以根据水量需求和能源供应情况自动匹配峰谷用电、新能源微电网有序接入等运行策略，保证供水量的同时降低运行成本。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，仅为本实用新型的优选实施例，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种集中管理的节能高效海水淡化系统，其特征在于，所述节能高效的海水淡化系统包括增压泵子系统、预处理子系统、高压泵子系统、能量回收子系统和反渗透脱盐子系统；所述增压泵子系统、预处理子系统、高压泵子系统、能量回收子系统和反渗透脱盐子系统由中央集中监控智能管理系统集中管理控制；

所述高压泵子系统包括变频高压给水泵组和工频高压泵组，所述变频高压给水泵组和工频高压泵组串联连接，所述变频高压给水泵组包括大流量给水泵组和小流量给水泵组，且所述大、小流量给水泵组内以及之间形成并联布置；所述工频高压泵组包括大流量高压泵组和小流量高压泵组，且所述工频高压泵组包括大流量高压泵组和小流量高压泵组内以及之间形成并联布置；

所述反渗透脱盐子系统包括多套反渗透脱盐装置，所述反渗透脱盐子系统内的反渗透脱盐装置相互之间形成并联布置；

所述小流量高压泵组内小流量高压泵对应一套反渗透脱盐装置，所述大流量高压泵组内大流量高压泵对应至少两套反渗透脱盐装置，且大、小流量高压泵相互组合可以实现给T套反渗透装置中任意多套进行供水；大、小流量高压泵的流量分别与大、小流量给水泵的流量相对应。

2.根据权利要求1所述的集中管理的节能高效海水淡化系统，其特征在于，所述增压泵子系统包括大流量增压泵组和小流量增压泵组，大、小流量增压泵组内以及之间形成并联布置；大、小流量增压泵的数量分别与大、小流量高压给水泵的数量相互对应。

3.根据权利要求1所述的集中管理的节能高效海水淡化系统，其特征在于，所述能量回收子系统包括多套能量回收装置，所述能量回收装置与反渗透脱盐子系统内的反渗透脱盐装置一一对应，所述能量回收装置用于将反渗透脱盐装置所产生的高压浓海水的压力能进行回收再利用以对低压海水进行增压。

4.根据权利要求3所述的集中管理的节能高效海水淡化系统，其特征在于，所述能量回收装置为转子式无活塞功交换式能量回收装置，且每套能量回收装置匹配一台能回增压泵，所述能回增压泵用于补足能量回收装置增压低压海水过程中不足的部分能量。

5.根据权利要求4所述的集中管理的节能高效海水淡化系统，其特征在于，所述能回增压泵为变频增压泵。

Images