漁船尾氣余熱淡化海水的實(shí)用裝置

1、漁船尾氣余熱淡化海水的實(shí)用裝置（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430074） 摘要 在分析了各種船用海水淡化技術(shù)的特點(diǎn)和漁船的性能要求之后，本文著重介紹了一種漁船用煙管式沸騰蒸餾海水淡化裝置，在船機(jī)接口、強(qiáng)化傳熱、防垢等方面的解決方案。 關(guān)鍵詞 漁船尾氣 海水淡化 船載裝置 解決方案海水淡化是解決漁船淡水供應(yīng)問(wèn)題的根本措施。以發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣作為加熱介質(zhì)而淡化海水，是實(shí)現(xiàn)這一目的最理想的途徑。筆者在作了大量實(shí)地考察和試驗(yàn)后，開(kāi)發(fā)了一種利用漁船尾氣余熱淡化海水的實(shí)用裝置，裝船運(yùn)行一年多來(lái)，工作性能穩(wěn)定，收到了預(yù)期效果。 1船用海水淡化技術(shù)分析 船用海水淡化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展始于20世紀(jì)50年代，至今己形成了蒸

2、餾法、電滲析法和反滲透法等技術(shù) 1。從目前市場(chǎng)占有率來(lái)看，蒸餾和反滲透是主要型式2。反滲透海水淡化裝置能耗較少，近來(lái)裝船量增長(zhǎng)較快。存在的主要問(wèn)題是對(duì)原質(zhì)水預(yù)處理要求嚴(yán)格，對(duì)于在污染嚴(yán)重的近海作業(yè)的漁船來(lái)說(shuō)，裝置的使用壽命和出水品質(zhì)都不甚理想，多數(shù)情況下出水不適宜飲用。在出海船只中，蒸餾法海水淡化裝置是主導(dǎo)產(chǎn)品，而且類型也比較多，既有多級(jí)閃發(fā)、沸騰蒸餾和壓氣蒸餾之分，也有管式、板式之分。多級(jí)閃發(fā)技術(shù)現(xiàn)已比較成熟，其熱源主要是鍋爐蒸汽。壓氣蒸餾法需要有附加的蒸汽壓縮裝置，適用于供汽不便、沒(méi)有低品位熱量可用的場(chǎng)合。沸騰蒸餾法具有其他方法不可比擬的特點(diǎn)，如設(shè)備簡(jiǎn)單可靠、原水不需要預(yù)處理、出水品質(zhì)較高

3、等3。其中的板式蒸餾法雖然蒸發(fā)效率高，但板間流體通道容易被固體顆粒沉積所堵塞，不適用于尾氣直接加熱的蒸餾裝置。 利用船舶廢熱蒸餾海水的熱源有兩種，分別是發(fā)動(dòng)機(jī)缸套冷卻水和尾氣余熱。發(fā)動(dòng)機(jī)缸套冷卻水溫度在700C左右，適合在真空條件下進(jìn)行低溫蒸發(fā)。但現(xiàn)有裝置產(chǎn)水量小、工效不穩(wěn)定，目前裝船數(shù)量比較少。發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣熱含量約占燃料總熱值的34%，溫度在400 左右，是海水沸騰蒸餾可資利用的熱源。最簡(jiǎn)單、有效的方法，是在排氣通道上安裝余熱鍋爐來(lái)蒸餾淡化海水。但常規(guī)的煙道式鍋爐有其不可忽視的缺點(diǎn)，如體積大、壓降大、傳熱系數(shù)小、啟動(dòng)慢等4。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的熱管式余熱蒸汽鍋爐，具有換熱效率高，啟動(dòng)迅速等特點(diǎn)，已在某

4、些類型的船舶上使用。但具有熱超導(dǎo)特性的熱管，生產(chǎn)直徑一般比較小，因而產(chǎn)水量也比較小。與400匹馬力發(fā)動(dòng)機(jī)配套的熱管式余熱鍋爐，蒸汽產(chǎn)量?jī)H40 kgh左右5。另外，置于鍋筒內(nèi)的熱管，內(nèi)外表面容易結(jié)垢，垢一旦形成，就極難去除。 基于以上分析，本文所介紹的海水淡化裝置，采用煙管式單效沸騰蒸餾法。為了滿足漁船船載要求，在強(qiáng)化傳熱、防垢以及船機(jī)接口設(shè)計(jì)等方面，采取了有針對(duì)性的解決措施。 2漁船尾氣余熱海水淡化裝置的性能要求 21 良好的船機(jī)接口 無(wú)淡水自給設(shè)施的既有漁船，是尾氣余熱海水淡化裝置開(kāi)發(fā)的主要市場(chǎng)。船機(jī)接口設(shè)計(jì)與漁船構(gòu)造特征相匹配，是裝置順利裝船的前提。漁船空間狹窄、排氣管豎直安裝、裝備有三臺(tái)

5、發(fā)動(dòng)機(jī)輪換工作等特點(diǎn)，都是裝置設(shè)計(jì)的約束條件。例如，狹窄的空間使傳熱面積的增大受到限制，要提高產(chǎn)水量，就必須采取強(qiáng)化傳熱措施。 22 有效的防垢 結(jié)垢是影響海水淡化效率的主要因素之一。海水中的某些物質(zhì)與溫度成反相關(guān)系，如CaSO4，溫度超過(guò)950C就會(huì)從水中析出，形成堅(jiān)實(shí)的垢層而粘附在器件表面，導(dǎo)致熱傳遞效率降低。另外，尾氣中的固體顆粒沉積，也會(huì)形成垢層。 23 足夠的產(chǎn)水量 漁船海水淡化裝置的淡水產(chǎn)量，要足夠維持810名船員的生活需要。 24 抗振性 在有銳角或直角過(guò)渡的管道中，海上船只的劇烈搖晃所產(chǎn)生的振動(dòng)，使尾氣的動(dòng)態(tài)性能處于不穩(wěn)定狀態(tài)，直接影響傳熱效率。比如，陸基蒸餾設(shè)備中最普遍應(yīng)用的

6、弓形折流板換熱器，在船載振動(dòng)狀態(tài)下，幾乎失去效用。因此，換熱器必須具有抗振性。 25 低流阻與壓降 尾氣在管道中的流阻與壓降過(guò)大，將使發(fā)動(dòng)機(jī)因負(fù)荷增大而性能降低，甚至引發(fā)故障。 3符合船載要求的解決方案 31 船機(jī)接口方案 裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。箱體內(nèi)的柱形換熱器豎直安裝，既減小了橫向尺寸，又能減少因尾氣橫向流動(dòng)而帶來(lái)的流阻與壓降。三個(gè)尾氣接口分別與三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管相連接，尾氣出口則與原有管道相連。尾氣通過(guò)加熱器殼側(cè)對(duì)海水進(jìn)行加熱蒸餾，被蒸發(fā)的水蒸汽通過(guò)出口到達(dá)冷凝器，在冷凝的過(guò)程中對(duì)原料水進(jìn)行預(yù)加熱，預(yù)熱溫度可以達(dá)到800以上。由于發(fā)動(dòng)機(jī)艙的空間限制，裝置固定在頂層甲板上。 32 連續(xù)型螺

7、旋折流板換熱器 如圖2所示，換熱器內(nèi)安裝了具有理想螺旋曲面的連續(xù)型螺旋折流板。尾氣在換熱器內(nèi)以螺旋流的方式連續(xù)沖刷殼側(cè)，形成徑向連續(xù)的速度梯度和徑向湍流，既提高了傳熱工效，又降低了流阻。由于連續(xù)的螺旋流動(dòng)，對(duì)于固體顆粒含量高的尾氣，可有效減少顆粒沉積；在船體劇烈搖晃時(shí)，尾氣的流動(dòng)狀態(tài)仍能保持穩(wěn)定。相比于弓形折流板換熱器，在相同工況下，壓降可減少50左右，而總傳熱系數(shù)可提高3040。在相同熱負(fù)荷下，可大大減小換熱器尺寸。 加工難度是連續(xù)型螺旋折流板推廣應(yīng)用的最大障礙。筆者經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，成功地摸索出了這樣一套解決方案:在一個(gè)導(dǎo)程內(nèi)，折流板由兩片螺旋板對(duì)接而成；每片螺旋板由二分之一橢圓形坯料在專用胎

8、具上，經(jīng)過(guò)鈑金加工與機(jī)加工而成型（胎具模板的螺旋面在數(shù)控銑床上加工）；多片螺旋板連續(xù)對(duì)接后，就構(gòu)成了一個(gè)完整的螺旋型折流板；經(jīng)過(guò)表面修整后，與殼體焊接總成。 33 可更換的防垢板 目前采用的防垢辦法有三種，分別是機(jī)械除垢、化學(xué)除垢和更換零部件法。機(jī)械除垢一般是借助外力強(qiáng)制去除垢層，在操作過(guò)程中容易損傷器件表面；化學(xué)除垢所采用的阻垢劑，必然會(huì)影響出水品質(zhì)；在保證操作簡(jiǎn)單、低成本的情況下，更換零部件法是一種比較可靠的方法。在本文所介紹的裝置，采用更換防垢板的方法對(duì)換熱器外表面進(jìn)行防垢。如圖3所示，防垢板由兩片對(duì)開(kāi)的半圓形薄鋼板構(gòu)成，用兩個(gè)箍緊圈將防垢板箍緊在換熱器圓柱面上。打開(kāi)左蓋板，取下箍緊圈，

9、就可更換沉積了垢層的防垢板，也可在體外去除垢層后重新安裝。防垢板的有效工作時(shí)間為15天左右，與漁船一次出海時(shí)間相當(dāng)。 結(jié)語(yǔ) 漁船尾氣余熱海水淡化裝置的開(kāi)發(fā)具有廣闊的市場(chǎng)前景。筆者為北部灣某科技公司開(kāi)發(fā)的海水淡化裝置，在400馬力的漁船上，以3.5m2加熱面積，平均每小時(shí)可產(chǎn)淡水120kg，足以維持出海船員的生活需要。 參考文獻(xiàn) 13解利昕,李憑力,王世昌.海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀及各種淡化方法評(píng)述J.化工進(jìn)展,2003,22(10)：1081-1084 2冷駿,王偉勇.船用海水淡化裝置及其現(xiàn)狀分析J.機(jī)電設(shè)備,2004,22(5):44-46 45王樹(shù)剛，王如竹.船舶余熱回收現(xiàn)狀及吸附制冷應(yīng)用前景J.

10、中國(guó)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.