船舶海水淡化装置课件.ppt
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1、2023-5-61海水淡化装置海水淡化装置 名词委审定名词委审定汉英航海科技名词汉英航海科技名词(1996)sea water desalting plant,fresh water generator海水淡化装置海水淡化装置 汉英船舶大词典汉英船舶大词典distilling system;sea water desalting plant2023-5-62第一节第一节 概述概述 船舶每天都需要消耗相当数量的淡水,以满足船员,旅客和动力装置的船舶每天都需要消耗相当数量的淡水,以满足船员,旅客和动力装置的需要。需要。一般称为淡水者含盐量在一般称为淡水者含盐量在1000mg/L以下。以下。出于以下
2、两个目的,一般船舶都设有海水淡化出于以下两个目的,一般船舶都设有海水淡化装置装置(俗称造水机俗称造水机)。远洋船舶为增加载货吨位,不宜携带过多淡水;远洋船舶为增加载货吨位,不宜携带过多淡水;减少向港口购买淡水的费用,并增强船舶的续航能力。减少向港口购买淡水的费用,并增强船舶的续航能力。船舶上淡水主要是两个来源:一个是岸上供给;一个是海水淡化装置提船舶上淡水主要是两个来源:一个是岸上供给;一个是海水淡化装置提供。供。2023-5-63海水的含盐量海水的含盐量 海水是一种含有海水是一种含有80多种盐类的水溶液,其中含量超过多种盐类的水溶液,其中含量超过1mg/L的有的有11种,含量种,含量最多的是
3、最多的是NaCl和和MgCL2。大洋中海水平均含盐量约为大洋中海水平均含盐量约为35g/L;但不同海域的海水含盐量是不同的。;但不同海域的海水含盐量是不同的。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。关。某些离河口近,蒸发量小的内海,如波罗的海含盐量仅为某些离河口近,蒸发量小的内海,如波罗的海含盐量仅为26.7g/L,黑,黑海含盐量海含盐量1718.5g/L;而某些蒸发量大的内海,如红海、地中海,含盐量而某些蒸发量大的内海,如红海、地中海,含盐量可高达可高达40g/L以上。以上。不同海域的海水含盐量虽然不
4、同,但各种主要盐类所占比例却基本不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变当海水含盐量为35g/L35g/L时,各种盐类的含盐量如下表所示,时,各种盐类的含盐量如下表所示,2023-5-64船上淡水的使用和要求船上淡水的使用和要求船上淡水主要用作柴油主机冷却水、锅炉补给水、洗涤和饮用水等用途。船上淡水主要用作柴油主机冷却水、锅炉补给水、洗涤和饮用水等用途。柴油机冷却水只要是淡水即可;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洗涤水一般要求氯离子浓度不大于200mg/L(Cl),硬度不大于,硬度不大于7毫克当量毫克当量升;升;饮用水必须不含有
5、害健康的杂质、病菌和异味,含盐量不大于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5001000mg/L,氯离子浓度不大于,氯离子浓度不大于250500mg/L(Cl),pH值为值为6.58.5。造水机生产的蒸馏水所含矿物质太少,也不能杀灭病菌,故作为饮用水时应经过矿化和杀造水机生产的蒸馏水所含矿物质太少,也不能杀灭病菌,故作为饮用水时应经过矿化和杀菌处理。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我
6、国船用锅炉给水标准规定补给蒸馏水的含盐量应小于水的含盐量应小于10mg/L(NaCl)1 mg/L(NaCl)相当于相当于0.606 mg/L(CI)2023-5-65船舶对淡水的需求量船舶对淡水的需求量生活用水每人约生活用水每人约150250L/d。动力装置用水以主机功率计:动力装置用水以主机功率计:柴油机船每千瓦约需柴油机船每千瓦约需0.20.3L/d,汽轮机船每千瓦约需汽轮机船每千瓦约需0.51.4L/d。辅锅炉的补水量可按蒸发量的辅锅炉的补水量可按蒸发量的15估计,中,高压锅炉按蒸发量估计,中,高压锅炉按蒸发量的的13计。计。l 一般主机功率为一般主机功率为7500kW左右的柴油机货轮
7、,造水机容量大多不超过左右的柴油机货轮,造水机容量大多不超过2025m3/d。2023-5-66海水淡化的方法海水淡化的方法 蒸馏法蒸馏法 电渗析法电渗析法 反渗透法反渗透法 冷冻法冷冻法船用海水淡化绝大多数采用蒸馏法。船用海水淡化绝大多数采用蒸馏法。2023-5-67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,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,程,其原理如同海水受热蒸发形
8、成云,云在一定条件下遇冷形成雨,而雨是不带咸味的。而雨是不带咸味的。根据设备可分为蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。根据设备可分为蒸馏法、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。此外,以上方法的组合也日益受到重视。2023-5-68第二节第二节 船用蒸馏式海水淡化装船用蒸馏式海水淡化装置的工作原理置的工作原理 真空蒸馏式海水淡化装置分为真空蒸馏式海水淡化装置分为沸腾式沸腾式和和闪发式闪发式两种。两种。两者的主要区别是后者海水是在单独的加热器里被加热,然后再喷入真两者的主要区别是后者海水是在单独的加热器里被加热,然后再喷入真空容器内空容器内闪发闪发成气。闪发
9、式装置虽有结垢少的优点,但经济性不如沸腾成气。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。式,船上已基本不用。船用蒸馏式海水淡水装置采用真空式的好处有:船用蒸馏式海水淡水装置采用真空式的好处有:可以采用温度不太高的介质作为热源,利用船舶动力装置的废热,提可以采用温度不太高的介质作为热源,利用船舶动力装置的废热,提高装置的经济性;高装置的经济性;保持较低的加热温度能减少蒸发器换热面的结垢和便于清除。保持较低的加热温度能减少蒸发器换热面的结垢和便于清除。2023-5-69真空沸腾式造水机原理图真空沸腾式造水机原理图一阀、两器、四泵一阀、两器、四泵 给水阀给水阀蒸发(馏)器、冷凝
10、器蒸发(馏)器、冷凝器 海水泵、真空泵、排盐海水泵、真空泵、排盐泵、凝水泵泵、凝水泵2023-5-610真空沸腾式造水机原理真空沸腾式造水机原理加热器竖管内海水沸腾后产生加热器竖管内海水沸腾后产生的蒸汽称为的蒸汽称为二次蒸汽,二次蒸汽,以区别以区别于某些造水机用来加热的蒸汽。于某些造水机用来加热的蒸汽。当蒸发器内的水位稳定时,当蒸发器内的水位稳定时,给水量给水量W0等于等于产水量产水量W和和排排盐水量盐水量WB。WW产产水水量量给给水水量量给给水水倍倍率率0原理演示2023-5-611真空沸腾式造水机原理图真空沸腾式造水机原理图冷凝器冷凝器蒸发器蒸发器加热器加热器凝水泵凝水泵盐度计盐度计带竖管
11、蒸发器的真空沸腾式造水带竖管蒸发器的真空沸腾式造水机机2023-5-612第三节第三节 影响真空蒸馏式海水淡化影响真空蒸馏式海水淡化装置工作的主要因素装置工作的主要因素 对船用真空蒸馏式海水淡化装置的要求是:对船用真空蒸馏式海水淡化装置的要求是:要保持额定的产水量(要保持额定的产水量(保量保量););要使所产淡水的含盐量符合要求(要使所产淡水的含盐量符合要求(保质保质)。)。2023-5-613l 影响淡水产量的因素影响淡水产量的因素 造水机产水量(蒸发量)的多少,主要取决于加热水向海水传热量的大小。造水机产水量(蒸发量)的多少,主要取决于加热水向海水传热量的大小。换热面脏污结垢,使蒸发器传热
12、系数减小;换热面脏污结垢,使蒸发器传热系数减小;加热侧发生加热侧发生“气塞气塞”,里面的气体会影响加热介质流动而妨,里面的气体会影响加热介质流动而妨碍换热。可通过放气旋塞把气放掉;碍换热。可通过放气旋塞把气放掉;蒸发器水位太低,使加热水与被加热海水间的实际换热面积蒸发器水位太低,使加热水与被加热海水间的实际换热面积减少,蒸发器内最适当的水位是正好达到上管板的位置;减少,蒸发器内最适当的水位是正好达到上管板的位置;真空度不足,这会导致海水的沸点提高;真空度不足,这会导致海水的沸点提高;加热水流量不足或温度太低,以致加热水平均温度降低;加热水流量不足或温度太低,以致加热水平均温度降低;给水量增大给
13、水量增大(给水倍率加大给水倍率加大)或给水温度降低,更多的热量耗于或给水温度降低,更多的热量耗于预热或被盐水带走;预热或被盐水带走;凝水回流电磁阀关闭不严,使一部分所产淡水漏回蒸馏器;凝水回流电磁阀关闭不严,使一部分所产淡水漏回蒸馏器;2023-5-614 在日常管理中,造水机是否生产出淡水,以及产水量的多少,影响最在日常管理中,造水机是否生产出淡水,以及产水量的多少,影响最大的是能否大的是能否建立和保持合适的真空度建立和保持合适的真空度;而造水机使用日久后产水量会逐渐;而造水机使用日久后产水量会逐渐减少,则往往是减少,则往往是加热面脏污和结垢加热面脏污和结垢所致。所致。l 影响淡水产量的因素
14、影响淡水产量的因素 2023-5-615l 真空度的建立和保持真空度的建立和保持 船用真空蒸馏式海水淡化装置大都将真空度维持在船用真空蒸馏式海水淡化装置大都将真空度维持在90%94(91.795.7 kPa),相应蒸发温度为,相应蒸发温度为4535。也有的海水淡化装置将真空度设计为也有的海水淡化装置将真空度设计为8090(81.491.7 kPa),相应蒸发温度为相应蒸发温度为6045。若真空度太低,则沸点增高,产水量就会减少,甚至停产;而真空度若真空度太低,则沸点增高,产水量就会减少,甚至停产;而真空度过高,则沸点过低,又会导致沸腾过于剧烈,使二次蒸汽携带水珠量增加,过高,则沸点过低,又会导
15、致沸腾过于剧烈,使二次蒸汽携带水珠量增加,以致所产淡水的含盐量增加。以致所产淡水的含盐量增加。2023-5-616使造水机内保持足够真空度的条件是:使造水机内保持足够真空度的条件是:有足以与蒸发量相适应的冷凝能力有足以与蒸发量相适应的冷凝能力 如果冷凝器换热能力下降如果冷凝器换热能力下降(冷却水温冷却水温度升高或流量不足、冷却水侧度升高或流量不足、冷却水侧“气塞气塞”、冷凝器换热面脏污、或凝水水位过高、冷凝器换热面脏污、或凝水水位过高使冷凝换热面面积减小等使冷凝换热面面积减小等),则会使真空度降低,此外,若因加热介质流量过,则会使真空度降低,此外,若因加热介质流量过大或温度过高以至使蒸发量过大
16、,也会使真空度降低。在各种影响因素中最主大或温度过高以至使蒸发量过大,也会使真空度降低。在各种影响因素中最主要的扰动是冷却海水的温度。要的扰动是冷却海水的温度。真空泵应具有足够的抽气能力真空泵应具有足够的抽气能力 水射真空泵的工作水压过低或工作水温过水射真空泵的工作水压过低或工作水温过高,排出背压过高高,排出背压过高(8mH2O),喷咀磨损、堵塞、安装不当、吸入止回阀卡死,喷咀磨损、堵塞、安装不当、吸入止回阀卡死等都能使真空泵的抽气能力下降。等都能使真空泵的抽气能力下降。装置要有良好的气密性装置要有良好的气密性 2023-5-617 海水的沸点海水的沸点 装置的真空度越低,装置的真空度越低,海
17、水的沸点越高,则难溶盐的溶解度海水的沸点越高,则难溶盐的溶解度下降越多,水垢生成的速度就越下降越多,水垢生成的速度就越快而且,海水温度的高低还决定了快而且,海水温度的高低还决定了水垢的成分。水垢的成分。l 影响蒸馏装置加热面结垢的因素影响蒸馏装置加热面结垢的因素水垢主要是由海水中某些溶解度较低水垢主要是由海水中某些溶解度较低的盐类沉淀在加热面上而形成的。的盐类沉淀在加热面上而形成的。水垢中水垢中CaSO4和和Mg(OH)2的危害最严的危害最严重,所以要防止它们的产生。重,所以要防止它们的产生。2023-5-618l 影响蒸馏装置加热面结垢的因素影响蒸馏装置加热面结垢的因素 盐水的含盐量盐水的含
18、盐量 在同样的工在同样的工作压力和传热温差下,盐水的含作压力和传热温差下,盐水的含盐量越大,难溶盐的含量就越大,盐量越大,难溶盐的含量就越大,生成的水垢也就越多。盐水浓度生成的水垢也就越多。盐水浓度大还表明给水倍率小,盐水经加大还表明给水倍率小,盐水经加热器的时间也较长,盐类也就更热器的时间也较长,盐类也就更容易在加热器表面形成结垢。容易在加热器表面形成结垢。2023-5-619CaSO4水垢只有在盐水的含盐量达水垢只有在盐水的含盐量达到海水的到海水的1.5倍时才开始析出,而在达到倍时才开始析出,而在达到3倍倍时将会大量析出。因此时将会大量析出。因此蒸发器中的盐水含盐蒸发器中的盐水含盐量一般不
19、允许超过海水的量一般不允许超过海水的1.5倍。倍。盐水含盐量盐水含盐量SB与海水含盐量与海水含盐量S0之比称为浓缩率之比称为浓缩率.2023-5-620 应该指出,增大给水倍率应该指出,增大给水倍率虽可减少盐水含盐量,减轻结垢程度,但同虽可减少盐水含盐量,减轻结垢程度,但同时也会因排盐泵和海水泵流量的增加,使装置的热损失和耗电量增加,导时也会因排盐泵和海水泵流量的增加,使装置的热损失和耗电量增加,导致产水量降低。一般认为:船用真空沸腾式淡化装置适宜的致产水量降低。一般认为:船用真空沸腾式淡化装置适宜的给水倍率给水倍率 34,此时的海水浓缩率此时的海水浓缩率 1.51.3,不会生成,不会生成Ca
20、SO4水垢。水垢。2023-5-621l 影响蒸馏装置加热面结垢的因素影响蒸馏装置加热面结垢的因素 传热温差传热温差 如果加热介质的温如果加热介质的温度过高,加热温差过大,则加热面度过高,加热温差过大,则加热面附近的海水就会因汽化而浓缩严重,附近的海水就会因汽化而浓缩严重,以致结垢量增加,如图所示,易生以致结垢量增加,如图所示,易生成成Mg(OH)2和和CaSO4水垢。水垢。综上所述,船用真空式造水机中,海水沸点不高,加热温差也不大,只综上所述,船用真空式造水机中,海水沸点不高,加热温差也不大,只要保持适宜的给水倍率,结垢是轻微的。为有效地防止水垢生成及清除水垢,要保持适宜的给水倍率,结垢是轻
21、微的。为有效地防止水垢生成及清除水垢,还可以使用各种化学防垢剂和除垢剂。还可以使用各种化学防垢剂和除垢剂。2023-5-622l 影响蒸馏装置所产淡水含盐量的因素影响蒸馏装置所产淡水含盐量的因素 从管理的角度来看,淡水含盐量过高的主要原因有:从管理的角度来看,淡水含盐量过高的主要原因有:装置的负荷装置的负荷(蒸发量蒸发量)过大,沸腾过于剧烈过大,沸腾过于剧烈 这可能是加热介质的流量过大,这可能是加热介质的流量过大,温度过高,或真空度过高。这时应减小冷却水流量或稍开真空破坏阀。温度过高,或真空度过高。这时应减小冷却水流量或稍开真空破坏阀。蒸发器水位太高蒸发器水位太高 对竖管式蒸发器而言,蒸发器内
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