海水淡化装置和辅锅炉装置

山东交通学院吴硕 第四篇海水淡化装置和辅锅炉装置第十一章船舶海水淡化装置 第一节船用蒸馏式海水淡化装置的原理及工作分析 第二节船用海水淡化装置实例及其管理 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 船舶每天都需要消耗相当敷量的淡水 以满足船员 旅客和动力装置的需要 一般称为淡水的含盐量在1000mg L以下 远洋船舶为增加载货吨位 不宜携带过多淡水 一般都设有海水淡化装置 俗称造水机 以减少向港口购买淡水的费用 并增强船舶的续航能力 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 海水是一种含有80多种盐类的水溶液 其中含量超过1mg L者有11种 海水含盐量与所在海区的地质 降雨量 入海河流流量和海水蒸发量等有关 大洋中海水平均含盐量约为35g L 某些离河口近 蒸发量小的内海 如波罗的海含盐量仅为2 6 7g L 黑海含盐量17 18 5g L 而某些蒸发量大的内海 如红海 地中梅 含盐量可高达40g L以上 海水的含盐量 不同海域的海水含盐量虽然不同 但各种主要盐类所占比例却基本不变 当海水含盐量为35g L时 各种盐类的含盐量如表14 1所示 其中含量最多的是NaCl和MgCL2 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 船上淡水主要用作柴油主机冷却水 锅炉补给水 洗涤和饮用水等 柴油机冷却水只要是淡水即可 洗涤水一般要求氯离子浓度不大于200mg L Cl 硬度不大于7毫克当量 升 饮用水必须不含有害健康的杂质 病菌和异味 含盐量不大于500 1000mg L 氯离子浓度不大于250 500mg L Cl pH值为6 5 8 5 造水机生产的蒸馏水所含矿物质太少 也不能杀灭病苗 故作为饮用水时应经过矿化和杀菌处理 对锅炉补给水的水质要求最高 一般船用海水淡化装置对所产淡水含盐量的要求皆以锅炉补给水标准为依据 我国船用锅炉给水标准规定补给蒸馏水的含盐量应小于10mg L NaCl 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 船舶对淡水的需求量是 生活用水每人约150 250L d 动力装置用水以主机功率计 柴油机船每千瓦约需0 2 0 3L d 汽轮机船每千瓦约儒0 5 1 4L d 辅锅炉的补水量可按蒸发量的1 5 估计 中 高压锅炉按蒸发量的1 3 计 造水量一般主机功率为7500kW左右的柴油机货轮 造水机容量大多不超过20 25m3 d 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 海水淡化的方法 蒸馏法电渗析法反渗透法冷冻法船用海水淡化绝大多数采用蒸馏法 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 蒸馏法 蒸馏法蒸馏法虽然是一种古老的方法 但由于技术不断地改进与发展 该法至今仍占统治地位 蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程 其原理如同海水受热蒸发形成云 云在一定条件下遇冷形成雨 而雨是不带咸味的 根据设备蒸馏法可分为 真空蒸馏式 蒸汽压缩蒸馏法 多级闪急蒸馏法等 此外 以上方法的组合也日益受到重视 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 电渗析法 电渗析法亦称换膜电渗析法 该法的技术关键是新型离子交换膜的研制 离子交换膜是0 5 1 0mm厚度的功能性膜片 按其选择透过性区分为正离子交换膜 阳膜 与负离子交换膜 阴膜 电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列 组成多个相互独立的隔室海水被淡化 而相邻隔室海水浓缩 淡水与浓缩水得以分离 电渗析法不仅可以淡化海水 也可以作为水质处理的手段 为污水再利用作出贡献 此外 这种方法也越来越多地应用于化工 医药 食品等行业的浓缩 分离与提纯 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 反渗透法 RO 反渗透法又称超过滤法 该法是利用只允许溶剂透过 不允许溶质透过的半透膜 将海水与淡水分隔开的 在通常情况下 淡水通过半透膜扩散到海水一侧 从而使海水一侧的液面逐渐升高 直至一定的高度才停止 这个过程为渗透 此时 海水一侧高出的水柱静压称为渗透压 如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压 那么海水中的纯水将反渗透到淡水中 反渗透法的最大优点是节能 它的能耗仅为电渗析法的1 2 蒸馏法的1 40 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 反渗透法 RO 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 冷冻法 是根据一定浓度范围的盐溶液 在其降温至冰点时 就会析出水冰冰晶来实现海水淡化 因此 只要取出冰晶 用淡水洗去晶体表面及其间隙之内的残留海水 然后将其融化 则可获得淡水 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 一般采用真空式海水的蒸发和水蒸气的冷凝都在高真空度下进行 真空度高则水沸点低 可用动力装置废热 海水淡化装置真空度皆大于80 沸点不高于60 利用柴油机的缸套冷却水作加热介质 以海水作冷却介质使产生的蒸汽冷凝 较低的加热温度使换热面上结垢减少和便于清除 真空蒸馏式海水淡化装置分为两种 沸腾式闪发式 两者的主要区别是后者海水是在单独的加热器里被加热 然后再喷人真空容器内 闪发 成气 闪发式装置虽有结垢少的优点 但经济性不如沸腾式 船上已基本不用 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 蒸馏器1的下部是竖管式蒸发器海水泵2排水一部分经给水调节阀3供入在竖管内向上流过加热介质竖管外流过对海水加热竖管内海水汽化蒸汽流出竖管绕过汽水分离器从冷凝器上部进入 真空沸腾式海水淡化原理 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 加热工质通常是主机缸套冷却水 蒸发出的蒸汽称二次蒸汽 水位稳定条件 W0 W WB 给水倍率 W0 W 真空沸腾式海水淡化原理 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 真空闪发式海水淡化装置 使用较少 1 不同点 沸腾式在真空条件下加热和汽化 而闪发式在压力下加热 在真空下汽化 2 闪发式经济性差 二次蒸汽夹带盐水多 为保证含盐量 给水倍率大 消耗热量多 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 真空泵 排盐泵采用喷射泵 冷却水来自主海水泵 不单独设冷却水泵 一些基本问题 凝水泵一般采用离心泵 空气抽出口设在冷凝器中部 不合格产水泄放到舱底或回流到蒸发器 同时报警 泄水阀和真空破坏阀在停用时开启 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 对造水机的主要要求 造水量 含盐量 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 造水量低的原因 影响造水量的主要因素是真空度 或使用日久使传热性能变差 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 真空度的建立和保持 真空度靠真空泵 喷射泵 建立和保持 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 壳管式冷凝器 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 壳管式冷凝器 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 保持足够真空度的条件 1 有足以与蒸发量相应的冷凝能力 2 真空泵应具有足够抽气能力 3 蒸馏装置要有良好的气密性 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 问题 1 真空度不足 可能是 A 冷却水温低B 凝水泵流量大 C 加热水流量大D 给水倍率大 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 1 海水的沸点 S W BoilingPoint 沸点高 盐的溶解度小水垢越多 水垢成分变化 75oC氢氧化镁增加 82oC主要是氢氧化镁 硫酸钙增加 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 盐水含盐量越大 难溶盐的含量就越大 生成的水垢就越多 硫酸钙在浓缩率达到1 5时开始析出 达到3将大量析出 2 盐水的含盐量 浓缩率 盐水含盐量 海水含盐量 盐水含盐量由给水倍率控制 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 浓缩率 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 3 传热温差 传热温差大 加热面附近的海水会因汽化而浓缩 1 5 严重 使结垢量增加 易生成Mg OH 2和CaSO4水垢 使用蒸汽加热时 一般用蒸汽加热淡水 再用淡水作为造水机加热介质 以控制温度 不用蒸汽直接加热 温差大 主要是为避免结垢快 生成硬垢 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 淡水含盐的原因 二次蒸汽中携带盐水 含盐的水珠进入冷凝器或冷凝器漏泄 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 淡水含盐量高的原因和处理措施 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 问题 1 控制含盐量主要调节 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 山东交通学院吴硕 山东交通学院吴硕 一 带竖管蒸发器的真空沸腾式海水淡化装置 1 装置的组成和工作 2 装置的启用 4 运行中的管理 3 装置的停用 5 装置的维护保养 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 1 装置的组成和工作 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 盐度计的读数单位是mg lNaCl或ppm 反映凝水导电性的毫安或毫伏值 盐度计面板上设蜂鸣器开关 实验按钮 盐度指示表 电源灯等 有的设温度修正旋钮 在凝水温度改变时调节 不设回流电磁阀开关 温度表等 盐度传感器是一对测量电极 每一个月应拆洗一次 用热淡水浸泡 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 调定报警值的方法 切断电源和蜂鸣器开关 拆下面板 按住警报值显示按钮 调节报警电位计至显示要求的数值 含盐量范围0 19 9ppm 超过19 9ppm显示1ppm 按下试验按钮显示5 0 5ppm 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 二次蒸气经分离挡板 汽水分离器进入壳管式冷凝器 真空破坏阀接头 真空表接头 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 启用 停止 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 2 装置的启用 1 引入冷凝器冷却水 引入蒸发器加热水 对冷凝器和蒸发器放气 24 25流出水 2 开阀 启动海水泵 供水至两个喷射泵 达到真空度 开调节阀15供水至蒸发器 3 关主机淡水冷却器旁通阀2 使热水流经蒸发器 4 产汽后 关小冷却海水旁通阀8 保持真空度 5 所产淡水达到水位计半高时 启动凝水泵 开其排出阀30 接通盐度计 系统图 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 启用时的几个主要步骤 系统图 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 3 装置的停用 1 开蒸发器旁通阀2 关蒸发器进 出口阀28 停止加热 2 关凝水泵排出阀30 停凝水泵 3 关给水截止阀 停海水泵10 4 开冷凝器旁通阀8 关冷凝器进 出口阀27 5 开真空破坏阀23 开蒸发器泄水阀33 系统图 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 停用时的几个主要步骤 系统图 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 5 运行中的管理 1 给水流量和蒸发器水位的控制 2 凝水泵流量和凝水水位的控制 3 冷却水流量和真空度的控制 4 加热水流量和产水量的控制 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 1 给水倍率的控制调节给水管路上的调节阀15 使给水流量保证给水倍率u为3 4为宜 给水倍率合适且排盐泵工作正常时 蒸发器内部水位应比上管板稍高 给水倍率太大 也有可能使盐水水位太高 会使产水含盐量增大 给水倍率太大 产水量减小 给水倍率太小 结垢量增加 盐水水位太低 产水量减小 盐水水位太高 产水含盐量增加 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 2 凝水水位的控制冷凝器凝水水位一般维持在水位计的1 2 1 3高度 凝水水位取决于冷凝器单位时间的凝水量和凝水泵的流量 当二者相等时水位也就稳定 运行中凝水水位如不合适 可通过适当调节凝水泵出口阀30的开度来调节凝水泵的流量 凝水水位太高 减少换热能力 凝水水位太低 凝水泵可能会气蚀甚至失吸 凝水泵不允许在无水的情况下运转 否则轴封会烧坏 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 3 真空度的控制船用真空沸腾式淡化装置的蒸发温度常控制在35 45 范围内 相应真空度为94 一90 但现在也有的蒸馏装置将蒸发温度定为45 60 相应真空度为90 80 装置的真空度是通过调节冷凝器的冷却水流量来控制的 一般冷却海水流量控制在冷却海水温升为5 6 左右 真空度太低 海水沸点升高 会使结垢加剧 产水量减少 而真空度太高 则沸腾过于剧烈 又会使所产淡水的含盐量增加 真空度太低 海水沸点升高 结垢加剧 产水量降低 真空度太高 沸腾剧烈 淡水含盐量增加 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 4 产水量的控制装置的产水量主要靠调节进入造水机的加热淡水的流量来控制 如果关小旁通阀2 增大加热水的流量 则加热淡水流经蒸发器的温降减小 平均温度升高 产水量提高 反之 则淡水产量降低 通常 加热淡水流经蒸发器的温降约为6 9 海水温度高 加大冷却水流量以保持足够的真空度 海水温度低 减小冷却水流量或稍开真空破坏阀 真空沸腾式海水淡化装置只要真空度稳定 产水量 给水量 蒸发器水位和凝水水位不必经常调节 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 6 装置的维护保养 山东交通学院吴硕 第十一章船舶海水淡化装置 a 漏气及其防止 为检测装置的密封性 将蒸馏器通外界的各阀关闭 启用喷射泵抽至工作真空度 如1h内真空度下降不超过10 表明密封性合格 应进行检漏 固定部件结合处的漏泄 可采用涂油漆