海水淡化能耗降至2.2kW·h/m3，海水淡化技术应用发布

（一）能耗逐步下降

降低海水淡化的总能耗，从而降低淡化水的成本，一直是人们的追求目标，也是几十年来海水淡化技术研究和开发的重要内容之一。近年来，海水淡化的能耗，特别是海水反渗透淡化的能耗，由于不断改进能量回收技术，总能耗已从40年前的26.4kW·h/m3，下降到4kW·h/m3以下，将进一步下降到3kW·h/m3。现有大、中型海水反渗透淡化工程，其高压部分的能耗已降到2.2kW·h/m3左右。海水淡化已不是高能耗、高运行费的技术。

例如，美国南加州MWD海水淡化示范工程，设计的效数高达30级，相应运行的最高温度110℃以上，目的在于提高造水比（大于20），降低比能耗。经过几十年的研究和开发，无论是多级闪蒸、低温多效蒸馏还是反渗透膜，比能耗均有明显的下降。图5-1表明了能耗下降过程的幅度。

图5-1　美国MWD海水淡化工程30年能耗降低示意图

图5-1表明，就能耗而言，无论哪种蒸馏法，均无法与反渗透法竞争，因为已商业运行的海水淡化反渗透系统，如Baha Ms的1.36万m3/d淡化厂，由于采用压力转换器（PE），高压泵的能耗只有2.6kW·h/m3。即使高效节能的低温多效蒸馏，各种水泵的能耗要在2kW·h/m3以上，而多级闪蒸则高达4kW·h/m3以上，再加上加热蒸汽的热能，低温多效蒸馏总能耗大约9kW·h/m3，多级闪蒸高达14kW·h/m3以上；而佛罗里达海水淡化反渗透工程，预计总能耗为3.7～4.28kW·h/m3（能量透平回收，而非压力转换器回收能量）。

（二）反渗透法的节能方式

根据1995年调查统计，全世界淡化市场（含苦咸水淡化）中，反渗透法占了市场份额的88％。降低海水反渗透淡化系统的制水成本，是反渗透技术成功应用的关键，而表5-4中数据说明（以1000m3/d的反渗透海水淡化系统为例），能耗在制水成本中所占比例居主导地位，要想降低反渗透法的制水成本，首先要解决降低能耗的问题。

反渗透海水淡化系统通常采用的回收率为30％～40％，我国海水水质中溶解总固体（TDS）含量为34.4g/L，当反渗透系统回收率为40％时，则反渗透浓盐水中TDS含量为57.333g/L，相应的浓盐水压力（能量）约为6.0 MPa。如此高的浓盐水压力，如果通过某种装置回收其能量并传递给进水，则可降低高压泵的出口压力，也降低了整个系统的能耗。

表5-4　反渗透海水淡化的制水成本

1.能量透平装置（TURBO）

在20世纪80年代中期，回收浓盐水的能量通过能量透平装置（TURBO）来实现。TURBO是一种同轴涡轮机驱动离心泵的装置，涡轮机叶轮从浓盐水中提取能量并转化为机械能，机械能通过离心泵叶轮传递于进水。TURBO的能量传递效率随着进水流量的增大而增大，所以对于大型的海水淡化系统，有更高的能量回收率。采用TURBO作为能量回收装置的反渗透工艺如图5-2所示。

图5-2　采用TURBO的反渗透海水淡化系统

1—高压泵；2—TURBO；3—反渗透装置；4—产出淡水；5—浓盐水排放

若淡水产量为1000m3/d，则工艺流程中各点的状态量如表5-5所示。(www.xing528.com)

表5-5　采用TURBO的反渗透系统工艺各点状态量

注　进水流量为2500m3/d，相对应的TURBO的能量回收效率为60％。

由表5-5数据可知，TURBO回收的压力为d、b两点的压力之差（2.04MPa），这样大幅降低了高压泵的出口压力，也降低了反渗透海水淡化的能耗和吨水成本。

2.压力转换器（PE）

压力转换器（PE）作为一种新型的能量回收装置出现于20世纪90年代，其较高的回收效率为反渗透法的节能带来相当可观的经济效益。压力转换器是通过活塞的往复移动把浓盐水的能量传递给进水，且活塞用于阻止浓盐水与进水的混合。在国外，已有很多大型的海水淡化系统采用压力转换器进行能量回收，其能耗仅为2.4kW·h/m3（国内已有的海水反渗透淡化系统其能耗约为5～6kW·h/m3）。采用压力转换器为能量回收装置的海水淡化反渗透工艺如图5-3所示。

图5-3　采用PE的反渗透海水淡化系统

1—高压泵；2—反渗透装置；3—压力转换器；4—补偿升压泵；5—产出淡水；6—浓盐水排放

若淡水产量为1000m3/d，则工艺流程中各点的状态量如表5-6所示。

表5-6　采用PE的反渗透系统工艺各点状态量

由表5-6的数据可知，压力转换器的转换效率为98％，而一旦采用压力转换器作为能量回收装置，高压泵的进水流量仅是反渗透系统淡水的流量，另一部分进水的能量通过压力转换器获得，明显降低了高压泵的负荷，从而也降低了一次性投资和吨水能耗。

相同产水量的反渗透海水淡化系统，采取不同的能量回收方式，节省的能耗是不同的。表5-7表明了采取不同能量回收方式下的能耗对比情况。采用能量透平装置，虽然可以回收部分浓盐水的能量（压力），但其回收效率较低；而采用压力转换器作为回收能量装置，其回收效率可达94％以上，显然，压力转换器更有优势。

表5-7　不同能量回收方式下的能耗对比