渔船尾气余热淡化海水的实用装置

1、渔船尾气余热淡化海水的实用装置（武汉职业技术学院，武汉 430074） 摘要 在分析了各种船用海水淡化技术的特点和渔船的性能要求之后，本文着重介绍了一种渔船用烟管式沸腾蒸馏海水淡化装置，在船机接口、强化传热、防垢等方面的解决方案。 关键词 渔船尾气 海水淡化 船载装置 解决方案海水淡化是解决渔船淡水供应问题的根本措施。以发动机尾气作为加热介质而淡化海水，是实现这一目的最理想的途径。笔者在作了大量实地考察和试验后，开发了一种利用渔船尾气余热淡化海水的实用装置，装船运行一年多来，工作性能稳定，收到了预期效果。 1船用海水淡化技术分析 船用海水淡化技术的产业化发展始于20世纪50年代，至今己形成了蒸

2、馏法、电渗析法和反渗透法等技术 1。从目前市场占有率来看，蒸馏和反渗透是主要型式2。反渗透海水淡化装置能耗较少，近来装船量增长较快。存在的主要问题是对原质水预处理要求严格，对于在污染严重的近海作业的渔船来说，装置的使用寿命和出水品质都不甚理想，多数情况下出水不适宜饮用。在出海船只中，蒸馏法海水淡化装置是主导产品，而且类型也比较多，既有多级闪发、沸腾蒸馏和压气蒸馏之分，也有管式、板式之分。多级闪发技术现已比较成熟，其热源主要是锅炉蒸汽。压气蒸馏法需要有附加的蒸汽压缩装置，适用于供汽不便、没有低品位热量可用的场合。沸腾蒸馏法具有其他方法不可比拟的特点，如设备简单可靠、原水不需要预处理、出水品质较高

3、等3。其中的板式蒸馏法虽然蒸发效率高，但板间流体通道容易被固体颗粒沉积所堵塞，不适用于尾气直接加热的蒸馏装置。 利用船舶废热蒸馏海水的热源有两种，分别是发动机缸套冷却水和尾气余热。发动机缸套冷却水温度在700C左右，适合在真空条件下进行低温蒸发。但现有装置产水量小、工效不稳定，目前装船数量比较少。发动机尾气热含量约占燃料总热值的34%，温度在400 左右，是海水沸腾蒸馏可资利用的热源。最简单、有效的方法，是在排气通道上安装余热锅炉来蒸馏淡化海水。但常规的烟道式锅炉有其不可忽视的缺点，如体积大、压降大、传热系数小、启动慢等4。近年来开发的热管式余热蒸汽锅炉，具有换热效率高，启动迅速等特点，已在某

4、些类型的船舶上使用。但具有热超导特性的热管，生产直径一般比较小，因而产水量也比较小。与400匹马力发动机配套的热管式余热锅炉，蒸汽产量仅40 kgh左右5。另外，置于锅筒内的热管，内外表面容易结垢，垢一旦形成，就极难去除。 基于以上分析，本文所介绍的海水淡化装置，采用烟管式单效沸腾蒸馏法。为了满足渔船船载要求，在强化传热、防垢以及船机接口设计等方面，采取了有针对性的解决措施。 2渔船尾气余热海水淡化装置的性能要求 21 良好的船机接口 无淡水自给设施的既有渔船，是尾气余热海水淡化装置开发的主要市场。船机接口设计与渔船构造特征相匹配，是装置顺利装船的前提。渔船空间狭窄、排气管竖直安装、装备有三台

5、发动机轮换工作等特点，都是装置设计的约束条件。例如，狭窄的空间使传热面积的增大受到限制，要提高产水量，就必须采取强化传热措施。 22 有效的防垢 结垢是影响海水淡化效率的主要因素之一。海水中的某些物质与温度成反相关系，如CaSO4，温度超过950C就会从水中析出，形成坚实的垢层而粘附在器件表面，导致热传递效率降低。另外，尾气中的固体颗粒沉积，也会形成垢层。 23 足够的产水量 渔船海水淡化装置的淡水产量，要足够维持810名船员的生活需要。 24 抗振性 在有锐角或直角过渡的管道中，海上船只的剧烈摇晃所产生的振动，使尾气的动态性能处于不稳定状态，直接影响传热效率。比如，陆基蒸馏设备中最普遍应用的

6、弓形折流板换热器，在船载振动状态下，几乎失去效用。因此，换热器必须具有抗振性。 25 低流阻与压降 尾气在管道中的流阻与压降过大，将使发动机因负荷增大而性能降低，甚至引发故障。 3符合船载要求的解决方案 31 船机接口方案 装置的结构如图1所示。箱体内的柱形换热器竖直安装，既减小了横向尺寸，又能减少因尾气横向流动而带来的流阻与压降。三个尾气接口分别与三台发动机的排气管相连接，尾气出口则与原有管道相连。尾气通过加热器壳侧对海水进行加热蒸馏，被蒸发的水蒸汽通过出口到达冷凝器，在冷凝的过程中对原料水进行预加热，预热温度可以达到800以上。由于发动机舱的空间限制，装置固定在顶层甲板上。 32 连续型螺

7、旋折流板换热器 如图2所示，换热器内安装了具有理想螺旋曲面的连续型螺旋折流板。尾气在换热器内以螺旋流的方式连续冲刷壳侧，形成径向连续的速度梯度和径向湍流，既提高了传热工效，又降低了流阻。由于连续的螺旋流动，对于固体颗粒含量高的尾气，可有效减少颗粒沉积；在船体剧烈摇晃时，尾气的流动状态仍能保持稳定。相比于弓形折流板换热器，在相同工况下，压降可减少50左右，而总传热系数可提高3040。在相同热负荷下，可大大减小换热器尺寸。 加工难度是连续型螺旋折流板推广应用的最大障碍。笔者经过反复试验，成功地摸索出了这样一套解决方案:在一个导程内，折流板由两片螺旋板对接而成；每片螺旋板由二分之一椭圆形坯料在专用胎

8、具上，经过钣金加工与机加工而成型（胎具模板的螺旋面在数控铣床上加工）；多片螺旋板连续对接后，就构成了一个完整的螺旋型折流板；经过表面修整后，与壳体焊接总成。 33 可更换的防垢板 目前采用的防垢办法有三种，分别是机械除垢、化学除垢和更换零部件法。机械除垢一般是借助外力强制去除垢层，在操作过程中容易损伤器件表面；化学除垢所采用的阻垢剂，必然会影响出水品质；在保证操作简单、低成本的情况下，更换零部件法是一种比较可靠的方法。在本文所介绍的装置，采用更换防垢板的方法对换热器外表面进行防垢。如图3所示，防垢板由两片对开的半圆形薄钢板构成，用两个箍紧圈将防垢板箍紧在换热器圆柱面上。打开左盖板，取下箍紧圈，

9、就可更换沉积了垢层的防垢板，也可在体外去除垢层后重新安装。防垢板的有效工作时间为15天左右，与渔船一次出海时间相当。 结语 渔船尾气余热海水淡化装置的开发具有广阔的市场前景。笔者为北部湾某科技公司开发的海水淡化装置，在400马力的渔船上，以3.5m2加热面积，平均每小时可产淡水120kg，足以维持出海船员的生活需要。 参考文献 13解利昕,李凭力,王世昌.海水淡化技术现状及各种淡化方法评述J.化工进展,2003,22(10)：1081-1084 2冷骏,王伟勇.船用海水淡化装置及其现状分析J.机电设备,2004,22(5):44-46 45王树刚，王如竹.船舶余热回收现状及吸附制冷应用前景J.

10、中国修船，2003,(3)：24-26 The Practical Desalting Equipment Using Waste Heat Of Fishing Vessels Lu Hong Sheng （Wuhan technic college，Wuhan 430074） Abstract After analyzing the features of various desalting technology in which the ships ,and the requirements of fishing vessels, in the equipment of smoke pipe type boiled distillation used by fishing vessels, about interface of ship-machine ,enhance heat transfer,anti-scale,etc,the solution was introduced emphatically in this paper.