于宗坤

摘要：基于火用分析方法對(duì)反滲透海水淡化系統(tǒng)中各設(shè)備的火用效率和火用損失進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明：系統(tǒng)中膜組件火用損率最大，火用效率較低，是影響反滲透海水淡化系統(tǒng)能效水平提高的關(guān)鍵因素，高壓泵是反滲透海水淡化系統(tǒng)主要的用能設(shè)備，降低反滲透海水淡化制水成本的關(guān)鍵是改善膜性能和降低制備高壓海水的成本。

關(guān)鍵詞：反滲透；海水淡化；火用分析

中圖分類號(hào)：F7475文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2014）03026703

1引言

水是生命的源泉，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，是人類寶貴的、不可替代的自然資源[1]。海水淡化是解決世界水資源危機(jī)的重要途徑之一。目前世界上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的海水淡化技術(shù)有蒸餾法、反滲透法兩種。反滲透海水淡化技術(shù)由于其設(shè)備投資省、能量消耗低、建造周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，近10年來發(fā)展速度很快，未來將成為海水淡化的主導(dǎo)技術(shù)。王崇武采用陶氏反滲透設(shè)計(jì)軟件ROSA 61對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，為反滲透海水淡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工藝提供了理論基礎(chǔ)[2]。陳林根通過有限時(shí)間熱力學(xué)分析方法分析了不可逆反滲透分離過程，研究表明，反滲透過程火用效率與膜的純水回收率有關(guān)[3]。Yunus Cerci采用基于熱力學(xué)第二定律的火用分析方法分析了一個(gè)實(shí)際的苦咸水反滲透淡化系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[4]。本文結(jié)合案例計(jì)算分析反滲透海水淡化過程，不僅揭示外部有效能的損失，還揭示了內(nèi)部不可逆因素造成的有效能損失，同時(shí)也可以準(zhǔn)確揭示系統(tǒng)或設(shè)備單元中火用損失最薄弱的環(huán)節(jié)，為改進(jìn)設(shè)備和節(jié)約能源提供良好的對(duì)策。

2火用簡介

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，把在周圍環(huán)境條件下任意形式的能量中理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰糠Q為該能量的火用[1]。在反滲透海水淡化系統(tǒng)中用到的火用有海水的壓力火用與化學(xué)火用兩種?；鹩梅治龇◤浹a(bǔ)了熱力學(xué)第一定律單純以能量的“數(shù)量”關(guān)系來分析過程和循環(huán)的不足，從而能夠進(jìn)行各過程和循環(huán)的熱

系統(tǒng)中供水泵、高壓泵、增壓泵、能量回收裝置的火用效率都比較高，均在80%以上，因?yàn)楣┧?、高壓泵、增壓泵設(shè)備均是由高品質(zhì)的電能來驅(qū)動(dòng)泵，高品質(zhì)的電能轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的海水壓能，有用能利用率高；而能量回收裝置是由較高的壓力能轉(zhuǎn)化為低的壓力能，過程簡潔，能量損失小，效率較高。過濾器的火用效率較低是因?yàn)楹Ｋ?jīng)過過濾器時(shí)存在壓力降，火用值減小，過濾器的火用損率在整個(gè)能量系統(tǒng)中占較??；可清楚地看出，反滲透膜組件的火用效率為7462%，反滲透膜組件的火用損率是6897%，如圖反滲透膜的火用損失占整個(gè)系統(tǒng)火用損失的絕大部分，很大一部分能量由于摩擦損失掉了。

4結(jié)語

本文以實(shí)際的反滲透海水淡化系統(tǒng)工況參數(shù)，作為系統(tǒng)火用分析的基礎(chǔ)，具有真實(shí)可靠的研究價(jià)值。通過反滲透海水淡化系統(tǒng)火用分析可以得到系統(tǒng)的火用損失最大的部位是反滲透膜，因此反滲透海水淡化系統(tǒng)的優(yōu)化重點(diǎn)應(yīng)該為反滲透膜組件，利用高效的反滲透膜可以大大降低能耗。隨著反滲透膜技術(shù)的進(jìn)步，將大力推動(dòng)反滲透海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有效緩解日益嚴(yán)峻的淡水危機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高從堦，陳國華海水淡化技術(shù)與技術(shù)手冊(cè)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004

[2] 王崇武反滲透海水淡化系統(tǒng)能量分析及優(yōu)化[D]天津：天津大學(xué)，2006

[3] 舒禮偉，陳林根，孔豐瑞不可逆反滲透分離過程的性能分析[J]熱能動(dòng)力工程，2010（11）

[4] Yunus CerciExergy analysis of a reversis desalination plant in California[J]，Desalination，2002（142）：257～266

[5] MSorin，SJedrzejak，CBouchardOn maximum power of reverse osmosis separation process[J]，Desalination，2006（190）：212～220

[6] 張葆宗反滲透水處理應(yīng)用技術(shù)[M]北京：中國電力出版社，2004

[7] 鄒永久，張躍文，孫培廷，等船舶柴油機(jī)系統(tǒng)火用分析模型建立及計(jì)算[J]大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（6）

[8] 傅秦生能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法[M]西安：西安交通大學(xué)出版社，2005

Abstract：Based on the method of exergy analysis，this article analyzes the exergy efficiency and exergy loss of all equipments in the reverse osmosis desalination system，and combines with the actual case calculationThe results show：the exergy loss rate of membrane module in the system is maximum，and the exergy efficiency is lower，so the membrane module is the key factorof the energy efficiency level of reverse osmosis desalination system；high pressure pump is themajor energy-using equipment in the reverse osmosis desalination system，and the key to decrease the cost of water reverse osmosis desalination system is to improve the membrane performance and reduce the cost of the high pressure water

Key words：reverse osmosis；desalination；exergy analysisendprint

摘要：基于火用分析方法對(duì)反滲透海水淡化系統(tǒng)中各設(shè)備的火用效率和火用損失進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明：系統(tǒng)中膜組件火用損率最大，火用效率較低，是影響反滲透海水淡化系統(tǒng)能效水平提高的關(guān)鍵因素，高壓泵是反滲透海水淡化系統(tǒng)主要的用能設(shè)備，降低反滲透海水淡化制水成本的關(guān)鍵是改善膜性能和降低制備高壓海水的成本。

關(guān)鍵詞：反滲透；海水淡化；火用分析

中圖分類號(hào)：F7475文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2014）03026703

1引言

水是生命的源泉，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，是人類寶貴的、不可替代的自然資源[1]。海水淡化是解決世界水資源危機(jī)的重要途徑之一。目前世界上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的海水淡化技術(shù)有蒸餾法、反滲透法兩種。反滲透海水淡化技術(shù)由于其設(shè)備投資省、能量消耗低、建造周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，近10年來發(fā)展速度很快，未來將成為海水淡化的主導(dǎo)技術(shù)。王崇武采用陶氏反滲透設(shè)計(jì)軟件ROSA 61對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，為反滲透海水淡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工藝提供了理論基礎(chǔ)[2]。陳林根通過有限時(shí)間熱力學(xué)分析方法分析了不可逆反滲透分離過程，研究表明，反滲透過程火用效率與膜的純水回收率有關(guān)[3]。Yunus Cerci采用基于熱力學(xué)第二定律的火用分析方法分析了一個(gè)實(shí)際的苦咸水反滲透淡化系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[4]。本文結(jié)合案例計(jì)算分析反滲透海水淡化過程，不僅揭示外部有效能的損失，還揭示了內(nèi)部不可逆因素造成的有效能損失，同時(shí)也可以準(zhǔn)確揭示系統(tǒng)或設(shè)備單元中火用損失最薄弱的環(huán)節(jié)，為改進(jìn)設(shè)備和節(jié)約能源提供良好的對(duì)策。

2火用簡介

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，把在周圍環(huán)境條件下任意形式的能量中理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰糠Q為該能量的火用[1]。在反滲透海水淡化系統(tǒng)中用到的火用有海水的壓力火用與化學(xué)火用兩種?；鹩梅治龇◤浹a(bǔ)了熱力學(xué)第一定律單純以能量的“數(shù)量”關(guān)系來分析過程和循環(huán)的不足，從而能夠進(jìn)行各過程和循環(huán)的熱

系統(tǒng)中供水泵、高壓泵、增壓泵、能量回收裝置的火用效率都比較高，均在80%以上，因?yàn)楣┧?、高壓泵、增壓泵設(shè)備均是由高品質(zhì)的電能來驅(qū)動(dòng)泵，高品質(zhì)的電能轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的海水壓能，有用能利用率高；而能量回收裝置是由較高的壓力能轉(zhuǎn)化為低的壓力能，過程簡潔，能量損失小，效率較高。過濾器的火用效率較低是因?yàn)楹Ｋ?jīng)過過濾器時(shí)存在壓力降，火用值減小，過濾器的火用損率在整個(gè)能量系統(tǒng)中占較?。豢汕宄乜闯?，反滲透膜組件的火用效率為7462%，反滲透膜組件的火用損率是6897%，如圖反滲透膜的火用損失占整個(gè)系統(tǒng)火用損失的絕大部分，很大一部分能量由于摩擦損失掉了。

4結(jié)語

本文以實(shí)際的反滲透海水淡化系統(tǒng)工況參數(shù)，作為系統(tǒng)火用分析的基礎(chǔ)，具有真實(shí)可靠的研究價(jià)值。通過反滲透海水淡化系統(tǒng)火用分析可以得到系統(tǒng)的火用損失最大的部位是反滲透膜，因此反滲透海水淡化系統(tǒng)的優(yōu)化重點(diǎn)應(yīng)該為反滲透膜組件，利用高效的反滲透膜可以大大降低能耗。隨著反滲透膜技術(shù)的進(jìn)步，將大力推動(dòng)反滲透海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有效緩解日益嚴(yán)峻的淡水危機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高從堦，陳國華海水淡化技術(shù)與技術(shù)手冊(cè)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004

[2] 王崇武反滲透海水淡化系統(tǒng)能量分析及優(yōu)化[D]天津：天津大學(xué)，2006

[3] 舒禮偉，陳林根，孔豐瑞不可逆反滲透分離過程的性能分析[J]熱能動(dòng)力工程，2010（11）

[4] Yunus CerciExergy analysis of a reversis desalination plant in California[J]，Desalination，2002（142）：257～266

[5] MSorin，SJedrzejak，CBouchardOn maximum power of reverse osmosis separation process[J]，Desalination，2006（190）：212～220

[6] 張葆宗反滲透水處理應(yīng)用技術(shù)[M]北京：中國電力出版社，2004

[7] 鄒永久，張躍文，孫培廷，等船舶柴油機(jī)系統(tǒng)火用分析模型建立及計(jì)算[J]大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（6）

[8] 傅秦生能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法[M]西安：西安交通大學(xué)出版社，2005

Abstract：Based on the method of exergy analysis，this article analyzes the exergy efficiency and exergy loss of all equipments in the reverse osmosis desalination system，and combines with the actual case calculationThe results show：the exergy loss rate of membrane module in the system is maximum，and the exergy efficiency is lower，so the membrane module is the key factorof the energy efficiency level of reverse osmosis desalination system；high pressure pump is themajor energy-using equipment in the reverse osmosis desalination system，and the key to decrease the cost of water reverse osmosis desalination system is to improve the membrane performance and reduce the cost of the high pressure water

Key words：reverse osmosis；desalination；exergy analysisendprint

摘要：基于火用分析方法對(duì)反滲透海水淡化系統(tǒng)中各設(shè)備的火用效率和火用損失進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明：系統(tǒng)中膜組件火用損率最大，火用效率較低，是影響反滲透海水淡化系統(tǒng)能效水平提高的關(guān)鍵因素，高壓泵是反滲透海水淡化系統(tǒng)主要的用能設(shè)備，降低反滲透海水淡化制水成本的關(guān)鍵是改善膜性能和降低制備高壓海水的成本。

關(guān)鍵詞：反滲透；海水淡化；火用分析

中圖分類號(hào)：F7475文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2014）03026703

1引言

水是生命的源泉，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，是人類寶貴的、不可替代的自然資源[1]。海水淡化是解決世界水資源危機(jī)的重要途徑之一。目前世界上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的海水淡化技術(shù)有蒸餾法、反滲透法兩種。反滲透海水淡化技術(shù)由于其設(shè)備投資省、能量消耗低、建造周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，近10年來發(fā)展速度很快，未來將成為海水淡化的主導(dǎo)技術(shù)。王崇武采用陶氏反滲透設(shè)計(jì)軟件ROSA 61對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，為反滲透海水淡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工藝提供了理論基礎(chǔ)[2]。陳林根通過有限時(shí)間熱力學(xué)分析方法分析了不可逆反滲透分離過程，研究表明，反滲透過程火用效率與膜的純水回收率有關(guān)[3]。Yunus Cerci采用基于熱力學(xué)第二定律的火用分析方法分析了一個(gè)實(shí)際的苦咸水反滲透淡化系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[4]。本文結(jié)合案例計(jì)算分析反滲透海水淡化過程，不僅揭示外部有效能的損失，還揭示了內(nèi)部不可逆因素造成的有效能損失，同時(shí)也可以準(zhǔn)確揭示系統(tǒng)或設(shè)備單元中火用損失最薄弱的環(huán)節(jié)，為改進(jìn)設(shè)備和節(jié)約能源提供良好的對(duì)策。

2火用簡介

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，把在周圍環(huán)境條件下任意形式的能量中理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰糠Q為該能量的火用[1]。在反滲透海水淡化系統(tǒng)中用到的火用有海水的壓力火用與化學(xué)火用兩種?；鹩梅治龇◤浹a(bǔ)了熱力學(xué)第一定律單純以能量的“數(shù)量”關(guān)系來分析過程和循環(huán)的不足，從而能夠進(jìn)行各過程和循環(huán)的熱

系統(tǒng)中供水泵、高壓泵、增壓泵、能量回收裝置的火用效率都比較高，均在80%以上，因?yàn)楣┧?、高壓泵、增壓泵設(shè)備均是由高品質(zhì)的電能來驅(qū)動(dòng)泵，高品質(zhì)的電能轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的海水壓能，有用能利用率高；而能量回收裝置是由較高的壓力能轉(zhuǎn)化為低的壓力能，過程簡潔，能量損失小，效率較高。過濾器的火用效率較低是因?yàn)楹Ｋ?jīng)過過濾器時(shí)存在壓力降，火用值減小，過濾器的火用損率在整個(gè)能量系統(tǒng)中占較小；可清楚地看出，反滲透膜組件的火用效率為7462%，反滲透膜組件的火用損率是6897%，如圖反滲透膜的火用損失占整個(gè)系統(tǒng)火用損失的絕大部分，很大一部分能量由于摩擦損失掉了。

4結(jié)語

本文以實(shí)際的反滲透海水淡化系統(tǒng)工況參數(shù)，作為系統(tǒng)火用分析的基礎(chǔ)，具有真實(shí)可靠的研究價(jià)值。通過反滲透海水淡化系統(tǒng)火用分析可以得到系統(tǒng)的火用損失最大的部位是反滲透膜，因此反滲透海水淡化系統(tǒng)的優(yōu)化重點(diǎn)應(yīng)該為反滲透膜組件，利用高效的反滲透膜可以大大降低能耗。隨著反滲透膜技術(shù)的進(jìn)步，將大力推動(dòng)反滲透海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有效緩解日益嚴(yán)峻的淡水危機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高從堦，陳國華海水淡化技術(shù)與技術(shù)手冊(cè)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004

[2] 王崇武反滲透海水淡化系統(tǒng)能量分析及優(yōu)化[D]天津：天津大學(xué)，2006

[3] 舒禮偉，陳林根，孔豐瑞不可逆反滲透分離過程的性能分析[J]熱能動(dòng)力工程，2010（11）

[4] Yunus CerciExergy analysis of a reversis desalination plant in California[J]，Desalination，2002（142）：257～266

[5] MSorin，SJedrzejak，CBouchardOn maximum power of reverse osmosis separation process[J]，Desalination，2006（190）：212～220

[6] 張葆宗反滲透水處理應(yīng)用技術(shù)[M]北京：中國電力出版社，2004

[7] 鄒永久，張躍文，孫培廷，等船舶柴油機(jī)系統(tǒng)火用分析模型建立及計(jì)算[J]大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（6）

[8] 傅秦生能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法[M]西安：西安交通大學(xué)出版社，2005

Abstract：Based on the method of exergy analysis，this article analyzes the exergy efficiency and exergy loss of all equipments in the reverse osmosis desalination system，and combines with the actual case calculationThe results show：the exergy loss rate of membrane module in the system is maximum，and the exergy efficiency is lower，so the membrane module is the key factorof the energy efficiency level of reverse osmosis desalination system；high pressure pump is themajor energy-using equipment in the reverse osmosis desalination system，and the key to decrease the cost of water reverse osmosis desalination system is to improve the membrane performance and reduce the cost of the high pressure water

Key words：reverse osmosis；desalination；exergy analysisendprint