一种用于海水淡化工程的能量回收系统及工作方法与流程

1.本发明涉及海水淡化能量回收设备技术领域，特别是公开了一种用于海水淡化工程的能量回收系统及工作方法。


背景技术：

2.随着饮用水需求的增长及能源成本的提高，海水反渗透工艺的可扩展性、节能设计使得该工艺成为全世界缺水地区的首选。海水淡化工艺是指利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等的稳定供水。海水淡化过程中，海水通过反渗透膜的过滤产生淡水，没有透过反渗透膜的高浓度海水也就是浓盐水被排出；现有技术中，高压浓盐水的能量可用于加压低压海水，并使低压海水通过渗透膜组件而被过滤，高压浓盐水泄压后成为低压浓盐水被排出，达到了能量回收的目的。
3.目前市场上进行海水淡化能量回收的装置，往往结构复杂、不能根据现场海水淡化需求灵活组合。


技术实现要素：

4.本专利为解决现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种用于海水淡化的组合式能量回收装置及工作方法。
5.本专利为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
6.一种用于海水淡化工程的能量回收系统，该系统包括多个平行设置的能量回收结构、低压海水进口、高压海水出口、高压浓盐水进口、低压浓盐水出口以及活塞驱动结构；
7.所述能量回收结构包括双缸能量回收结构和组合式单缸能量回收结构中的一种，两种能量回收结构均包括至少两个平行的承压管，所有承压管一端共同与一个浓盐水管垂直连通，另一端连接高压海水出口和低压海水进口；所述浓盐水管连接高压浓盐水进口和低压浓盐水出口；
8.高压浓盐水进口将通过低压海水进口进入承压管的低压海水加压，泄压后的浓盐水通过低压浓盐水出口排出，被加压后的海水通过高压海水出口进入海水淡化装置进行过滤；所述活塞驱动结构用于推动承压管内低压海水的加压以及浓盐水管内水路的切换。
9.作为优选的技术方案，所述能量回收结构为双缸能量回收结构，所述双缸能量回收结构包括平行设置的第一承压管和第二承压管；所述活塞驱动结构包括第一活塞结构、第二活塞结构和第三活塞结构。
10.作为优选的技术方案，所述第一承压管和第二承压管的一端同时与一个浓盐水管垂直连通，且第一承压管的另一端通过第一活塞结构同轴连接有第一水力切换阀，第二承压管的另一端通过第二活塞结构同轴连接有第二水力切换阀；所述浓盐水管的一侧通过第三活塞结构同轴连接有第三水力切换阀；所述浓盐水管上设有一个高压浓盐水进口和上下两个低压浓盐水出口；所述高压浓盐水进口位于第一、第二承压管之间，且两个承压管位于
上下两个低压浓盐水出口之间；所述第一、第二承压管上远离浓盐水管的一端均设有低压海水进口和高压海水出口。
11.作为优选的技术方案，所述第一活塞结构包括位于第一水力切换阀内的两个活塞块，两活塞块之间相隔一定间距且通过第一活塞杆连接为一体，所述第一活塞杆的一端位于第一水力切换阀内，另一端位于第一承压管内，且位于第一承压管内部的第一活塞杆上设有多排进水孔，从而第一承压管内的海水通过该进水孔进入第一活塞杆，并通过第一活塞杆和靠近第一承压管的活塞块上设有的出水孔导入至第一水力切换阀内。第二活塞结构与第一活塞结构的构造相同；所述第三活塞结构包括通过第三活塞杆连接为一体的三个第三活塞块，其中一个第三活塞块位于第三水力切换阀内，其余两个第三活塞块位于浓盐水管内。
12.作为优选的技术方案，所述第一或第二水力切换阀用于将对应承压管的高压水流能量传递至第三水力切换阀，并通过第三活塞结构的移动实现浓盐水管内高压浓盐水的水路切换；
13.所述第一水力切换阀内设有与第一活塞结构接触的弹性结构，此外第一水力切换阀上设有两个进出水口，且两个进出水口之间的间距小于第一活塞结构上两个活塞块之间的间距；第二水力切换阀与第一水力切换阀的结构相同；第三水力切换阀上同样设有相隔一定间距的两个进出水口。
14.作为优选的技术方案，低压海水通过低压海水进口进入相应的承压管内，高压浓盐水进入浓盐水管并经过第三活塞结构引导进入已经注满低压海水的承压管中，在该承压管中高压浓盐水的压力传递至低压海水中，然后低压海水被增压并通过高压海水出口排出，并且再经过一个增压泵后被输送至海水淡化装置的渗透膜进行过滤，高压浓盐水泄压后成为低压浓盐水，并经过低压浓盐水出口排出。
15.上述用于海水淡化工程的能量回收系统的工作方法，其工作步骤如下：
16.s1、经过预处理的低压海水通过低压海水进口进入第一承压管内，高压浓盐水通过高压浓盐水进口进入浓盐水管，并经过第三活塞结构引导进入已经注满低压海水的第一承压管中；
17.s2、高压浓盐水不断推动第一活塞结构向第一水力切换阀所在的方向移动，在移动过程中高压浓盐水的压力传递至低压海水中，然后低压海水被增压并通过高压海水出口内设置的止回阀排出装置；同时，部分被加压的海水通过所述进水孔进入第一活塞杆内，并通过所述出水孔导入至第一水力切换阀内；此时，第一活塞结构在移动过程中压缩第一水力切换阀内的弹性结构；
18.s3、当含有出水孔的活塞块移动至第一水力切换阀的两个进出水口之间，第一水力切换阀内的高压海水通过其中一个进出水口和相应的管路进入第三水力切换阀内，高压海水推动第三活塞杆向下移动切换，第三活塞杆上位于浓盐水管内的活塞随之移动，则高压浓盐水进入第一承压管的通道被切断；第三活塞杆切换移动过程中，第三水力切换阀内的海水通过其上的另一个进出水口排出至第二水力切换阀内；该部分海水通过第二水力切换阀上的进出水口排出；
19.s4、高压浓盐水泄压后，第一水力切换阀内的弹性结构回弹，且随着低压海水的注入，第一活塞结构在回程过程中将低压浓盐水通过其中一个低压浓盐水出口排出；进入浓
盐水管的高压浓盐水被导入第二承压管，并在此给进入第二承压管内的低压海水增压，两个承压管之间的循环周而复始。
20.作为优选的技术方案，所述能量回收结构为组合式单缸能量回收结构，所述组合式单缸能量回收结构包括至少两个平行设置的单缸能量回收单体及plc控制系统；
21.每个单缸能量回收单体包括一个第三承压管，第三承压管内滑动连接有电磁活塞；第三承压管的一端与一个浓盐水管垂直连通，另一端连接有低压海水进口和高压海水出口；所述浓盐水管上设有一个高压浓盐水进口和一个低压浓盐水出口；
22.所述第三承压管的两端设有与电磁活塞信号连接的感应装置；当电磁活塞移动到一端时，该端的感应装置接收到信号，并驱动电磁活塞换向；
23.所述浓盐水管上设有通过液压缸驱动的液压活塞结构，所述液压活塞结构包括活塞杆，活塞杆底端设有双活塞块，双活塞块与浓盐水管内壁滑动配合，且双活塞块之间的间距小于高压浓盐水进口和低压浓盐水出口之间的距离，但每个活塞块与浓盐水管接触的侧壁面积大于高压浓盐水进口和低压浓盐水出口中任意一个的截面积；低压海水进口和高压海水出口内部均设有单向阀以防止海水回流。
24.作为优选的技术方案，所述浓盐水管的内侧上下两端设有限位装置，所述限位装置与控制所述液压缸运行的plc控制系统联动；当液压活塞结构的活塞接触到该限位装置后，限位装置向plc控制系统发出电信号，从而实现液压活塞结构换向。
25.上述的用于海水淡化工程的能量回收系统的工作方法，工作步骤如下：
26.s1、通过低压海水进口向其中一个单缸能量回收单体的第三承压管内输入低压海水，直至低压海水装满整个第三承压管；高压浓盐水通过高压浓盐水进口注入该第三承压管内，随着高压浓盐水越来越多，其压力推动电磁活塞向低压海水进口一侧移动，然后低压海水被增压并通过高压海水出口排出装置，在传递压力过程中高压浓盐水的压力逐渐被释放，从而成为低压浓盐水；所述液压活塞结构在向低压浓盐水出口一侧移动时，一个活塞块移动至逐渐堵住低压浓盐水出口直至触发限位装置而换向移动；
27.s2、当液压活塞结构向高压浓盐水出口移动，一个活塞块完全越过压浓盐水出口时，此时第三承压管与低压浓盐水出口之间的水路通道被打开，同时电磁活塞开始反向移动，低压海水又开始不断注入第三承压管，低压浓盐水被逐渐排出整个结构；液压活塞结构的另一个活塞块移动至逐渐堵住高压浓盐水出口直至触发另一个限位装置而换向移动；
28.s3、多个单缸能量回收单体的工作原理完全相同但不同步，即高压浓盐水和低压海水进入两个第三承压管是交替进行的，当一个第三承压管内进行低压海水增压时，其余第三承压管内进行低压浓盐水回收，第三承压管之间的循环周而复始，从而保证第三承压管提供的高压海水不会间断。
29.本专利具有的优点和积极效果是：
30.本发明的用于海水淡化工程的能量回收系统及工作方法，该系统包括多个平行设置的能量回收结构、低压海水进口、高压海水出口、高压浓盐水进口、低压浓盐水出口以及活塞驱动结构。所述能量回收结构包括双缸能量回收结构和组合式单缸能量回收结构中的一种。
31.其中组合式能量回收装置，是一种设计简便的等压装置，通过高压浓盐水将低压海水进行加压，泄压后的浓盐水原路返回并被排出装置；该装置由多个单缸能量回收单体
并列组成，并由高压浓盐水交替供水，使得多个第三承压管能够循环往复不间断的进行能量回收，实现整个装置输出高压海水的连续运行。当整个组合式能量回收装置连接两个以上单缸能量回收单体时，通过plc控制系统控制电磁活塞、液压活塞结构的运行以及控制低压海水和高压浓盐水的注水时机，从而满足现场海水淡化的数量需求，以及使得所有单缸能量回收单体实现最大程度的协作。
32.双缸能量回收结构通过高压浓盐水将低压海水进行加压，并使用三个水力切换阀进行水路的切换，使得两个承压管能够循环往复不间断的进行能量回收，且切换过程全部使用水力驱动，环保节能。经验证，该装置能够回收高压浓盐水中高达98％的能量，从而对设备的运营成本产生实质影响。此外该装置可以根据现场情况平行放置多套装置，满足更大的能量回收需要。
附图说明
33.图1为本发明中能量回收系统的工作原理图；
34.图2为本发明中能量回收系统的另一工作原理图；
35.图3为本发明中第一、第二承压管与浓盐水管的结构示意图；
36.图4为本发明中第一活塞结构和第一水力切换阀的三维图；
37.图5为本发明中第一活塞结构的三维图；
38.图6为本发明实施例2中组合式单缸能量回收结构的工作示意图；
39.图7为本发明实施例2中单缸能量回收单体的俯视图；
40.图8为图7的a-a剖视图。
41.图中：1、第一承压管；1-1、低压海水进口；1-2、高压海水出口；2、第二承压管；3、浓盐水管；3-1、高压浓盐水进口；3-2、低压浓盐水出口；4、第一活塞结构；4-1、第一活塞块；4-2、第一活塞杆；4-3、第一进水孔；4-4、第一出水孔；5、第二活塞结构；6、第三活塞结构；6-1、第三活塞块；6-2、第三活塞杆；7、第一水力切换阀；7-1、弹性结构；7-2、进出水口；8、第二水力切换阀；9、第三水力切换阀；10、低压海水；11、高压浓盐水；12、低压浓盐水；13、高压海水；14、电磁活塞；15、液压活塞结构；16、双活塞块；17、限位装置；18、感应装置；19、第三承压管。
具体实施方式
42.为能进一步了解本专利的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
43.请参阅图1-8，本实施例公开了一种用于海水淡化工程的能量回收系统及工作方法，该系统包括多个平行设置的能量回收结构、低压海水进口1-1、高压海水出口1-2、高压浓盐水进口3-1、低压浓盐水出口3-2以及活塞驱动结构。
44.所述能量回收结构包括双缸能量回收结构和组合式单缸能量回收结构中的一种，两种能量回收结构均包括至少两个平行的承压管，所有承压管一端共同与一个浓盐水管垂直连通，另一端连接高压海水出口和低压海水进口；所述浓盐水管连接高压浓盐水进口和低压浓盐水出口；
45.高压浓盐水进口将通过低压海水进口进入承压管的低压海水加压，泄压后的浓盐
水通过低压浓盐水出口排出，被加压后的海水通过高压海水出口进入海水淡化装置进行过滤；所述活塞驱动结构用于推动承压管内低压海水的加压以及浓盐水管内水路的切换。
46.实施例1
47.本实施例中，所述能量回收结构采用双缸能量回收结构，所述双缸能量回收结构包括平行设置的第一承压管1和第二承压管2；所述活塞驱动结构包括第一活塞结构4、第二活塞结构5和第三活塞结构6；
48.第一承压管1和第二承压管2的一端同时与一个浓盐水管3垂直连通，且第一承压管1的另一端通过第一活塞结构4同轴连接有第一水力切换阀7，第二承压管2的另一端通过第二活塞结构5同轴连接有第二水力切换阀8；所述浓盐水管3的一侧通过第三活塞结构6同轴连接有第三水力切换阀9；具体的，所述浓盐水管3上设有一个高压浓盐水进口3-1和上下两个低压浓盐水出口3-2；所述高压浓盐水进口3-1位于两个承压管之间，且两个承压管位于上下两个低压浓盐水出口3-2之间，从而高压浓盐水11通过浓盐水管3的高压浓盐水进口3-1进入第一承压管1或第二承压管2，并以低压浓盐水12的形式从低压浓盐水出口3-2排出。
49.所述第一活塞结构4包括位于第一水力切换阀7内的两个活塞块4-1，两活塞块4-1之间相隔一定间距且通过第一活塞杆4-2连接为一体，所述第一活塞杆4-2的一端位于第一水力切换阀7内，另一端位于第一承压管1内，且位于第一承压管1内部的第一活塞杆4-2上设有多排进水孔4-3，从而第一承压管1内的海水通过该进水孔4-3进入第一活塞杆4-2，并通过第一活塞杆4-2和靠近第一承压管1的活塞块4-1上设有的出水孔4-4导入至第一水力切换阀7内。第二活塞结构5与第一活塞结构4的构造相同，此处不再赘述。所述第三活塞结构6包括通过第三活塞杆6-2连接为一体的三个第三活塞块6-1，其中一个第三活塞块6-1位于第三水力切换阀9内，其余两个第三活塞块6-1位于浓盐水管3内。
50.所述第一或第二水力切换阀8用于将对应承压管的高压水流能量传递至第三水力切换阀9，并通过第三活塞结构6的移动实现浓盐水管3内高压浓盐水11的水路切换。具体结构如下：
51.所述第一水力切换阀7内设有与第一活塞结构4接触的弹性结构7-1，此外第一水力切换阀7上设有两个进出水口7-2，且两个进出水口7-2之间的间距小于第一活塞结构4上两个活塞块4-1之间的间距。第二水力切换阀8与第一水力切换阀7的结构相同，此处不再赘述。第三水力切换阀9上同样设有相隔一定间距的两个进出水口7-2。
52.所述第一、第二承压管2上远离浓盐水管3的一端均设有低压海水进口11和高压海水出口12，低压海水10通过低压海水进口11进入相应的承压管内，高压浓盐水11进入浓盐水管3并经过第三活塞结构6引导进入已经注满低压海水10的承压管中，在该承压管中高压浓盐水11的压力传递至低压海水10中，然后低压海水10被增压并通过高压海水出口12排出，并且再经过一个增压泵后被输送至海水淡化装置的渗透膜进行过滤，高压浓盐水11泄压后成为低压浓盐水12，并经过低压浓盐水出口3-2排出。
53.本实施例的用于海水淡化工程的能量回收系统，其工作步骤如下：
54.s1、如图1所示，经过预处理的低压海水10通过低压海水进口11进入第一承压管1内，高压浓盐水11通过高压浓盐水进口3-1进入浓盐水管3，并经过第三活塞结构6引导进入已经注满低压海水10的第一承压管1中；
55.s2、高压浓盐水11不断推动第一活塞结构4向第一水力切换阀7所在的方向移动，在移动过程中高压浓盐水11的压力传递至低压海水10中，然后低压海水10被增压并通过高压海水出口12内设置的止回阀排出装置；同时，部分被加压的海水通过所述进水孔4-3进入第一活塞杆4-2内，并通过所述出水孔4-4导入至第一水力切换阀7内；此时，第一活塞结构4在移动过程中压缩第一水力切换阀7内的弹性结构7-1；
56.s3、当含有出水孔4-4的活塞块4-1移动至第一水力切换阀7的两个进出水口7-2之间，第一水力切换阀7内的高压海水13通过其中一个进出水口7-2和相应的管路进入第三水力切换阀9内，高压海水13推动第三活塞杆向下移动切换，第三活塞杆上位于浓盐水管3内的活塞随之移动，则高压浓盐水11进入第一承压管1的通道被切断；第三活塞杆切换移动过程中，第三水力切换阀9内的海水通过其上的另一个进出水口7-2排出至第二水力切换阀8内；该部分海水通过第二水力切换阀8上的进出水口7-2排出；
57.s4、高压浓盐水11泄压后，第一水力切换阀7内的弹性结构7-1回弹，且随着低压海水10的注入，第一活塞结构4在回程过程中将低压浓盐水12通过其中一个低压浓盐水出口3-2排出；如图2所示，进入浓盐水管3的高压浓盐水11被导入第二承压管2，并在此给进入第二承压管2内的低压海水10增压，两个承压管之间的循环周而复始。
58.实施例2
59.本实施例中，所述能量回收结构采用组合式单缸能量回收结构，所述组合式单缸能量回收结构包括至少两个平行设置的单缸能量回收单体及plc控制系统。
60.每个单缸能量回收单体1包括一个第三承压管19，第三承压管19内滑动连接有电磁活塞14；第三承压管19的一端与一个浓盐水管3垂直连通，另一端连接有低压海水进口1-1和高压海水出口1-2；所述浓盐水管3上设有一个高压浓盐水进口3-1和一个低压浓盐水出口3-2；
61.所述第三承压管19的两端设有与电磁活塞14信号连接的感应装置18；当电磁活塞14移动到一端时，该端的感应装置18接收到信号，并驱动电磁活塞14换向。
62.所述浓盐水管3上设有通过液压缸驱动的液压活塞结构15，所述液压活塞结构15包括活塞杆，活塞杆底端设有双活塞块16，双活塞块16与浓盐水管3内壁滑动配合，且双活塞块之间的间距小于高压浓盐水进口3-1和低压浓盐水出口3-2之间的距离，但每个活塞块与浓盐水管3接触的侧壁面积大于高压浓盐水进口3-1和低压浓盐水出口3-2中任意一个的截面积，从而当其中一个活塞块移动至完全堵住高压浓盐水进口3-1或低压浓盐水出口3-2时，另一个活塞块与另一个口尚有一定距离，从而在不影响进出水的情况下，减轻浓盐水管3的振动。
63.低压海水进口1-1和高压海水出口1-2内部均设有单向阀以防止海水回流；低压海水10通过低压海水进口1-1进入第三承压管19内直至将第三承压管19装满，此时高压浓盐水11进入浓盐水管3并推动电磁活塞14移动，在该第三承压管19中高压浓盐水11的压力传递至低压海水10中，然后低压海水10被增压并通过高压海水出口1-2排出，并且再经过一个增压泵后被输送至海水淡化装置的渗透膜进行过滤，然后高压浓盐水11泄压后成为低压浓盐水12，并通过低压浓盐水出口3-2排出。
64.优选的，所述浓盐水管3的内侧上下两端设有限位装置17，所述限位装置17与控制所述液压缸运行的plc控制系统联动；当液压活塞结构15的活塞接触到该限位装置17后，限
位装置17向plc控制系统发出电信号，从而实现液压活塞结构换向；也就是说，高压浓盐水11进水时，液压活塞结构15的活塞杆带动双活塞块向低压浓盐水出口3-2一侧移动，其中一个活塞块会堵住低压浓盐水出口3-2，另一个活塞块在高压浓盐水进口3-1以上的位置以便高压浓盐水11进入第三承压管19；一旦要排出低压浓盐水12时，双活塞块则向高压浓盐水进口3-1一侧移动，一个活塞块会堵住高压浓盐水进口3-1，另一个活塞块在低压浓盐水出口3-2以下的位置以便低压浓盐水12排出。优选的，限位装置17可以选择限位开关或位置传感器等。
65.由于每个单缸能量回收单体1中，低压海水10转变为高压海水14后，低压浓盐水12需要排出第三承压管19，因此能量回收的过程不是连续的；为了实现能量回收的连续性，所述高压浓盐水11供水系统同时连接多个单缸能量回收单体1的高压浓盐水进口3-1，且交替为每个高压浓盐水进口3-1供水，实现整个装置连续输出高压海水。当整个组合式能量回收装置连接两个以上单缸能量回收单体1时，通过plc控制系统控制电磁活塞14、液压活塞结构15的运行以及控制低压海水10和高压浓盐水11的注水时机，从而满足现场海水淡化的数量需求，以及使得所有单缸能量回收单体1实现最大程度的协作。
66.本实施例以两个单缸能量回收单体1为例，介绍该用于海水淡化工程的能量回收系统的工作方法，具体包括如下步骤：
67.s1、通过低压海水进口1-1向其中一个单缸能量回收单体1的第三承压管19内输入低压海水10，直至低压海水10装满整个第三承压管19；高压浓盐水通过高压浓盐水进口3-1注入该第三承压管19内，随着高压浓盐水11越来越多，其压力推动电磁活塞14向低压海水进口1-1一侧移动，然后低压海水10被增压并通过高压海水出口1-2排出装置，在传递压力过程中高压浓盐水11的压力逐渐被释放，从而成为低压浓盐水12；所述液压活塞结构15在向低压浓盐水出口3-2一侧移动时，一个活塞块移动至逐渐堵住低压浓盐水出口3-2直至触发限位装置17而换向移动；
68.s2、当液压活塞结构15向高压浓盐水出口3-1移动，一个活塞块完全越过压浓盐水出口3-2时，此时第三承压管19与低压浓盐水出口3-2之间的通道被打开，同时电磁活塞14开始反向移动，低压海水10又开始不断被注入第三承压管19，低压浓盐水12被逐渐排出整个结构；液压活塞结构15的另一个活塞块移动至逐渐堵住高压浓盐水出口3-1直至触发另一个限位装置17而换向移动；
69.s3、两个单缸能量回收单体1的工作原理完全相同但不同步，即高压浓盐水11和低压海水10进入两个第三承压管19是交替进行的，当一个第三承压管19内进行低压海水10增压时，另一个第三承压管19内进行低压浓盐水12回收，两个承压管之间的循环周而复始，而保证两个第三承压管19提供的高压海水14不会间断。
70.以上所述仅是对本专利的较佳实施例而已，并非对本专利作任何形式上的限制，凡是依据本专利的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本专利技术方案的范围内。