Calder公司在为大型反渗透海水淡化工厂提供.PDF

Calder 公司在为大型反渗透海水淡化工厂提供 能量回收设备方面所具有的丰富经验 Eng. Adrian L. Leumann Calder AG 公司 摘要:由于与其他咸水淡化方式相比具有诸多优势,大型海水反渗透淡化工厂(生产能力大于 30000 吨/天)在 解决水危机方面已经成为了一种有利的方式——这样的在线海水淡化工厂的数量在过去几年中的大大增 加就是很好的证明。但是，由于高昂的投资成本和营业成本，淡化海水生产的花费相对较为高昂。其生 产工序为能源密集型，这就使得在每吨产品中，电费占特定成本的 30% 至 40%。在这种情况下，能量回 收系统必然成为这种工厂的重要组成部分。 瑞士Calder AG 公司在为海水反渗透淡化工业提供能量回收技术方面处于领先地位。公司是唯一一家实现 以两种技术为基础，提供能量回收设备的公司，公司产品涵盖了等压设备（功交换器，DWEER 注塞式能 量回收器）以及离心设备（ERT 佩尔顿涡轮式能量回收器）。以四个大型海水反渗透淡化工厂为例，在 与其设计以及运行有关的方面，本文中介绍了多种适用不同能量回收技术的工厂设计方案。在本文将会 呈现，在不同的情况下，两种技术都有自己的优缺点，并且本文还将就如何确定最合适的能量回收技术 评估标准进行论述。除此之外，本文还将证实，佩尔顿涡轮机并不是一种已经过时的技术，而是一种经 过实践检验的技术，在淡化海水以合理的、富有竞争力的价格提供过程中，为什么能量消耗率仅仅作为 重要但并非唯一标准进行考虑，本文也有涉及。 1 介绍 1.1 大型海水反渗透淡化工厂 在本文中，大型海水反渗透淡化工厂指的是淡水生产能力至少为 30,000 吨/天的工厂。在过去的十年 中，在诸如膜组和能量回收设备方面所取得的进步，使得通过海水反渗透淡化方式进行淡水的大规模生 产（生产能力大于 30,000 吨/天）已经成为了一个有利的方式，在上述时期内在线海水反渗透淡化工厂数 量的大大增加就是很好的证明。以下的图例（图 1）显示了自 1988 年以来，世界范围内淡水生产能力至 少为30,000 吨/天的海水反渗透淡化工厂的累积增长情况： 图1 淡水生产能力至少为30,000 吨/天的在线海水反渗透淡化工厂的累积增长情况 （资料来源：DesalD ）[3] [4] 与其他大规模淡水生产方式相比，海水淡化方式的优势体现在如下方面 ： 1）完成时间：如果采用传统的方式，比如修建贮水池，淡水的生产通常需要较长的时间才能完成。 与之相比，大规模海水反渗透淡化方式就成为了一种具有竞争力的淡水生产方式，可以在相对较短时间 内满足对淡水的大量需求。 2 ）占地面积：与蓄水池或给水坝相比，海水淡化工厂所需的空间较小。 3 ）供给的安全性：海水几乎是一种取之不尽、用之不竭的水资源，完全不受天气、气候以及季节变 化的影响。 4 ）环境影响：海水反渗透淡化方式相对来说是一种可持续性技术，在这一技术中所涉及的能量消耗 与海水处理是环境保护中的重要议题。 5 ）灵活性：一个现代化的海水淡化工厂具有灵活性的特点，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。 6 ）扩展性：海水淡化工厂现有生产能力可以扩大，以满足淡水需求的增长。 以上这些优势，使得海水淡化在海滨地区、饱受水荒之苦的国家以及其他国家内，成为一种富有竞争力 的淡水生产方式。反渗透海水淡化技术最大的缺点就是相对较高的成本 ，包括工厂建设投资以及运行过 程中的能量消耗。 1.2 海水反渗透淡化中的能量回收技术 在反渗透工艺中，加压浓盐水的能量回收过程存在两种能量回收技术。等压设备，比如Calder公司生 产的DWEERTM, ERI公司生产的 PXTM 或者是KSB公司生产的 SalTecTM ，将这一压力直接从浓盐水中转移 到反渗透工艺中的给水端，然而在离心设备中，浓盐水中的能量被转化成机械能。在离心式能量回收设 备方面，本文将Calder公司生产的ERT佩尔顿涡轮式能量回收器、PEI公司生产的Turbocharge