一種由海水制備船舶鍋爐給水的方法和裝置與流程

本發明涉及一種由海水凈化制備純水的方法和裝置，尤其是一種適合船舶、海上平臺等鍋爐給水的處理方法與裝置。

背景技術：

目前在船舶工業中，鍋爐已成為不可或缺的設備。對于以柴油機或電動機為主動力的船舶，配備的輔助鍋爐多用于驅動貨油泵、加熱燃、滑油以及為生活用水、空調設備等提供熱源，保證船舶的正常運行。船舶鍋爐的給水主要來源于港口的自來水以及船上海水淡化裝置生產的淡水，其中含有鈣、鎂等離子的碳酸氫鹽、硫酸鹽和少量的硅酸溶膠。這種含有雜質的水，在鍋爐中進行沸騰和蒸發過程中，會在鍋爐受熱面上產生碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽水垢，造成以下危害:1)使傳熱效果變差，增加能耗；2)水垢難于清除，增加了檢修費用；3)造成爐管過熱，降低使用壽命。嚴重時甚至因為水垢危害鍋爐而造成事故。為最大限度地防止船用輔鍋爐的結垢，GBT 24947-2010《船用輔鍋爐水質要求》明確了鍋爐的給水應達到的水質標準，對給水的總硬度、總堿度、pH等各項指標進行了具體的規定。

船舶鍋爐給水的主要處理方法是鈉離子交換法。硬水在進入鍋爐之前先經過流經鈉型離子交換劑樹脂層進行交換,Ca²⁺，Mg²⁺離子吸附于樹脂上而Na⁺離子進入水中，硬度離子被脫除而形成軟化水，起到防止鍋爐結垢的目的。當大部分樹脂中的Na⁺離子被置換后,樹脂失去離子交換能力,這時可用食鹽使其再生，再生過程一般需經過反洗、進鹽水、正洗等步驟。再生完成后，離子交換劑樹脂層轉為鈉型，恢復與Ca²⁺，Mg²⁺離子進行交換的能力。鈉離子交換法處理后Ca²⁺，Mg²⁺硬度離子可以達到船用輔鍋爐水質要求，但水中含有的Si等弱解離的物質難以脫除，仍然存在形成硅酸鹽水垢的風險；離子交換樹脂需要頻繁再生，操作煩瑣,自動化程度低；管路復雜,占用機艙空間較大。因此鈉離子交換法在船舶鍋爐給水處理的應用受到很大的限制。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種由海水制備船舶鍋爐給水的方法和裝置，克服現有技術中船舶鍋爐給水水垢難于清除，檢修費用高的問題。

本發明采用的技術方案是：一種由海水制備船舶鍋爐給水的方法，海水首先通過真空蒸發過程進行初步脫鹽，得到的淡化水經過電去離子進一步深度脫鹽而得到鍋爐給水。

所述真空蒸發過程是指進料海水在蒸發器中與柴油機缸套水進行熱量交換，蒸發器中的海水一側保持真空，海水被加熱而沸騰產生蒸汽；將此蒸汽引入冷凝器，以冷海水為冷卻介質使蒸汽冷凝，即得到淡化水。

所述電去離子過程是指將淡化水引入電去離子裝置，所述裝置在陰極和陽極之間交替排列若干陽離子交換膜和陰離子交換膜，兩張膜之間構成淡水室或濃水室，淡水室中填充離子交換樹脂；當水流經淡水室時，在直流電場的作用下，水中離子分別透過兩側的離子交換膜進入濃水室，離子交換樹脂在參與離子傳遞的同時又進行電再生，使離子得到深度脫除，得到符合標準的鍋爐給水；濃水室離子濃度增加，可返回換熱器進行蒸發。

一種由海水制備船舶鍋爐給水的裝置，包括真空蒸發裝置和電去離子裝置兩部分，所述真空蒸發裝置設置有蒸發器和冷凝器，進料海水在蒸發器中與柴油機缸套水進行熱量交換，蒸發器中的海水一側保持真空，海水被加熱而沸騰產生蒸汽；將此蒸汽引入冷凝器，以冷海水為冷卻介質使蒸汽冷凝，即得到淡化水；所述淡化水引入電去離子裝置，所述電去離子裝置在陰極和陽極之間交替排列若干陽離子交換膜和陰離子交換膜，兩張膜之間構成淡水室或濃水室，淡水室中填充離子交換樹脂；當水流經淡水室時，在直流電場的作用下，水中離子分別透過兩側的離子交換膜進入濃水室，離子交換樹脂在參與離子傳遞的同時又進行電再生，使離子得到深度脫除，得到符合標準的鍋爐給水；濃水室離子濃度增加，可返回換熱器進行蒸發。

所述蒸發器和冷凝器器為板式換熱器、管式換熱器或者螺旋板式換熱器。

所述離子交換樹脂為陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂的混合，所述陰離子交換樹脂對陽離子交換樹脂混合的體積比為30：70至60：40。所述陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂采用凝膠型樹脂或者大孔型樹脂。

所述陽離子交換膜和陰離子交換膜為異相膜或均相膜。

所述陰極和陽極采用鈦涂釕材料。

本發明的有益效果是：

(1)通過使用本發明的方法和裝置提高了鍋爐給水水質，延長鍋爐維護周期和壽命。由于采用電去離子技術，不僅對Ca²⁺，Mg²⁺等硬度離子脫除徹底，降低碳酸鹽、硫酸鹽結垢；而且尤其對Si等弱解離物質也有很高的脫除率，減少硅酸鹽水垢風險；

(2)操作簡便，自動化程度高。電去離子過程能夠利用水解離產生的H⁺，OH^-離子對其中的樹脂進行連續電再生，即離子的吸附和再生同時進行，避免了離子交換法的頻繁再生操作，運行簡單，易于實現自動化；

(3)體積小，設備緊湊。由于不需再生，省去了復雜的管路和儀表，節省機艙內空間；

(4)水處理成本低。利用真空蒸發對海水初步脫鹽，可以利用柴油發動機缸套水作為熱源，而電去離子過程的電耗很小，因此總體的能耗低；

(5)直接由海水制得鍋爐給水，顯著降低船舶和海上平臺對陸地供水的依賴。

附圖說明

圖1為本發明由海水制備船舶鍋爐給水工藝流程圖；

圖2為真空蒸發裝置與真空蒸發流程圖；

圖3為電去離子裝置與電去離子流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明的總體路線是真空蒸發過程和后續的電去離子過程。海水首先通過真空蒸發過程進行初步脫鹽，得到的淡化水經過電去離子進一步深度脫鹽而得到鍋爐給水。

海水過真空蒸發進行初步脫鹽過程如附圖2所示，真空蒸發裝置1中設置蒸發器2和冷凝器3。海水14流經冷凝器3進行熱量交換，預熱后的海水15分成兩路，一路為進料海水10進入蒸發器2；另一路18則為噴射泵5提供引射水，抽走真空容器1中的不凝性氣體17，造成真空蒸發裝置1內維持真空。進料海水10在蒸發器2內與柴油機缸套水11進行熱量交換，海水被加熱沸騰產生蒸汽19，蒸汽通過汽水分離器4，將蒸汽中的大部分小水滴分離后進入冷凝器2。冷凝器2對蒸汽進行冷凝，產出淡化水16。蒸發器2內產生的濃鹽水13也通過噴射泵5抽出排放。

蒸發器2和冷凝器3均為換熱設備，優選板式換熱器，也可采用管式或者螺旋板式換熱器。

雖然經過汽水分離器4的分離，水蒸氣中仍攜帶少量海水液滴，因此，冷凝得到的淡水16也含有鹽分，包括Ca²⁺，Mg²⁺等硬度離子和Si等弱解離物質，尚需要進一步凈化。

真空蒸發得到的淡化水被引入后續的電去離子裝置進行深度脫鹽，如附圖3所示。電去離子裝置是在陰極21和陽極22之間交替排列若干陰離子交換膜23和陽離子交換膜24，陰離子交換膜23選擇性地透過陰離子而不透過陽離子，陽離子交換膜24選擇性地透過陽離子而不透過陰離子，每兩膜之間構成淡水室27或濃水室28，淡水室27中填充陰離子交換樹脂25和陽離子交換樹脂26，陰離子交換樹脂25對陽離子交換樹脂26混合的體積比為30：70至60：40。陰極21與最外側的離子交換膜之間構成陰極室41，陽極22與最外側的離子交換膜之間構成陽極室42。陰離子交換膜23和陽離子交換膜24可采用異相膜或均相膜；陰離子交換樹脂25和陽離子交換樹脂26可采用凝膠型樹脂或者大孔行樹脂，陰極21和陽極22可采用鈦涂釕材料。

真空蒸發的淡化水16分成三股。淡水室進水31水流經各個淡水室27，濃水室進水32流經各個濃水室28，電極室進水33則先流經陽極室42，然后流經陰極室41。在陰極21和陽極22之間施加一個直流電場，淡水室27溶液中的陽離子和陰離子分別透過陽離子交換膜23和陰離子交換膜24進入相鄰的濃水室28，陰、陽離子交換樹脂25、26在參與離子傳遞的同時又進行電再生，使Ca²⁺，Mg²⁺等硬度離子以及Si等弱解離物質離子得到深度脫除，淡水室流出的即為所需要的鍋爐給水34；濃水室28中陰、陽離子在電場中的定向遷移分別被陽、陰離子交換膜23，24所阻止，因此濃水室28離子濃度增加，得到濃縮液35。電極室進水33則將陽極22和陰極21的電極反應產物帶出，形成電極水36。濃縮液35和電極水36可返回蒸發器2回收使用。

本發明一種由海水制備船舶鍋爐給水的處理方法的一個具體實施例如下：

進料海水10溫度在18-30℃之間，流量10-15m³/h；柴油機缸套水11的流量保持在29m³/h，溫度保持在75-85℃，真空容器1真空度在85-95％之間。在此工藝參數下，淡化水16產量可在8-13m³/d，產水含鹽量在2-10ppm之間，其中Ca²⁺濃度0.1-0.2ppm，Mg²⁺離子2-4ppm，Si濃度為100-400ppb。

淡化水16經電去離子進一步脫鹽。當淡化水16流量為1m³/h時，操作電流在600-1200mA之間，濃縮液35的電導率為100-200μS·cm^-1，鍋爐給水34的電阻率為4-10MΩ·cm，其中Ca²⁺濃度0.02ppm，Mg²⁺離子0.03ppm，Si濃度為10-300ppb。水回收率高于90％，噸水電耗約0.31KW·h。

盡管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。