CN203360034U - 一种真空蒸馏式海水淡化设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种适合船舶使用的小型真空蒸馏式海水淡化设备，该设备由蒸馏壳体、蒸发器、冷凝器、汽水分离器、喷射泵、淡水泵、加药箱、控制箱和附属连接管件组成。采用钛材压制成型的板式换热型蒸发器、冷凝器，传热系数高，而且易于维修、检查和清洗；海水淡化设备的热源是来源于主机缸套水或者船员洗浴用的太阳能热水***，满足节能环保和船舶远洋航行的要求；该设备解决了海水腐蚀环境中设备和材料的耐久性问题；解决了管路结垢腐蚀问题；解决了喷射泵抵抗气蚀能力问题；利用蒸发蒸汽的冷凝潜热，提高了设备经济性并达到节能效果。

Description

一种真空蒸馏式海水淡化设备
所属技术领域
本实用新型涉及一种真空蒸馏式海水淡化设备，具体地说是一种适合船舶使用的小型真空蒸馏式海水淡化设备。
背景技术
海水淡化是指从海水中获取淡水的技术和过程，是通过脱除海水中的大部分盐分，使处理后的海水达到生活和生产用水标准的技术。最初是航海的兴起推动了海水淡化技术的发展，远洋船舶每天都需要消耗大量的淡水，主要用于柴油机的冷却水、锅炉给水、冲洗甲板和船员生活用水等。这些用水可以设置单独的水箱进行存储，但是出于经济性的考虑，为了增加载货吨位，船舶不宜携带大量淡水，而且长期储存的淡水作为船员生活用水对船员身体也有不利影响。针对以上问题，远洋船舶几乎都采用海水淡化设备。这种设备只需要很小的体积就能产出大量的淡水。一般含盐量＜1000mg/L的水可称为淡水，而大洋中海水平均含盐量为35000mg/L，海水淡化设备的主要作用就是通过特殊的手段降低海水的含盐量，使之成为符合要求的淡水。至今淡化方法已出现了数十种，技术种类虽然很多，但达到商业规模的主要有反渗透法和蒸馏法，也就是常说的“膜法”和“热法”，其中蒸馏法为传统的海水淡化方法，为大部分远洋船舶采用。
中国海水利用发展较慢，海水淡化产业规模不够，尤其是海水淡化设备制造企业较少，在天津、青岛等城市开展创建国家级海水淡化与综合利用示范城市活动中，大都引进国外海水淡化技术，国内许多制造企业目前还无法制造小型船用海水淡化设备。
船舶远洋航行对海水淡化***提出的要求主要有：1、要满足船舶的日耗水量要求，一般乘员每人每日耗淡水250L，船舶动力装置每日耗淡水0.2～0.3L/kW；2、要利用余热，节能增效；3、装置的自重要轻，工作可靠性高，便于维护管理；4、淡水质量要满足锅炉补给水含盐量≤10mg/L(NaCl)的要求。
为了填补现有技术的空白，现开发一种真空蒸馏式海水淡化设备满足船舶远洋航行的要求。
发明内容
为了填补现有船用海水淡化***技术的空白，本实用新型提供一种适合船舶使用的小型真空蒸馏式海水淡化设备，该设备由蒸馏器壳体、蒸发器、冷凝器、汽水分离器、喷射泵、淡水泵、加药箱、控制箱和附属连接管件组成。采用钛材压制成型的板式换热型蒸发器、冷凝器，传热系数高，而且易于维修、检查和清洗；海水淡化设备的热源是来源于主机缸套水或者船员洗浴用的太阳能热水***，满足节能环保和船舶远洋航行的要求；该设备解决了海水腐蚀环境中设备和材料的耐久性问题；解决了管路结垢腐蚀问题；解决了喷射泵抵抗气蚀能力问题；利用蒸发蒸汽的冷凝潜热，提高了设备经济性并达到节能效果。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：为实现上述目的，本实用新型提供一种真空蒸馏式海水淡化设备，该设备由蒸馏器壳体、蒸发器、冷凝器、汽水分离器、喷射泵、淡水泵、加药箱、控制箱和附属连接管件组成。采用钛材压制成型的板式换热型蒸发器、冷凝器，传热系数高，而且易于维修、检查和清洗。由于设备内部、外部都处于海水腐蚀性介质环境，对机体和内部材料具有腐蚀性。为提高设备耐久性，与海水相接触的金属件或者采用钛板，或者采用316L不锈钢，或者采用内外涂塑的PE复合碳钢材料。非金属材料采用FRP玻璃纤维增强塑料、乙丙共聚工程塑料、UPVC和EPDM橡胶等耐海水腐蚀的材料。
该设备是基于盐不溶于低压蒸汽的原理，首先用316L不锈钢喷射泵对***抽真空，要求真空度在90％以上，然后在保持一定真空度的钛板蒸发器中对经316L不锈钢管路供入的海水加热，蒸发器由钛板材料的板式热交换器组成，作用是为海水和热水提供换热空间，使海水沸腾汽化。蒸发器可以利用出口温度控制在80℃的主机缸套冷却水或者太阳能热水为热源，由于抽真空压力降低，海水沸点降低，海水经钛板蒸发器加热沸腾，为了使浓盐水和蒸气能够从蒸发器的上方流出，在蒸发器换热板海水一侧的上部不设密封垫，从而产生浓盐水和蒸汽。浓盐水通过316L不锈钢喷射泵排出船外；蒸汽向上经316L不锈钢汽水分离器后进入钛板冷凝器，汽水分离器的作用是把盐份从蒸汽中分离出来。再用船外海水经316L不锈钢管路进入冷凝器对蒸汽进行冷凝，冷凝器与蒸发器部分相似，也是由钛板材料的板式热交换器组成，它的作用是为冷却海水和蒸汽提供换热空间，使蒸汽液化。为了使蒸汽能自上而下地进入冷凝器中冷凝，在冷凝器侧换热板的凝水一侧上方不设密封垫，从而在冷凝器中得到含盐≤10mg/L的蒸馏淡水，淡水由淡水泵排至淡水箱。船外冷凝海水出冷凝器后少部分海水作为给水通入蒸发器，大部分作为引射海水通过喷射泵排出船外。冷却海水出冷凝器后少部分作为蒸发器补给水，这样利用了蒸发蒸汽的冷凝潜热，更节能。
316L不锈钢喷射泵兼做真空泵和排盐泵，它有两个吸口，一个吸口在冷凝器中部，其作用是把冷凝器中未冷凝的气体抽出使其保持足够高的真空度；另一个吸口在蒸发器的底部，其作用是把蒸发器中浓缩的浓海水排出船外。选用喷射泵的目的主要有以下几个方面：首先，由于水的沸点随着真空度的升高而降低，当真空度达到90％～94％，对应的海水蒸发沸腾的温度为45～35℃，蒸发温度低，则蒸发器表面不易结垢，尤其是抑制硬质水垢的生成，使得维护保养工作较为容易。其次，喷射泵是利用有一定压力的冷凝海水的喷射作用来吸、排被输送的空气和浓盐水，不需要其它动力驱动，起到真空泵、排盐泵的双重作用。另外，喷射泵的排出口直通船外，降低背压，提高了抗气蚀能力，不容易产生气蚀。
真空蒸馏式海水淡化设备工作时，为了减轻钛板蒸发器加热表面结垢，延长其清洗周期，一般应对供给蒸发器的海水连续投药。其作用是：(1)使海水中难溶物质析出时不形成水垢，而形成很小的形状不规则的松散易脱落的晶体，从而被喷射泵连续排出；(2)含有消泡剂，能消散小气泡，防止海水飞溅，从而减少所产淡水含盐量。
真空蒸馏式海水淡化设备的启用、停用和运行管理程序如下：
1.设备一般在离岸20海里外海水受人类活动污染可能性小的水域启用。其起动程序是：
(1)开启海水泵、喷射泵的进出口阀；关闭蒸馏器壳体上的真空破坏阀。蒸馏器壳体采用内外涂塑PE的碳钢材料制成；海水泵为单级离心泵，既为冷凝器提供冷却海水还为喷射泵提供引射海水，同时也为蒸发器供给海水。
(2)起动海水泵，使喷射泵投入工作，抽出蒸馏器壳体内的空气。
(3)当蒸馏器壳体内真空度达到90％时，开启热水进出口阀。调节热水旁通阀的开度，以调节进入蒸馏壳体内的加热水的流量。
(4)开启冷却海水进出口阀，调节冷却水旁通阀的开度，以调节进入冷凝器的冷却水的流量。
(5)开启淡水含盐量监控设备的电源，使盐度计投入工作。淡水含盐量监控设备主要由盐度传感器、盐度计、电磁阀和蜂鸣器等组成。盐度传感器是一对测量电极，设在淡水泵的排出管内，用导线与盐度计连接，利用水的电导率随含盐量增加而增大的特性能测出水的电阻值，转换成淡水的含盐量，直接由盐度计示出，以ppm表示。盐度计连续监测产水的含盐量，当所产淡水含盐量超过设定值时，蜂鸣器会报警，同时连通蒸发器的电磁阀开启，将淡水排往蒸发器重新淡化处理；而通往淡水箱的电磁阀关闭，停止向淡水箱送水。
(6)起动淡水泵，打开通往淡水箱的相应阀。此时，真空蒸馏式海水淡化设备即正常工作。淡水泵也是单级离心泵，它从冷凝器中抽出产生的淡水并将其泵入淡水箱。
2.设备的停用程序是：
(1)停止加热：全开热水旁通阀，再关闭热水进口阀。
(2)停止给水和抽真空：关闭给水投药阀门和海水泵，关闭喷射泵的进出口阀。
(3)停止冷却：关闭冷凝器的冷却海水进出口阀。
(4)停排淡水：停淡水泵，关掉淡水含盐量监控设备的电源，关闭通往淡水箱的相应阀门。
(5)开启蒸馏器壳体上的真空破坏阀。
3.设备运行中的管理程序是：
(1)真空度的控制：真空度太低则海水沸点高，会使结垢加剧；而真空度太高则沸腾过于剧烈，又会使所产淡水含盐量增加。海水淡化设备的真空度是通过调节冷凝器的冷却海水流量来控制的。一般冷却海水的流量是控制在冷却海水温升为5～6℃范围内。
(2)产水量的控制：装置的产水量主要靠调节蒸发器中热水的流量来控制。通常，热水流经蒸发器的温降为6～9℃。若海水温度较高，装置的真空度下降，此时可以加大冷却海水流量来维持足够真空度。但冷却海水流量一般不宜超过额定流量的130％，冷却海水流经冷凝器的温升一般不宜小于4℃。若海水温度较低时，为使真空度不至于太高，可减小冷却海水流量，或稍开真空破坏阀，不允许过分加大加热量，以免盐水沸腾过于激烈，造成淡水含盐量增加。
(3)蒸发器的海水给水量的控制：给水量一般保持在产水量的3～4倍范围内。给水量太低，则浓盐水浓度高，易结垢；给水量太大，则产水量降低，浓盐水带走的热量增加。只要给水管路的节流孔板不堵，一般通过减压阀保证给水压力在0.3～0.4MPa范围内，即可保持适当的给水量。
本实用新型的有益效果是：涉及一种适合船舶使用的小型真空蒸馏式海水淡化设备，该设备由蒸馏壳体、蒸发器、冷凝器、汽水分离器、喷射泵、淡水泵、加药箱、控制箱和附属连接管件组成。采用钛材压制成型的板式换热型蒸发器、冷凝器，传热系数高，而且易于维修、检查和清洗；海水淡化设备的热源是来源于主机缸套水或者船员洗浴用的太阳能热水***，满足节能环保和船舶远洋航行的要求；该设备解决了海水腐蚀环境中设备和材料的耐久性问题；解决了管路结垢腐蚀问题；解决了喷射泵抵抗气蚀能力问题；利用蒸发蒸汽的冷凝潜热，提高了设备经济性并达到节能效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型设备主视图。
图2是本实用新型设备左视图。
图3是本实用新型设备右视图。
图中1、压力表  2、给水调节阀  3、蒸发器热水出口  4、支撑座  5、冷却海水出口温度计6、海水出口  7、蒸馏器温度计  8、真空表  9、海水入口  10、淡水出口  11、蒸发器热水入口  12、压力表13、节流孔板  14、压力表  15、电磁阀  16、淡水泵  17、喷射泵  18、浓盐水止回阀  19、蒸馏器壳体20、汽水分离器  21、分离隔板  22、冷凝器  23、真空破坏阀  24、蒸发器  25、蒸发器给水入口26、淡水流量计  27、化学加药装置  28、淡水截止阀  29、抽真空管路  30、空气止回阀  31、控制箱
具体实施方式
如图所示：一种适合船舶使用的小型真空蒸馏式海水淡化设备。该设备由蒸馏器壳体(19)、蒸发器(24)、冷凝器(22)、汽水分离器(20)、喷射泵(17)、淡水泵(16)、化学加药装置(27)、控制箱(31)和附属连接管件组成。
工作过程是：从海水取水箱取出海水，经过海水过滤器从海水泵首先向冷凝器(22)供给冷却海水，海水泵前后各有一块压力表，供给的海水从冷凝器(22)海水入口(9)进入，从海水出口(6)流出。海水经过冷凝器(22)后水温增高，流出冷凝器的冷却海水分成两路，一路经给水调压阀(2)和节流孔板(13)进入蒸发器(24)，把经过冷凝器(22)后水温增高的冷却海水作为蒸发海水，这样可以节约能源；另一路则通过压力表(1)和温度计(5)为喷射泵(17)提供引射水，喷射泵(17)兼做真空泵和排盐水泵，所以设两个吸入口。海水经蒸发器(24)蒸发后形成的浓盐水通过浓盐水止回阀(18)进入喷射泵(17)吸入口。喷射泵(17)将蒸馏器壳体(19)底部的浓盐水及时排走，防止盐水水位过高，影响汽水分离效果，导致淡化水含盐量增加。抽真空吸入口从冷凝器(22)中部将蒸馏器壳体(19)内的不凝性气体抽出，在抽真空管路(29)上设液流观察镜，海水淡化***正常工作期间观察镜内应无液体流动。此外，喷射泵两个吸入口管路上设空气止回阀(30)和浓盐水止回阀(18)，以防止喷射泵(17)故障无法产生真空时海水倒灌进入蒸馏器壳体(19)。
海水淡化***起动时，真空度是靠喷射泵(17)抽除壳体内的空气建立的。在工作期间，真空度是靠冷凝器(22)和喷射泵共同维持，冷凝器起主要作用，负责及时地将蒸汽冷凝为淡水，保持内部绝对压力不升高，即保持真空度稳定；喷射泵(17)负责将海水中溢出的空气以及经蒸馏器壳体(19)等处漏入的空气抽除。海水经蒸发器(24)蒸发后剩下的浓盐水由喷射泵排出船外。
海水淡化***的热源是来源于主机缸套水或者太阳能热水***。热水经设定温度为78℃的三通温控阀B和温度表到达蒸发器热水入口(11)。三通温控阀B能自动调节热水进入蒸发器(24)的流量，热水在蒸发器中对海水放热降温后经蒸发器热水出口(3)到达设定温度为80℃的三通温控阀A。三通温控阀A控制热源出口温度稳定在80℃。
经过冷凝器(22)后水温增高的冷却海水在蒸发器(24)内被蒸发，蒸发器内保持一定的真空度，海水沸点较低，经加热沸腾，产生蒸汽。蒸汽向上被分离隔板(21)阻挡，使蒸汽必须通过汽水分离器(20)后进入冷凝器。虽然汽水分离器(20)将蒸汽中的大部分小水滴分离，但仍然会有一定量的含有盐分的水滴进入冷凝器(22)，所以海水淡化***所产淡水中仍含有盐分，盐分过高则不能使用。淡水含盐量的要求一般以锅炉补给水标准为依据，我国规定为NaCl小于10mg/L。
冷凝器(22)对蒸汽进行冷凝，产生淡水。被冷凝器(22)冷凝下来的淡水聚集在冷凝器的下部由淡水泵(16)送到盐度电极，在盐度电极将信号送至控制箱(31)内的盐度计。如果淡水含盐量超标，盐度计就会报警，同时输出信号控制回流电磁阀(15)开启，淡水通过蒸发器给水入口(25)被送到蒸发器(24)重新淡化处理；如果含盐量符合要求(含盐量＜10ppm)，则回流电磁阀(15)关闭，淡水流经流量计(26)和截止阀(28)，将淡水送至淡水箱。流量计(26)用于计量累积淡水体积，此外淡水泵(16)之后的管路上还设置有压力表(14)和取样阀。
为了减轻蒸发器(24)加热表面结垢，延长蒸馏器壳体(19)解体清洗周期，设置海水化学加药装置(27)。化学药品有两个作用：①使海水中的难溶物质不形成水垢，而形成易于被喷射泵(17)排走的细小松散晶体；②消泡剂能消散小气泡，防止海水沸腾过于剧烈，减少淡水含盐量。化学加药装置(27)内储存着AMEROYAL428阻垢剂，通过流量指示计上的调节阀控制溶液流量。

Claims (2)

1.一种真空蒸馏式海水淡化设备，由蒸馏器壳体、蒸发器、冷凝器、汽水分离器、喷射泵、淡水泵、加药箱、控制箱和附属连接管件组成，其特征是：蒸发器由钛板材料的板式热交换器组成，在蒸发器换热板一侧的上部不设密封垫；向上经316L不锈钢汽水分离器是钛板冷凝器，冷凝器也是由钛板材料的板式热交换器组成，在冷凝器侧换热板的一侧上方不设密封垫；316L不锈钢喷射泵有两个吸口，一个吸口在冷凝器中部，另一个吸口在蒸发器的底部，喷射泵不需要其它动力驱动；与海水相接触的金属件，或者采用钛板，或者采用316L不锈钢，或者采用内外涂塑的PE复合碳钢材料；非金属材料采用FRP玻璃纤维增强塑料、乙丙共聚工程塑料、UPVC和EPDM橡胶耐海水腐蚀的材料。 
2.根据权利要求1所述的海水淡化设备，其特征是：喷射泵的排出口直通船外，没有背压。 
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