全流程卷式反渗透海水淡化系统操作优化

在对反渗透海水淡化系统流程和实际应用分析的基础上,提出了一种旨在降低总体操作费用的全流程反渗透海水淡化系统优化方法。首先根据系统变参数特点并充分利用蓄水池的缓冲能力,建立了反渗透过程机理模型、蓄水池动态过程模型以及变参数方程模型,实现了整个流程的方程描述。然后根据工艺流程和操作过程费用组成情况建立了总的操作费用模型,得到了全流程单位产水费用指标。在此基础上建立了以总体操作费用最低为目标、以开放方程描述的各模型方程为约束、以设备和产品质量限制为边界的优化命题,采用联立求解技术将该微分代数方程组成的优化（DAOP）问题转化为NLP问题后进行求解。最后对某海水淡化系统进行了实例研究。优化求解结果不仅表明本优化方法可以大幅降低实际操作费用,而且通过求解还可得到各种变参数条件下最优操作费用组成,以及实现费用最低的最优操作压力和流量变化曲线。本研究对优化海水淡化系统操作、降低总体操作费用具有重要意义。     

卷式反渗透海水淡化系统膜清洗与更换策略优化

膜污染是导致反渗透海水淡化(seawater reverse osmosis,SWRO)系统操作成本增加和产水性能下降的重要因素。为了降低系统运行操作成本,本文针对卷式SWRO系统提出了一种新的膜清洗与更换策略优化方法。首先,根据反渗透和膜污染过程机理建立了膜污染情况下的SWRO系统性能模型;然后将生产过程中的总操作费用与膜清洗和更换规划联系起来,建立了以系统日均操作费用最低为目标、以膜清洗次数、膜清洗和更换时间等为寻优变量、以开放式方程模型为约束的优化命题,并通过联立求解等技术使得原本复杂的优化命题可快速方便地求解;在此基础上对SWRO系统进行了实例研究和分析。优化求解结果表明:(1)本优化策略可以大幅降低系统操作费用,并同时获得最佳膜清洗和更换时间以及膜清洗次数;(2)进料海水温度对最优膜清洗和更换策略影响很大,固定周期的膜更换策略并不合适。另外本优化方法还可得到不同条件下最优操作费用组成、以及最优目标下最优操作压力和操作流量曲线等信息,对优化SWRO系统运行和深入分析系统内部状态变化具有重要意义。     

热膜耦合海水淡化系统的优化设计

采用混合节点和分配节点的概念,建立了多级闪蒸(MSF)和反渗透(RO)海水淡化集成系统的超结构模型,以年度总费用最小为目标,引入产水比的概念,并将该参数作为集成系统的一个优化变量,采用改进的遗传算法进行求解,获得了集成系统的最优结构及相应的操作条件。实例结果表明:集成海水淡化系统的淡水成本比独立运行的RO和MSF低,产水比为0.45时集成系统的费用最小,流程结构为MSF-RO。     

考虑不同水质输入的水电联产优化设计

结合已有的反渗透/多级闪蒸混产系统和发电-多级闪蒸联产系统,设计了一个新的包括热力发电系统、反渗透海水淡化系统和多级闪蒸海水淡化系统的水电联产超结构,对以不同盐度苦咸水、海水为原水的水电联产系统进行了优化设计,通过求解系统以年费用最小为目标函数的非线性数学模型,得到不同盐度下联产系统优化的生产结构. 结果表明,在低盐度(≤25000 mg/L)下采用冷凝式发电和一级反渗透产水,高盐度下采用抽汽冷凝式发电和热膜混合产水,可降低联产系统的年费用,获得较低成本的淡化水. 在本工作所定的生产规模下,优化联产方案的年费用可降低23%~36%.     

卷式膜元件反渗透脱硼海水淡化系统多目标优化研究

对卷式膜元件反渗透脱硼海水淡化网络系统进行多目标优化。采用不可逆热力学模型描述盐和硼的跨膜传质过程,加入系统流量约束保障反渗透系统安全运行。采用增强型ε-约束算法对多目标优化问题进行求解,引入模糊决策法在Pareto非劣解中筛选优化折中解。对于特定的装置参数,优化方案均采用二级反渗透系统,反渗透方案的成本在0.72～0.97$/m~3、能耗在3.09～3.96 k W h/m~3。随着成本的降低,系统回收率呈增加趋势,一级反渗透的压力容器个数逐渐降低,操作压力和压力容器内产水通量逐渐增加,而二级反渗透上述参数变化不大,进水p H保持在10.4~11.0以保证系统脱硼率。通过成本构成分析可知,将第1级反渗透平均通量控制在14.0 L/(m~3·h)时在经济与能耗上较为均衡。     

反渗透海水淡化系统的优化设计

对反渗透海水淡化过程的设计进行了研究。首先对过程的每个单元给出了单元操作模型和相关的经济模型。通过一定的变量将这些模型相互关联,组成系统模型。系统模型主要考虑了一级流程和二级流程。将年费用最小定为目标函数,并满足过程热力学、设备选型、设计要求等约束。系统的设计问题可表达为一个混合整数非线性规划(MINLP)。当产品水的设计要求不同,给水浓度不同时,采用本文的设计方法分别得出了不同的最优设计方案。这个方法可用于海水、苦咸水淡化的工程设计,也可用于高浓度含盐废水的脱盐工艺设计。     

反渗透和压力延迟渗透耦合脱盐系统的能效优化研究

针对开环和闭环两类结构的反渗透-压力延迟渗透耦合脱盐系统进行了模型构建与系统优化分析。首先，以标准化比能耗为目标函数，构建了开环结构和闭环结构耦合系统的非线性约束优化模型。在优化模型中，引入包括半透膜性能、操作状态及设计变量的无量纲参数组，建立反渗透和压力延迟渗透单元过程的特征方程以简化模型。同时，为了保证比较的公平性，开环结构的总体能耗中额外包含了预处理和后处理能耗。通过求解上述优化模型，系统地比较和分析了无量纲半透膜总面积和水回收率同时变化导致的最优标准化比能耗、膜面积分配和操作压力的变化规律。结果表明，在水回收率处于正常水平(≤ 0.55)且系统总面积充足(≥0.9)时，闭环结构在节能及减少预处理费用方面比开环结构具有更明显优势。     

海水淡化反渗透系统的系列化研究

我国反渗透海水淡化(SWRO)工程中工艺、设备等方面存在的一些问题影响了海水淡化制水成本。反渗透系统的系列化研究,不仅可以降低海水淡化成本,还可以为海水淡化技术研发和应用提供技术依据。本文详细介绍了对产水量为5~500m3.d-1的典型反渗透系统的工艺、节能技术和可靠性的研究,并形成了系列化产品的设计。通过此研究,优化了系统工艺,降低了系统能耗,为系统的安装制造提供了有力保证。     

基于孤岛生态环境的供水方案设计及优化

为解决海岛的缺水问题,设计了一种利用新能源发电来驱动海水淡化的方案,并建立了新能源发电系统的数学模型和优化模型。优化模型以最小发电成本为优化目标,失负荷率和蓄电池的荷电状态为约束条件,光伏电池的功率、风力发电机的数量、蓄电池的容量等为优化变量,对方案的经济指标和技术指标进行优化。选取实例进一步设计说明,实例中利用Homer软件分别模拟优化独立风能发电系统、独立光伏发电系统和风光混合发电系统,求解优化方案。通过对优化方案分析,计算出海水淡化装置每月的日均产水量。新能源与反渗透海水淡化装置耦合,具有经济性、环保性和独立性。     

不同流程下低温多效海水淡化系统热力性能研究

建立了串联无预热、串联预热、并联无预热、并联预热4种流程下的低温多效海水淡化系统数学模型,并利用MATLAB语言编制程序进行了求解,比较了不同流程对系统热力性能的影响。计算结果表明：当海水淡化系统为6效,在其他参数相同的情况下,与无预热流程相比,预热流程所需的加热蒸汽量较少,造水比较大,传热总面积较小,冷却海水量小。与串联流程相比,并联流程所需的加热蒸汽量较少,造水比较大,传热总面积较小,冷却海水量小。综合结果是并联预热流程的热力性能最优。     

海水反渗透淡化技术的分析与探讨

反渗透海水淡化技术是一种高效、节能、先进的液体分离技术.论述了目前国内外海水反渗透淡化技术的应用现状,着重介绍了反渗透膜材料及特点、膜污染及清洗、典型的海水反渗透淡化流程,探讨了反渗透海水淡化技术目前存在的问题及未来发展趋势.     

液化天然气深冷-膜蒸馏海水淡化系统集成与分析

提出了一种PRICO天然气液化-膜蒸馏（MD）海水淡化系统集成方法,利用PRICO过程压缩机出口的余热驱动MD海水淡化。采用Aspen Plus和GAMS建立了集成系统的数学模型,综合考虑系统的结构、物流物性、设备规模、操作参数等系统设计问题,分析不同设计下系统的投资、能耗、运行费用以及MD单位产水成本。模型应用于一个处理量为1 kmol/s的PRICO天然气液化系统与MD集成的案例研究。计算结果表明,单位产水成本最小时,系统产水成本为1.98 USD/m³,淡水产量为5.78 m³/h,与反渗透等海水淡化技术相比,MD在经济性方面具有较强的竞争力。     

膜法海水淡化系统在华能威海电厂的应用

随着我国水资源的日益匮乏,海水淡化技术不断应用于工业中。华能威海电厂三期海水淡化系统设备为笔者所在公司提供,海水作为该厂锅炉补给水水源,采用了超滤(UF)-海水反渗透(SWRO)-一级反渗透-二级反渗透-电去离子技术(EDI)全膜法制备。其中能量回收作为海水淡化系统的重要部分,本文将介绍几种常用的能量回收装置,并详细介绍膜法海水淡化系统在该厂中的应用。     

反渗透和压力延迟渗透耦合脱盐系统的能效优化研究

针对开环和闭环两类结构的反渗透-压力延迟渗透耦合脱盐系统进行了模型构建与系统优化分析。首先,以标准化比能耗为目标函数,构建了开环结构和闭环结构耦合系统的非线性约束优化模型。在优化模型中,引入包括半透膜性能、操作状态及设计变量的无量纲参数组,建立反渗透和压力延迟渗透单元过程的特征方程以简化模型。同时,为了保证比较的公平性,开环结构的总体能耗中额外包含了预处理和后处理能耗。通过求解上述优化模型,系统地比较和分析了无量纲半透膜总面积和水回收率同时变化导致的最优标准化比能耗、膜面积分配和操作压力的变化规律。结果表明,在水回收率处于正常水平(≤0.55)且系统总面积充足(≥0.9)时,闭环结构在节能及减少预处理费用方面比开环结构具有更明显优势。     

反渗透海水淡化系统中的能量回收

反渗透海水淡化中的能量回收问题一直是研究的热点。本文介绍了能量回收技术的发展、不同技术在操作和设计上的差异，重点说明了能量回收装置在反渗透海水淡化降低能耗的重要作用，能量回收技术的不断进步使得反渗透海水淡化应用日益广泛。     

反渗透海水淡化系统中膜组件的清洗策略

反渗透海水淡化法中膜组件的定期清洗是防治膜污染的主要措施之一.膜清洗可将膜表面的污染物去除,达到恢复透水量的目的.在保证产水量的情况下,选择恰当的清洗策略和清洗时机可使清洗次数最合理,清洗费用最低.以规划期内总操作费用最小为目标,提出了新的污染模型,给出了清洗的判据,将清洗策略问题表达为一个混合整数非线性规划（MINLP）.对一个实例进行计算,给出了该例中的反渗透系统在5年规划期内的最优清洗策略和清洗时机.结果证明这种数学规划方法对于寿命为3～5年的膜组件的清洗维护是有效的.     

基于元模型的过程系统优化

应用均匀实验设计和支持向量机方法构建复杂过程系统的经验模型(元模型),并将其作为适应度函数与遗传算法结合,建立了该系统的优化方法. 该方法只需采用少量仿真模型计算数据便可建立复杂过程系统的元模型,可显著降低复杂过程系统模型的计算过程,便于复杂过程系统的优化. 将该方法用于普光高含硫天然气净化装置全流程操作参数优化,在操作参数优化空间内均匀选取10个实验点,建立了净化装置全流程元模型,其预测值的相对误差小于4%. 优化结果表明,在优化操作点,净化装置有效能效率提高了6.6%.     

考虑水需求的水电联产海水淡化系统的优化设计

水电联产不仅能缓解淡水资源不足的问题,而且可有效降低能耗和淡化成本。建立了水电联产系统数学模型,将优化设计描述为一个混合整数非线性规划(MINLP)问题,并采用混合编码的遗传算法进行求解,结果表明,以水定电模式下水电联产系统最优操作模式为发电、多级闪蒸(MSF)和反渗透(RO)三者的集成,且MSF和RO的产水比存在最优值,发电采用背压式蒸汽轮机。随着淡水需求量的增加,联产系统的淡水成本逐渐降低,MSF与RO的产水比呈现出逐渐降低的趋势。     

反渗透海水淡化高压泵的优化选择

针对反渗透海水淡化高压泵的能耗状况,通过对不同类型泵的特性分析,合理选择不同规模下反渗透海水淡化用高压泵泵型,给出了提高中小规模反渗透海水淡化用高压泵效率、降低能耗的设计选型方法,为提高反渗透海水淡化高压泵效率、降低能耗提供了理论指导.     

变负荷反渗透海水淡化技术研究

为适应风电、太阳能等新能源的波动性,设计了可变负荷的反渗透(RO)海水淡化装置,用电动阀替代常规浓水调节阀,变频器控制高压泵电机,通过PLC控制变频器的输出频率和电动阀的开度使RO海水淡化的功率可调;利用溶解扩散模型分析了变负荷海水淡化的特性,并通过试验验证了相关结论。在维持膜壳内压力稳定的工况下,低功率运行时可以增加系统回收率,降低单位产水能耗,可以降低运行成本。