反渗透系统的运行调节

反渗透系统的运行调节

由于涂层系统以压力为动力，其能耗成本在所有运营成本中都占着很大的比例。例如，1台8-10型立式多级离心泵，在8m1恒压与恒压系统反渗透系统运行过程中的重要特点之一就是根据设计要求保持其恒定收率与恒定流量笔者拟以变频调速器、交流异步机、多级离心泵及反渗透系统的运行特性为基础，在满足系统所需的系统收率及产水流量条件下，分别讨论上述3种调节方式的能耗水平。2机泵的转速特性异步电机与离心水泵联轴构成的系统给水机泵，在不同负荷条件下具有不同的转速、流量、压强与效率。图2、图3分别示出8-10型机泵的流量转速特性、流量效率特性与流量压强特性。由图2所示8-10型机泵的流量转速特性与流量压强特性可知，随着机泵流量的逐渐增大，机泵的转速将在近3000r/min的同步转速基础上逐渐降低，水泵的输出压强也随之快速下降。加之图3所示8-10型机泵的流量效率曲线，可知8-10型机泵在50Hz电源频率之下的流量转速特性n(Q）、流量效率特性η（Q）与流量压强特性P(Q）三条曲线对映的三个函数关系分别为：为便于量化分析，设特定反渗透系统的运行参数为：给水盐量1000mg/L，给水温度25℃，产水流量6.0m8-10型机泵为10级叶轮，额定流量8m3机泵的输出压力特性采用回流阀进行水泵运行调节的特点是：机泵输出压强与膜系统给水压强的646kPa相一致，并用回流阀开度调节回流量，以使机泵阀门组合的输出流量与膜系统给水流量的8.0m根据图3所示机泵的流量压强特性曲线及式（3）所示函数关系，机泵的输出压强为646kPa时的输出流量为12.86m届时，机泵的输出功率为12.86×646/3600=2.31kW，且根据图3及式（1）所示流量转速特性，机泵的转数降至2928r/min。根据图3所示机泵效率曲线及式（2）所示函数关系，机泵输出流量为12.86m4反渗透膜系统效率分析采用截流阀进行水泵运行调节的特点是：机泵输出流量与膜系统给水流量8.0m根据图3所示机泵的流量压强特性曲线及式（3）所示函数关系，机泵输出流量为8.0m届时，机泵的输出功率为8.0×958/3600=2.13kW，且根据图3及式（1）所示流量转速特性，机泵的转速降至2939r/min。根据图3所示机泵效率曲线及式（2）所示函数关系，机泵输出流量为8.0m如表1数据所示，特定反渗透系统条件下，截流模式的系统效率高于回流模式。所以出现该现象是由于，图3所示机泵的流量压强曲线斜率ΔP/ΔQ总是小于-1MPa·h/m推而广之则可以得出结论：如果用阀门调节机泵的输出流量压强工作点，则截流调节模式的能量损耗总低于回流调节模式。5电源频率f可实现协调控制如前所述，图3所示为50Hz电源频率之下，8-10型电机与水泵合成的流量效率特性曲线。当采用变频器对电机的电源频率向下调节时（电机调频一般均为基频向下调节(1）电源频率与变频器效率。根据电力电子学理论(2）电源频率与电动机效率。多级离心泵所用异步电动机的损耗主要包括铜损、铁损、摩擦及风阻损耗。当机泵转速降低时，机泵输出功率随之降低，电机的铜损随定子与转子电流的下降而降低。多级离心泵所用异步电动机的损耗主要包括铜损、铁损、摩擦及风阻损耗。随着机泵转速的降低，机泵输出功率随之降低，电机的电流即铜损自然降低。磁滞损耗P式中：f———工作频率，Hz;Bτ———约1.6的施泰因梅茨系数；σV———铁芯体积，md———硅钢片厚度，m;ρ———电阻率，Ω·cm;k———相关常数。根据式（3）与式（4）可知，电源频率f向下进行调节时，电机的磁滞损耗与涡流损耗均会相应降低。而且，电机的轴承摩擦损耗与风叶风阻损耗也将随电机转速的下降而降低。总之，随着电源频率f的基频向下调节，异步电动机的效率不断提高，且一般高于90%。(3）变频调速与离心泵效率。如将50Hz电源频率的水泵转速称为标准转速，且将对应膜系统工作点的调速后水泵转速称为特定转速n式中：QP将式（6）与式（7）合成，并消去转速n将膜系统工作点（Q则过膜系统工作点的“相似工况抛物线”为：变频调速机泵的运行工作点见图4。在图4中，式（9）表征的“相似工况抛物线”，与标准转速n联立式（3）与式（9）则有：求解式（10）可得标准流量：Q将标准流量Q将标准流量Q再将Q根据离心泵调速运行相关理论求解式（11）可知，水泵的特定转速n=2504.7r/min时，水泵的特定效率η=0.5130。(4）变频调速相关效果分析。表1中调速模式数据给出的仅是调速模式时离心泵的相关数据。但因电机效率一般高于95%且变频器效率一般高于98%，两者效率均远高于离心泵效率，且基频向下调速时的电机效率还将进一步提高，故表1中调速模式数据基本可以代表变频器、电动机与离心泵的总体功耗与效率。表1所示3种调节模式中，调速模式的能耗远低于回流与截流两种模式的原因在于，调速模式的机泵输出功率等于膜系统的输入功率。其他两模式中，机泵的输出功率大于膜系统的输入功率，该功率差值消耗在了回流阀或截流阀之上。此外，通过变频器调节机泵转速，不仅调节便利，还可以运用通信手段实现远程或无线遥控。变频调速模式的缺点是增加了变频器的设备成本，需要运行一定时间后方可因降低系统能耗成本而得以抵消该设备成本。6系统运行工况的变化反渗透系统的运行过程中，产水量与回收率应根据设计要求始终保持恒定，而当给水盐量、给水温度及污染程度等系统运行工况发生变化时，系统的工作压强也将随之波动。系统工作压强即机泵输出压强的变化，在机泵的流量压强特性曲线图中，仅表现为系统工作点位置的上下移动。计算表明，特定系统的给水温度从25℃降至10℃时给水压强的上升数值，相当于给水盐质量浓度从1000mg/L增加至2100mg/L，或系统运行年份从0a增加至6.5a。因此，这里仅以给水温度降至10℃为代表进行运行工况变化的相关分析，届时的工作压强升至859kPa，其他参数示于表2。从表2与表1中的数据比较可以得出两个结论：一是系统工作压强较高时，膜堆功耗有所提高，但调速模式的系统功耗仍然低于回流及截流模式；二是因低频机泵的输出功率降低，而高低频机泵的效率很接近，即低频机泵的输入功率随之降低，故系统工作点距离机泵的流量压强特性曲线的距离越远，调速模式的优势越为突出。7交流交流系统能耗对比反渗透系统中