反渗透海水淡化系统压力能交换器实验研究

论文摘要

随着现代经济的飞速发展和能源问题的日益突出,节能问题已经成为世界关注的焦点。在全球范围内,过程工业领域都在采用流体能量回收技术来实现能量的最优化和最高效配置。流体压力能回收和综合利用技术及装置的研究已经成为近年来反渗透海水淡化工业相关领域的热点。本文综合评定比较了现有的各种流体压力能回收技术以及相应装置的性能和特点,选择目前国内研究较少的基于正位移原理的旋转式压力交换器为主要研究对象,结合反渗透海水淡化系统的工业应用背景,采用以实验为主,计算为辅的方法,对外驱型压力能回收装置进行了相应的设计、实验和研究。在已有的自驱型旋转式压力交换器和电机驱动型旋转式压力交换器的实验研究的基础上,综合考虑其优缺点,采用以外部流体驱动转子转动的方式,设计并建立了外驱型旋转式压力交换器的能量回收装置。本实验以小型反渗透海水淡化系统为研究平台,设计并建立了外驱型旋转式压力交换器的相关实验流程。根据实验流程结构,对影响旋转式压力交换器的端面泄漏和压力保持情况的各种因素进行了分析研究,并对其主要影响因素——端面间隙与泄漏和压力的相互关系进行了重点研究。实验装置实现了转子的平稳转动,在反渗透海水淡化系统中研究了旋转式压力交换器孔道内高低浓度流体的掺混情况,并分析了压力能交换效率及其影响因素。实验结果表明,旋转式压力交换器的转子端面与定子端面之间的间隙量控制是影响各项实验结果的最主要的因素。在现有的技术条件下,所设计旋转式压力交换装置所能达到的最小端面间隙为0.05mm,最高交换压力达到1.20MPa,最高能量回收效率为68.8%。本文设计建立的旋转式压力交换器能量回收装置尚处于试验阶段,还有很多需要更加完善和改进的地方。本文的实验研究结果可为自驱型旋转式压力交换器的设计和完善提供相关依据,并为国内基于正位移原理的的流体能量回收装置的设计和研究进行了探索性的工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 海水淡化技术简介
• 1.2 反渗透海水淡化及压力能交换技术
• 1.2.1 反渗透海水淡化技术的产生与发展
• 1.2.2 流体能量回收技术发展概要
• 1.3 反渗透海水淡化系统的压力能交换技术及装置
• 1.3.1 非直接接触式压力能交换技术及相应装置
• 1.3.2 直接接触式压力能交换技术及相应装置
• 1.3.3 各种压力能交换技术及装置比较
• 1.4 目前国内压力能交换领域的研究进展与成果
• 1.4.1 自由活塞式铜氨液压力能交换机（浙江工业大学）
• 1.4.2 反渗透海水淡化系统阀控活塞式余压回收装置（天津大学）
• 1.4.3 反渗透海水淡化系统旋转式压力能交换器（大连理工大学）
• 1.5 本课题的提出与实验的预期目标
• 2 海水淡化系统压力能交换器与实验设计
• 2.1 压力能交换器的设计原则与构思
• 2.2 压力能交换器各部件的设计
• 2.2.1 装置整体尺寸的设计
• 2.2.2 转动部件的设计
• 2.2.3 静止部件的设计
• 2.2.4 装置装配总图
• 2.3 压力能交换器的公差与配合设计
• 2.4 海水淡化与压力能交换系统的装配与实验的设计
• 2.4.1 实验流程
• 2.4.2 主要设备
• 3 压力能交换与端面泄漏问题的实验研究
• 3.1 转子端面泄漏问题的影响因素实验研究
• 3.1.1 转子端面泄漏影响因素探讨研究
• 3.1.2 高低压端转子端面泄漏情况研究
• 3.2 端面间隙与压力和泄漏问题的关系
• 3.2.1 转子端面间隙的测量与计算
• 3.2.2 转子端面间隙对泄漏与压力的关系研究
• 3.3 端面密封问题的实验结论与探讨
• 4 转子转动问题的理论与实验研究
• 4.1 转子转动问题的理论分析
• 4.2 转子转动情况的实验研究
• 4.3 转子转动问题的解决与改进
• 5 海水淡化系统中压力能交换器的实验研究
• 5.1 带有压力能交换装置的海水淡化系统的实验原理
• 5.1.1 实验工作原理简介
• 5.1.2 盐度的测量与计算
• 5.2 压力能交换器掺混情况实验研究
• 5.2.1 高压端进口压力、流量与产品淡水流量关系
• 5.2.2 高低压同浓度盐水进流压力能交换实验
• 5.2.3 高低压不同浓度盐水进流压力能交换实验
• 5.3 提高能量交换性能的技术和措施展望
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢