[发明专利]一种结合温度差驱动的能量回收装置及其复合系统

说明书

本发明公开了一种结合了温度差驱动的海水淡化能量回收装置及其复合系统，包括相变腔和海水腔，相变腔内设有浓盐水缸，位于浓盐水缸外周位置的相变腔内设有相变工质，相变工质中设有用于使相变工质发生相变的按逻辑程序控制的温度调节系统；经海水反渗透淡化系统淡化后的带有余压的浓盐水进入浓盐水缸中；把带有余压的浓盐水的能量通过能量传递把淡化前的海水原水初步加压，调整海水腔容积并保持初步加压的压力，再调节相变工质的温度，使相变工质发生相变并驱动的第二活塞运动，第二活塞驱动进入海水腔中的海水增压进入反渗透淡化系统。本发明所提供的能量回收装置利用温度差驱动和余压驱动相结合，其能量回收效率在理论上可以达到100％以上。

技术领域

本发明涉及海水淡化能量回收技术领域，具体涉及一种结合温度差驱动的能量回收装置及其复合系统，用于海水反渗透淡化具有余压的高压浓盐水中能量的回收利用，达到高效能量回收的目的。

背景技术

海水淡化技术发展的一个重要目标是降低运行成本，在运行成本的构成中能耗所占的比重最大，因此，降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。其中反渗透海水淡化是目前海水淡化的主流技术之一，反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压，反渗透膜排出的浓水余压高达5.5～6.5MPa，按照40％的回收率计算，排放的浓盐水中还蕴含约60％的进料水压力能量，将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗，而这一目的实现有赖于利用能量回收技术。

自70年代以来，随着反渗透技术应用于海水/苦咸水淡化，各种形式的能量回收装置也相继出现。能量回收装置目前有水力透平式能量回收装置和功交换式能量回收装置两大类。最早的能量回收装置是水力透平式，瑞士Calder.AG公司的Pe1ton Whee 1透平机和Pump Ginard公司的Francis透平机，效率一般为50％～70％，其原理是利用浓盐水驱动涡轮转动，通过轴与泵和电机相连，将能量输送至进料原海水，过程需要经过“水压能——机械能——水压能”两步转换。在上面的基础上经过改进，出现了一些独特的设计，其中最具代表性的有丹麦Grundfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国PEI公司生产的HydraulicTurbochargero两者均是透平与泵一体化设计，一根转轴连接两个叶轮，全部封装在一个壳体中，浓盐水流过叶轮时冲击叶片推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接带动增压泵工作输出机械功，浓水能量转换成原海水的能量转换效率可提高至65％-80％。高压泵与透平增压泵两级串联完成原海水的压力提升，通过透平增压降低高压泵所需要的扬程，减少电机动力消耗。但是，由于水力透平式能量回收装置原理上都要经过“水压能一一机械能一一水压能”两步转换，增加了机械能损耗，因此效率较低。80年代，出现了一种新的能量回收技术，其工作原理是“功交换”通过界面或隔离物，直接把高压浓盐水的压力传递给进料海水，过程得到简化，只需要经过“水压能一一水压能”一步能量转换，能量回收效率可得到提高。

目前反渗透海水淡化工程中应用的功交换式能量回收装置主要为转子式压力交换器和活塞式阀控压力交换器两类，效率可高达90-97％。转子式压力交换器以美国ERI公司的PX转子式压力交换能量回收装置为代表，原理是高压浓盐水推动圆周开有多个纵向沟槽(类似于多个微型液缸)的无轴陶瓷转子旋转。活塞式阀控压力交换器以瑞士Calder.AG公司的DWEER双功交换能量回收装置、德国KSB公司的SalTec DT压力交换器、德国SiemagTransplan公司的PES压力交换系统及Ionics公司的DYPREX动力压力交换器为代表，原理是采用两个大直径液缸，其中一个液缸中高压浓水推动活塞将能量传递给低压原海水向外排液，另一个液缸中供料泵压入低压原海水补液并排出低压浓水，两液缸在PLC和浓水换向阀的控制下交替排补海水，实现把浓水能量转换成原海水能量的回收过程。目前，这两种能量回收装置主要靠国外进口，造价比较高。