船用多级闪蒸海水淡化装置的改进.pdf

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1、第39卷第3期2010年6月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGV01．39No．3Jun2010IX)I：10．3963／j．issn．1671-7953．2010．03．041船用多级闪蒸海水淡化装置的改进何晨枭，陈金增。李光华(海军工程大学船舶动力学院，武汉430033)摘要：为了利用最低的能耗获得最大的淡水产量，在原有船用多级闪蒸海水淡化装置的基础上，提出一种降低首级蒸发温度和再热的改进方法，同时对改进后装置的丁作过程进行分析并建立数学模型，对比分析表明，改进后的海水淡化装置比改进前的装置能量消耗

2、更低、同时产水量也得到提高。关键词：多级闪蒸；海水淡化；改进中图分类号：U664．5；P747文献标志码：B文章编号：167l一7953(2010)03—0145—02目前海水淡化的主要方法是多级闪蒸(MSF)、反渗透(R0)和多效蒸馏(MED)。其中，多级闪蒸具有可靠性高、防结垢性能好、产水水质高等优点，因此，从上世纪50年代一经问世就得到了长足的发展和应用。目前全球海水淡化产量的60％都是采用多级闪蒸法获得的LlJ。常用的多级闪蒸过程是将加热后的海水依次通过若干个压力逐级降低的闪发室，使热海水在每一级闪发室都能成为

3、过热水而急速的部分汽化。产生的蒸汽冷凝后即为淡水。从提高淡水产量与蒸汽消耗量的比值人手，对原装置进行了改进，对已进行过一级闪蒸的海水采用再热方式并对各级闪发温度重新选择，最后以50t／d海水淡化装置为例进行模拟计算。1装置结构的改进1．1原装置模型普通的多级闪蒸海水淡化装置见图1[2]。海水(给水)由冷却水泵送入末级闪发室上部的冷凝器，冷凝该级内闪发的蒸汽成淡水，海水受到预热。随后，海水依次流经第2级和第1级冷凝器得到逐步预热。接着海水在换热器内被蒸汽加热到指定的温度。较高压力的过热海水注入低温低压的第1级闪发室，过热

4、海水温度降至该室压力下的饱和温度，放出显热转化为部分海水闪发成收稿日期：2009—06—08修回日期：2009—07—30作者简介：何晨枭(1986一)，男，硕士生。研究方向：舰艇辅助机械，海水淡化。E-mail：luckybirdhcx@163．com蒸汽所需的潜热，纯净蒸汽进入上部冷凝器冷凝成淡水。图1原三级闪发装置流程图从前一级闪发室出来的热海水在压力差作用下直接输入到压力温度更低的下一级闪发室继续进行闪发，最终大部分的浓海水(盐水)从最后级闪发室的底部排出，各级生成的淡水由淡水泵抽出送至日用水仓[2]。1．2改

5、进后的装置模型改进后的装置见图2。淡水泵图2改进后的多级闪蒸装置与原装置的区别在于：经过一级闪蒸后的热海水先进人第2级换热器，再次被蒸汽加热到与进入第l级闪发室的海水温度一样后，送入与第1级闪发室压力温度一样的第2级闪发室。从第】45第3期船海工程第39卷2级闪发室出来的热海水在压力差作用下输入到压力温度更低的第3级闪发室。最终大部分的浓海水(盐水)从最末级闪发室的底部排出。在改进后的每一级闪发室内，海水闪发过程的温差与改进前相差不大，保证了每一级闪发室的淡水产量在改进前后没有明显变化。但是再热技术的使用，可以使得对1

6、号闪发室选择较低的饱和温度，从而大大减小海水在1号换热器中温度的提高值，减少蒸汽耗量。虽然海水经过两次加热，但由于每次加热后海水温度差值不是很高，所以加热海水所消耗的蒸汽总量小于改进前一次性加热所消耗的蒸汽量。2系统数学模型为方便研究做如下假设[3]。1)忽略冷凝器、换热器、蒸发器与环境之间的热交换。2)与消耗的工作蒸汽量相比，忽略泵的功耗。由工程热力学原理列出冷凝器内能量平衡方程：f6×M×(fi--tf)=Mdi×Ai(1)式中：o——水的比定压热容，kJ／(kg·℃)；M二一循环水量，kg／h；ti——各级冷凝器

7、出口温度，℃；￡f——冷凝器进口温度，℃；地——各级闪发的蒸汽量，kg／h；Ai——蒸发温度下对应的气化潜热，kJ／kg。换热器内能量平衡方程可表示为：C。×Mx(t1一t。)一NXA(2)式中：￡——换热器出口温度，℃；M一蒸汽消耗量，kg／h；A——工作蒸汽冷凝成饱和水对应的温度下的汽化潜热值，kJ／kg。闪发室内平衡方程可表示为：f口×(M一帆)×(≠一以)一M0X2。(3)式中：￡——进入各级闪发室前的温度，℃；瓦——饱和温度；A。——对应该室t，的汽化潜热值，kJ／kg。系统的质量平衡方程：Ms+Mj—M(4

8、)式中：Mf——经过闪发后剩余的海水量，kg／h；Md——淡水的总产量，kg／h。3实例计算结果与比较改进后装置的相关参数见表l。表1改进后装置的参数值参量数值海水初温to／*c海水循环量M／(t·h1)工作蒸汽压力(MPa)／温度(℃)第1级真窄度(Pa)／相应饱和温度(℃)第2级真空度(Pa)／相应饱和温度(℃)第3级真空度(