田麗 劉馨璐

（1新疆碧水源環(huán)境資源股份有限公司 新疆烏魯木齊 830063 2中國石化銷售有限公司華北分公司 天津 300384）

應用太陽能降低運行壓力的反滲透裝置

田麗1劉馨璐2

（1新疆碧水源環(huán)境資源股份有限公司 新疆烏魯木齊 830063 2中國石化銷售有限公司華北分公司 天津 300384）

應用太陽能降低運行壓力的反滲透水處理裝置由原水預處理裝置，太陽能集熱器，保溫水箱，溫度控制系統(tǒng)，高壓水泵和反滲透主機組成。本裝置尤其適用于鍋爐水補給水的處理，能將太陽能充分利用，可節(jié)約大量鍋爐燃煤，減少SO2、CO2、NOx排放。

反滲透；太陽能；節(jié)能

1 背景及意義

反滲透廣泛應用于海水淡化、鍋爐補給水的軟化脫鹽以及醫(yī)藥純化水和飲用瓶裝水的生產(chǎn)和污廢水的處理。反滲透系統(tǒng)的運行壓力通常為1.8MPa，能耗高。考慮反滲透水處理節(jié)能，常用節(jié)能措施是利用能量轉(zhuǎn)換器把高壓條件下反滲透濃水余壓能量予以回收、利用，達到節(jié)能、高效的目的。這種節(jié)能方法容易出現(xiàn)回水與進水相混的缺點，也無法降低水泵的運行壓力，對設備材料要求高，運行過程中易發(fā)生漏水現(xiàn)象，設備運行安全性和可靠性較低。

目前，反滲透設備操作主要考慮運行壓力，進水溫度只作為反滲透膜的限制條件（進水溫度≤45℃）。通常進水溫度低，在運營中很少控制水溫。實際上，水溫對膜的產(chǎn)水量和水質(zhì)有較大影響。當操作壓力一定，水溫升高，膜通量增加明顯，除鹽率會略有下降，因此可在膜通量和產(chǎn)水水質(zhì)之間進行優(yōu)化，適當提高進水溫度，在滿足用水水質(zhì)前提下，可增加產(chǎn)水量；若在穩(wěn)定產(chǎn)水量的情況下則可降低運行壓力，從而達到節(jié)能降耗和提高設備運行的安全性和可靠性的目的。

2 設計方案及性能測試

2.1 設計方案

太陽能降低運行壓力的反滲透水處理裝置主要由預處理系統(tǒng)、太陽能集熱器、保溫水箱、水泵、反滲透機組組成。應用太陽能將反滲透進水溫度提高到30～40℃，泵送至反滲透機組，在滿足產(chǎn)水水質(zhì)和水量的前提下，運行壓力可從1.8 MPa降至1.2 MPa。

預處理裝置由石英砂、活性碳和5μm精密過濾器組成，主要去除原水中的懸浮物與膠體物質(zhì)，保證反滲透膜的安全運行。太陽能集熱器，主要用于提高反滲透進水溫度。保溫水箱用于高壓水泵的穩(wěn)定供水，溫控系統(tǒng)對保溫水箱的水溫進行自動控制。

反滲透主機對水進行凈化，產(chǎn)出合格的出水。

2.2 性能測試

試驗用水采用自來水，考察不同壓力和進水溫度對產(chǎn)水流量和產(chǎn)水水質(zhì)的影響，測試結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 各溫度下操作壓力對出水流量的影響

圖2 各溫度下操作壓力對出水水質(zhì)的影響

由圖1可以看出，當出水流量一定時，進水溫度較高，所需操作壓力較小；進水溫度較低，所需操作壓力較大。

由圖2可以看出，進水溫度對出水電導率幾乎沒有影響，適當提高進水溫度，對出水水質(zhì)影響較小。

3 節(jié)能減排效益分析

3.1 分析依據(jù)

（1）以處理鍋爐補給水為例，分析節(jié)能減排效益。

據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國約有50萬臺工業(yè)及民用鍋爐，我們?nèi)闻_常規(guī)流量5m3/h為計算依據(jù)。

（2）太陽能集熱效果以“上海嘉寧太陽能熱水器有限公司AKL系列產(chǎn)品”的熱值計算為依據(jù)，見表1。

表1 AKL系列產(chǎn)品規(guī)格

（3）在光照充足的條件下，每天工作8小時。一年平均日照在8小時的時間大約為220天。

3.2 成本分析

水吸熱所需的能量公式：Q=Cm(t-t0)

其中C—水的比熱容，值為4.2×103J/kg·℃m—水的質(zhì)量kg t—水的最終溫度℃

t0—水的初始溫度℃；水溫由20℃升到30℃需要吸收熱量是Q1:Q1=4.2×103×5×103×8×(30-20)=1.68×109J

擬選太陽能集熱真空管規(guī)格為Φ70×2000mm，可吸熱Q2:Q2=2.31×106J

所需太陽能集熱水管數(shù)量n:n=Q1/Q2=1.68×109/2.31×106≈728根

根據(jù)市場調(diào)查顯示，每根太陽能真空管的價格約為60元，則太陽能集熱器初始投資將增加6萬元左右（含安裝費）。

3.3 節(jié)電分析

太陽能對進入鍋爐的水進行加熱，實驗數(shù)據(jù)顯示，在保證出水流量不變的情況下，增加進水的溫度會使反滲透裝置的運行壓力降低（1.8MPa降至1.2MPa），這樣反滲透裝置的耗電可降低30%左右。

反滲透裝置單獨運行時，每小時耗電4kW·h，用太陽能輔助反滲透水處理裝置以后，每小時的耗電為2.8kW·h，則每小時可以節(jié)約1.2kW·h的電，在有太陽能輔助反滲透裝置運行的時間內(nèi)，反滲透裝置一年可以節(jié)約電能：W1=1.2×220×8=2112kW·h

每度電約0.52元，則一年可以減少電費支出：N1=2112× 0.52=1098.24元

3.4 節(jié)煤分析

由于1kg標準煤約產(chǎn)生29270kJ熱量，太陽能集熱器的熱轉(zhuǎn)換效率為95%，鍋爐的熱轉(zhuǎn)換效率大約為80%左右，我們分別按95%和80%來計算，則鍋爐每天節(jié)約標準煤的質(zhì)量：m=1.68× 109×95%/（29270000×80%）≈68kg

太陽能輔助反滲透鍋爐水處理裝置一年可節(jié)約標準煤大約為：M=68×220×10-3=14.96t

3.5 SO2減排量分析

1kg標準煤產(chǎn)生SO2約8.5×10-3kg，則每天可減少SO2的排放：m1=68×8.5×10-3=0.578kg

一年可以減少SO2的排放：M2=0.578×220×10-3=127.16kg

3.6 CO2減排量分析

1kg標準煤產(chǎn)生CO2約2.62 kg，則每天可減少CO2的排放：m2=68×2.62=178.16kg

一年可以減少CO2的排放：M4=178.16×220×10-3=39.1952T 3.7 NOx減排量分析

1kg標準煤產(chǎn)生NOx約7.4×10-3kg，則每天可減少NOx的排放：m3=68×7.4×10-3=0.5032kg

一年可以減少 NOx的排放：M6=0.5032×220×10-3=110.704kg

4 創(chuàng)新及應用

將反滲透進水溫度提高到30～40℃，在滿足產(chǎn)水水質(zhì)和水量的條件下，降低反滲透運行壓力，達到節(jié)能的目的。目前，反滲透廣泛應用于海水淡化、鍋爐補給水及污水處理，總規(guī)模巨大。此裝置尤其適用于鍋爐水補給水的處理，將豐富的太陽能與應用非常普遍的反滲透水處理裝置有機結(jié)合，可節(jié)約大量鍋爐燃煤，減少SO2、CO2、NOx排放。此裝置不僅可以用于原有反滲透水處理裝置的改造，也可用于新的反滲透設備，前景廣闊。

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