反渗透海水淡化系统火用分析及计算

于宗坤

摘要：基于火用分析方法对反渗透海水淡化系统中各设备的火用效率和火用损失进行了分析，并结合实际案例进行了计算。结果表明：系统中膜组件火用损率最大，火用效率较低，是影响反渗透海水淡化系统能效水平提高的关键因素，高压泵是反渗透海水淡化系统主要的用能设备，降低反渗透海水淡化制水成本的关键是改善膜性能和降低制备高压海水的成本。

关键词：反渗透；海水淡化；火用分析

中图分类号：F7475文献标识码：A文章编号：16749944（2014）03026703

1引言

水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源[1]。海水淡化是解决世界水资源危机的重要途径之一。目前世界上发展最快、应用最广的海水淡化技术有蒸馏法、反渗透法两种。反渗透海水淡化技术由于其设备投资省、能量消耗低、建造周期短等诸多优点，近10年来发展速度很快，未来将成为海水淡化的主导技术。王崇武采用陶氏反渗透设计软件ROSA 61对优化结果进行验证，为反渗透海水淡化系统的设计与工艺提供了理论基础[2]。陈林根通过有限时间热力学分析方法分析了不可逆反渗透分离过程，研究表明，反渗透过程火用效率与膜的纯水回收率有关[3]。Yunus Cerci采用基于热力学第二定律的火用分析方法分析了一个实际的苦咸水反渗透淡化系统，并对系统进行了综合评价[4]。本文结合案例计算分析反渗透海水淡化过程，不仅揭示外部有效能的损失，还揭示了内部不可逆因素造成的有效能损失，同时也可以准确揭示系统或设备单元中火用损失最薄弱的环节，为改进设备和节约能源提供良好的对策。

2火用简介

根据热力学第二定律，把在周围环境条件下任意形式的能量中理论上能够转变为有用功的那部分能量称为该能量的火用[1]。在反渗透海水淡化系统中用到的火用有海水的压力火用与化学火用两种。火用分析法弥补了热力学第一定律单纯以能量的“数量”关系来分析过程和循环的不足，从而能够进行各过程和循环的热

系统中供水泵、高压泵、增压泵、能量回收装置的火用效率都比较高，均在80%以上，因为供水泵、高压泵、增压泵设备均是由高品质的电能来驱动泵，高品质的电能转化为低品质的海水压能，有用能利用率高；而能量回收装置是由较高的压力能转化为低的压力能，过程简洁，能量损失小，效率较高。过滤器的火用效率较低是因为海水经过过滤器时存在压力降，火用值减小，过滤器的火用损率在整个能量系统中占较小；可清楚地看出，反渗透膜组件的火用效率为7462%，反渗透膜组件的火用损率是6897%，如图反渗透膜的火用损失占整个系统火用损失的绝大部分，很大一部分能量由于摩擦损失掉了。

4结语

本文以实际的反渗透海水淡化系统工况参数，作为系统火用分析的基础，具有真实可靠的研究价值。通过反渗透海水淡化系统火用分析可以得到系统的火用损失最大的部位是反渗透膜，因此反渗透海水淡化系统的优化重点应该为反渗透膜组件，利用高效的反渗透膜可以大大降低能耗。随着反渗透膜技术的进步，将大力推动反渗透海水淡化产业的发展，有效缓解日益严峻的淡水危机。

参考文献：

[1] 高从堦，陈国华海水淡化技术与技术手册[M]北京：化学工业出版社，2004

[2] 王崇武反渗透海水淡化系统能量分析及优化[D]天津：天津大学，2006

[3] 舒礼伟，陈林根，孔丰瑞不可逆反渗透分离过程的性能分析[J]热能动力工程，2010（11）

[4] Yunus CerciExergy analysis of a reversis desalination plant in California[J]，Desalination，2002（142）：257～266

[5] MSorin，SJedrzejak，CBouchardOn maximum power of reverse osmosis separation process[J]，Desalination，2006（190）：212～220

[6] 张葆宗反渗透水处理应用技术[M]北京：中国电力出版社，2004

[7] 邹永久，张跃文，孙培廷，等船舶柴油机系统火用分析模型建立及计算[J]大连海事大学学报，2013（6）

[8] 傅秦生能量系统的热力学分析方法[M]西安：西安交通大学出版社，2005

Abstract：Based on the method of exergy analysis，this article analyzes the exergy efficiency and exergy loss of all equipments in the reverse osmosis desalination system，and combines with the actual case calculationThe results show：the exergy loss rate of membrane module in the system is maximum，and the exergy efficiency is lower，so the membrane module is the key factorof the energy efficiency level of reverse osmosis desalination system；high pressure pump is themajor energy-using equipment in the reverse osmosis desalination system，and the key to decrease the cost of water reverse osmosis desalination system is to improve the membrane performance and reduce the cost of the high pressure water

Key words：reverse osmosis；desalination；exergy analysisendprint

摘要：基于火用分析方法对反渗透海水淡化系统中各设备的火用效率和火用损失进行了分析，并结合实际案例进行了计算。结果表明：系统中膜组件火用损率最大，火用效率较低，是影响反渗透海水淡化系统能效水平提高的关键因素，高压泵是反渗透海水淡化系统主要的用能设备，降低反渗透海水淡化制水成本的关键是改善膜性能和降低制备高压海水的成本。

关键词：反渗透；海水淡化；火用分析

中图分类号：F7475文献标识码：A文章编号：16749944（2014）03026703

1引言

水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源[1]。海水淡化是解决世界水资源危机的重要途径之一。目前世界上发展最快、应用最广的海水淡化技术有蒸馏法、反渗透法两种。反渗透海水淡化技术由于其设备投资省、能量消耗低、建造周期短等诸多优点，近10年来发展速度很快，未来将成为海水淡化的主导技术。王崇武采用陶氏反渗透设计软件ROSA 61对优化结果进行验证，为反渗透海水淡化系统的设计与工艺提供了理论基础[2]。陈林根通过有限时间热力学分析方法分析了不可逆反渗透分离过程，研究表明，反渗透过程火用效率与膜的纯水回收率有关[3]。Yunus Cerci采用基于热力学第二定律的火用分析方法分析了一个实际的苦咸水反渗透淡化系统，并对系统进行了综合评价[4]。本文结合案例计算分析反渗透海水淡化过程，不仅揭示外部有效能的损失，还揭示了内部不可逆因素造成的有效能损失，同时也可以准确揭示系统或设备单元中火用损失最薄弱的环节，为改进设备和节约能源提供良好的对策。

2火用简介

根据热力学第二定律，把在周围环境条件下任意形式的能量中理论上能够转变为有用功的那部分能量称为该能量的火用[1]。在反渗透海水淡化系统中用到的火用有海水的压力火用与化学火用两种。火用分析法弥补了热力学第一定律单纯以能量的“数量”关系来分析过程和循环的不足，从而能够进行各过程和循环的热

系统中供水泵、高压泵、增压泵、能量回收装置的火用效率都比较高，均在80%以上，因为供水泵、高压泵、增压泵设备均是由高品质的电能来驱动泵，高品质的电能转化为低品质的海水压能，有用能利用率高；而能量回收装置是由较高的压力能转化为低的压力能，过程简洁，能量损失小，效率较高。过滤器的火用效率较低是因为海水经过过滤器时存在压力降，火用值减小，过滤器的火用损率在整个能量系统中占较小；可清楚地看出，反渗透膜组件的火用效率为7462%，反渗透膜组件的火用损率是6897%，如图反渗透膜的火用损失占整个系统火用损失的绝大部分，很大一部分能量由于摩擦损失掉了。

4结语

本文以实际的反渗透海水淡化系统工况参数，作为系统火用分析的基础，具有真实可靠的研究价值。通过反渗透海水淡化系统火用分析可以得到系统的火用损失最大的部位是反渗透膜，因此反渗透海水淡化系统的优化重点应该为反渗透膜组件，利用高效的反渗透膜可以大大降低能耗。随着反渗透膜技术的进步，将大力推动反渗透海水淡化产业的发展，有效缓解日益严峻的淡水危机。

参考文献：

[1] 高从堦，陈国华海水淡化技术与技术手册[M]北京：化学工业出版社，2004

[2] 王崇武反渗透海水淡化系统能量分析及优化[D]天津：天津大学，2006

[3] 舒礼伟，陈林根，孔丰瑞不可逆反渗透分离过程的性能分析[J]热能动力工程，2010（11）

[4] Yunus CerciExergy analysis of a reversis desalination plant in California[J]，Desalination，2002（142）：257～266

[5] MSorin，SJedrzejak，CBouchardOn maximum power of reverse osmosis separation process[J]，Desalination，2006（190）：212～220

[6] 张葆宗反渗透水处理应用技术[M]北京：中国电力出版社，2004

[7] 邹永久，张跃文，孙培廷，等船舶柴油机系统火用分析模型建立及计算[J]大连海事大学学报，2013（6）

[8] 傅秦生能量系统的热力学分析方法[M]西安：西安交通大学出版社，2005

Abstract：Based on the method of exergy analysis，this article analyzes the exergy efficiency and exergy loss of all equipments in the reverse osmosis desalination system，and combines with the actual case calculationThe results show：the exergy loss rate of membrane module in the system is maximum，and the exergy efficiency is lower，so the membrane module is the key factorof the energy efficiency level of reverse osmosis desalination system；high pressure pump is themajor energy-using equipment in the reverse osmosis desalination system，and the key to decrease the cost of water reverse osmosis desalination system is to improve the membrane performance and reduce the cost of the high pressure water

Key words：reverse osmosis；desalination；exergy analysisendprint

摘要：基于火用分析方法对反渗透海水淡化系统中各设备的火用效率和火用损失进行了分析，并结合实际案例进行了计算。结果表明：系统中膜组件火用损率最大，火用效率较低，是影响反渗透海水淡化系统能效水平提高的关键因素，高压泵是反渗透海水淡化系统主要的用能设备，降低反渗透海水淡化制水成本的关键是改善膜性能和降低制备高压海水的成本。

关键词：反渗透；海水淡化；火用分析

中图分类号：F7475文献标识码：A文章编号：16749944（2014）03026703

1引言

水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源[1]。海水淡化是解决世界水资源危机的重要途径之一。目前世界上发展最快、应用最广的海水淡化技术有蒸馏法、反渗透法两种。反渗透海水淡化技术由于其设备投资省、能量消耗低、建造周期短等诸多优点，近10年来发展速度很快，未来将成为海水淡化的主导技术。王崇武采用陶氏反渗透设计软件ROSA 61对优化结果进行验证，为反渗透海水淡化系统的设计与工艺提供了理论基础[2]。陈林根通过有限时间热力学分析方法分析了不可逆反渗透分离过程，研究表明，反渗透过程火用效率与膜的纯水回收率有关[3]。Yunus Cerci采用基于热力学第二定律的火用分析方法分析了一个实际的苦咸水反渗透淡化系统，并对系统进行了综合评价[4]。本文结合案例计算分析反渗透海水淡化过程，不仅揭示外部有效能的损失，还揭示了内部不可逆因素造成的有效能损失，同时也可以准确揭示系统或设备单元中火用损失最薄弱的环节，为改进设备和节约能源提供良好的对策。

2火用简介

根据热力学第二定律，把在周围环境条件下任意形式的能量中理论上能够转变为有用功的那部分能量称为该能量的火用[1]。在反渗透海水淡化系统中用到的火用有海水的压力火用与化学火用两种。火用分析法弥补了热力学第一定律单纯以能量的“数量”关系来分析过程和循环的不足，从而能够进行各过程和循环的热

系统中供水泵、高压泵、增压泵、能量回收装置的火用效率都比较高，均在80%以上，因为供水泵、高压泵、增压泵设备均是由高品质的电能来驱动泵，高品质的电能转化为低品质的海水压能，有用能利用率高；而能量回收装置是由较高的压力能转化为低的压力能，过程简洁，能量损失小，效率较高。过滤器的火用效率较低是因为海水经过过滤器时存在压力降，火用值减小，过滤器的火用损率在整个能量系统中占较小；可清楚地看出，反渗透膜组件的火用效率为7462%，反渗透膜组件的火用损率是6897%，如图反渗透膜的火用损失占整个系统火用损失的绝大部分，很大一部分能量由于摩擦损失掉了。

4结语

本文以实际的反渗透海水淡化系统工况参数，作为系统火用分析的基础，具有真实可靠的研究价值。通过反渗透海水淡化系统火用分析可以得到系统的火用损失最大的部位是反渗透膜，因此反渗透海水淡化系统的优化重点应该为反渗透膜组件，利用高效的反渗透膜可以大大降低能耗。随着反渗透膜技术的进步，将大力推动反渗透海水淡化产业的发展，有效缓解日益严峻的淡水危机。

参考文献：

[1] 高从堦，陈国华海水淡化技术与技术手册[M]北京：化学工业出版社，2004

[2] 王崇武反渗透海水淡化系统能量分析及优化[D]天津：天津大学，2006

[3] 舒礼伟，陈林根，孔丰瑞不可逆反渗透分离过程的性能分析[J]热能动力工程，2010（11）

[4] Yunus CerciExergy analysis of a reversis desalination plant in California[J]，Desalination，2002（142）：257～266

[5] MSorin，SJedrzejak，CBouchardOn maximum power of reverse osmosis separation process[J]，Desalination，2006（190）：212～220

[6] 张葆宗反渗透水处理应用技术[M]北京：中国电力出版社，2004

[7] 邹永久，张跃文，孙培廷，等船舶柴油机系统火用分析模型建立及计算[J]大连海事大学学报，2013（6）

[8] 傅秦生能量系统的热力学分析方法[M]西安：西安交通大学出版社，2005

Abstract：Based on the method of exergy analysis，this article analyzes the exergy efficiency and exergy loss of all equipments in the reverse osmosis desalination system，and combines with the actual case calculationThe results show：the exergy loss rate of membrane module in the system is maximum，and the exergy efficiency is lower，so the membrane module is the key factorof the energy efficiency level of reverse osmosis desalination system；high pressure pump is themajor energy-using equipment in the reverse osmosis desalination system，and the key to decrease the cost of water reverse osmosis desalination system is to improve the membrane performance and reduce the cost of the high pressure water

Key words：reverse osmosis；desalination；exergy analysisendprint