技术详细介绍
项目简介：
本技术属于节能环保技术领域，具体来说，涉及一种功交换式的反渗透能量回收装置及方法。
随着反渗透技术在生产生活中，尤其是在工业用脱盐水制备方面的广泛应用，反渗透能耗高、浓水排放浪费的现象日益突出。众所周知，反渗透排放的高压浓水占总进水量的25%以上，这也意味着系统高压泵25%以上的能量被浪费掉。反渗透能量回收装置应运而生，按照原理分为水力涡轮式和功交换式两大类，其中水力涡轮式回收率较低50-70%，而功交换式回收率90%以上。
针对功交换式回收装置，我国出台了《反渗透能量回收装置通用技术规范》（GB/T30299-2013）对装置的分类与型号、要求、试验方法、检验规则、产品性能等做了规定和要求。但无论是水力涡轮式还是功交换式，目前多用于海水、苦咸水淡化的反渗透装置上，相对整个反渗透市场而言应用程度非常低。
按照国家相关标准，目前主要存在两种类型的产品。一种是存在活塞、活塞缸的压力交换器，其对制作材料、加工精度要求很高，且运行过程中存在动密封摩阻、动密封件摩损、泄露的问题，对有效能量转化效率、装置混合度有一定的影响。而另一种无活塞的直接接触式压力交换器因装置混合度大，在压力交换过程中浓水或原水都会有5-6%的含盐量变化。如果运行参数不合适，将增加反渗透装置进水盐度，影响膜寿命和出水水质稳定。
目前工业生产中应用最广泛的反渗透脱盐装置大多采用淡水水源、运行压力远低于海水、苦咸水淡化反渗透装置（6MPa），通常运行压力0.8-1.5兆帕。对于这一类反渗透装置，如果按照海水、苦咸水淡化反渗透装置的标准配置能量回收装置，存在投入成本高、收益相对低、投资回收期长的问题。因此，市场上很少有常规压力反渗透装置配置能量回收装置的情况。但是，常规压力反渗透装置市场占有率高，实际上造成的能量浪费严重，因此有必要开发低成本的能量回收装置，广泛实施能量回收、减少这类能量浪费。
本技术方案基于功交换式能量回收原理，但与GB/T30299-2013规范标准不同的是，经过一步能量转化，将浓盐水水力能通过隔膜或内胆囊传递给原水，而非通过活塞或直接接触传递给原水，因此能量转换效率与直接接触式相当，但装置混合度却可趋于零。装置采用的压力交换罐结构简单、制作材料、加工精度要求低，生产运营成本低，有利于推广和普及。可通过对相关部件材料的优选以适配海水淡化反渗透装置的能量回收降低应用成本。
项目核心创新点：
1.使用一种压力交换罐替代目前的功交换式压力交换器，其特征：在于内置隔膜或内胆囊，经过一步能量转化，将浓盐水水力能通过隔膜或内胆囊传递给原水，而非通过活塞或直接接触传递给原水，因此能量转换效率与直接接触式相当，但装置混合度却可趋于零。这是与GB/T30299-2013规范标准及市面上其他能量回收装置的根本区别。
2.其内置隔膜或内胆囊工作状态为非膨胀状态，其两侧均为液体介质，这也是区别于压力罐、蓄能器的重要特征。其优点在于，对隔膜内胆囊的材质要求、材料消耗降低，使用寿命延长、降低了制造及使用成本。
3.其非膨胀的工作状态通过累积流量控制实现，附带累积流量偏差后的压力保护控制。这种控制方式在保证内胆囊非膨胀的工作状态下实现压力交换罐组工作罐与非工作罐的交替运行。
项目详细用途：
1.海水淡化反渗透装置的能量回收
2.常规反渗透装置的能量回收
3.其他类似高低压介质的压力交换
预期效益说明：
一、节能效果：
海水淡化反渗透装置浓水压力高、流量大、能量回收的节能效果显著，但市场上暂无相关类似产品及部件做成本估算参考，故以常规压力反渗透装置能量回收为示例。
以产水45立方/小时的一级两段常规压力反渗透系统为例，其高压泵配置:H=146米,Q=65立方/小时；高压泵配套电机功耗45KW；系统回收率45/65=69.2%；
高压泵耗费电功率中将有约45×0.82×（1-0.692）=11.4kw随高压浓水排放损失掉。这部分能量回收用于低压原水的增压，将降低反渗透系统高压泵的电能消耗，带来明显的节能效果。
上述节能效果通过回收高压浓水能量返补低压原水、经变频器降低高压泵功耗实现。按能量回收综合效率90%计，降低高压泵功率消耗11.4×0.9=10.26KW。
二、终端用户成本估算：
装置成本（以Q：20立方/小时；P≤1.6MPa为例）：
800mm×1.6MPa压力交换罐（定制）2个（2×3000），150L-1.6稳压罐1个（1×1200），7200元；
DN80换向阀2组（4×2350），DN80泄压阀一个（1×350），9750元；
控制器（1×1000）＋变频器45KW（1×4550）＋变频器1.5KW（1×350），5900元；
流量传感器2个（2×260），520元；
增压泵（MS330/1.5）1台（1×1000），1000元；
其他：2000元；
供货商利润：25000元；
成本合计：51370元
三、回收期估算：
工业用电电价按照峰谷平均电价0.6元/度计；
日运行按20小时计，日节省电能20×10.26=205.2（度），折合电费约123元/日。
成本回收期为：51370 /123=417.6（天）
以上仅为小型常规反渗透装置能量回收预期效益估算，对于海水淡化反渗透装置、大型反渗透装置而言其投资回收期将低于上述估算值。
本技术属于节能环保技术领域，具体来说，涉及一种功交换式的反渗透能量回收装置及方法。
随着反渗透技术在生产生活中，尤其是在工业用脱盐水制备方面的广泛应用，反渗透能耗高、浓水排放浪费的现象日益突出。众所周知，反渗透排放的高压浓水占总进水量的25%以上，这也意味着系统高压泵25%以上的能量被浪费掉。反渗透能量回收装置应运而生，按照原理分为水力涡轮式和功交换式两大类，其中水力涡轮式回收率较低50-70%，而功交换式回收率90%以上。
针对功交换式回收装置，我国出台了《反渗透能量回收装置通用技术规范》（GB/T30299-2013）对装置的分类与型号、要求、试验方法、检验规则、产品性能等做了规定和要求。但无论是水力涡轮式还是功交换式，目前多用于海水、苦咸水淡化的反渗透装置上，相对整个反渗透市场而言应用程度非常低。
按照国家相关标准，目前主要存在两种类型的产品。一种是存在活塞、活塞缸的压力交换器，其对制作材料、加工精度要求很高，且运行过程中存在动密封摩阻、动密封件摩损、泄露的问题，对有效能量转化效率、装置混合度有一定的影响。而另一种无活塞的直接接触式压力交换器因装置混合度大，在压力交换过程中浓水或原水都会有5-6%的含盐量变化。如果运行参数不合适，将增加反渗透装置进水盐度，影响膜寿命和出水水质稳定。
目前工业生产中应用最广泛的反渗透脱盐装置大多采用淡水水源、运行压力远低于海水、苦咸水淡化反渗透装置（6MPa），通常运行压力0.8-1.5兆帕。对于这一类反渗透装置，如果按照海水、苦咸水淡化反渗透装置的标准配置能量回收装置，存在投入成本高、收益相对低、投资回收期长的问题。因此，市场上很少有常规压力反渗透装置配置能量回收装置的情况。但是，常规压力反渗透装置市场占有率高，实际上造成的能量浪费严重，因此有必要开发低成本的能量回收装置，广泛实施能量回收、减少这类能量浪费。
本技术方案基于功交换式能量回收原理，但与GB/T30299-2013规范标准不同的是，经过一步能量转化，将浓盐水水力能通过隔膜或内胆囊传递给原水，而非通过活塞或直接接触传递给原水，因此能量转换效率与直接接触式相当，但装置混合度却可趋于零。装置采用的压力交换罐结构简单、制作材料、加工精度要求低，生产运营成本低，有利于推广和普及。可通过对相关部件材料的优选以适配海水淡化反渗透装置的能量回收降低应用成本。
项目核心创新点：
1.使用一种压力交换罐替代目前的功交换式压力交换器，其特征：在于内置隔膜或内胆囊，经过一步能量转化，将浓盐水水力能通过隔膜或内胆囊传递给原水，而非通过活塞或直接接触传递给原水，因此能量转换效率与直接接触式相当，但装置混合度却可趋于零。这是与GB/T30299-2013规范标准及市面上其他能量回收装置的根本区别。
2.其内置隔膜或内胆囊工作状态为非膨胀状态，其两侧均为液体介质，这也是区别于压力罐、蓄能器的重要特征。其优点在于，对隔膜内胆囊的材质要求、材料消耗降低，使用寿命延长、降低了制造及使用成本。
3.其非膨胀的工作状态通过累积流量控制实现，附带累积流量偏差后的压力保护控制。这种控制方式在保证内胆囊非膨胀的工作状态下实现压力交换罐组工作罐与非工作罐的交替运行。
项目详细用途：
1.海水淡化反渗透装置的能量回收
2.常规反渗透装置的能量回收
3.其他类似高低压介质的压力交换
预期效益说明：
一、节能效果：
海水淡化反渗透装置浓水压力高、流量大、能量回收的节能效果显著，但市场上暂无相关类似产品及部件做成本估算参考，故以常规压力反渗透装置能量回收为示例。
以产水45立方/小时的一级两段常规压力反渗透系统为例，其高压泵配置:H=146米,Q=65立方/小时；高压泵配套电机功耗45KW；系统回收率45/65=69.2%；
高压泵耗费电功率中将有约45×0.82×（1-0.692）=11.4kw随高压浓水排放损失掉。这部分能量回收用于低压原水的增压，将降低反渗透系统高压泵的电能消耗，带来明显的节能效果。
上述节能效果通过回收高压浓水能量返补低压原水、经变频器降低高压泵功耗实现。按能量回收综合效率90%计，降低高压泵功率消耗11.4×0.9=10.26KW。
二、终端用户成本估算：
装置成本（以Q：20立方/小时；P≤1.6MPa为例）：
800mm×1.6MPa压力交换罐（定制）2个（2×3000），150L-1.6稳压罐1个（1×1200），7200元；
DN80换向阀2组（4×2350），DN80泄压阀一个（1×350），9750元；
控制器（1×1000）＋变频器45KW（1×4550）＋变频器1.5KW（1×350），5900元；
流量传感器2个（2×260），520元；
增压泵（MS330/1.5）1台（1×1000），1000元；
其他：2000元；
供货商利润：25000元；
成本合计：51370元
三、回收期估算：
工业用电电价按照峰谷平均电价0.6元/度计；
日运行按20小时计，日节省电能20×10.26=205.2（度），折合电费约123元/日。
成本回收期为：51370 /123=417.6（天）
以上仅为小型常规反渗透装置能量回收预期效益估算，对于海水淡化反渗透装置、大型反渗透装置而言其投资回收期将低于上述估算值。