本發(fā)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(tái)等鍋爐給水的處理方法與裝置。

背景技術(shù)：

目前在船舶工業(yè)中，鍋爐已成為不可或缺的設(shè)備。對(duì)于以柴油機(jī)或電動(dòng)機(jī)為主動(dòng)力的船舶，配備的輔助鍋爐多用于驅(qū)動(dòng)貨油泵、加熱燃、滑油以及為生活用水、空調(diào)設(shè)備等提供熱源，保證船舶的正常運(yùn)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(chǎn)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(zhì)的水，在鍋爐中進(jìn)行沸騰和蒸發(fā)過程中，會(huì)在鍋爐受熱面上產(chǎn)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(fèi)用；3)造成爐管過熱，降低使用壽命。嚴(yán)重時(shí)甚至因?yàn)樗肝：﹀仩t而造成事故。為最大限度地防止船用輔鍋爐的結(jié)垢，GBT 24947-2010《船用輔鍋爐水質(zhì)要求》明確了鍋爐的給水應(yīng)達(dá)到的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)給水的總硬度、總堿度、pH等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了具體的規(guī)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(jìn)入鍋爐之前先經(jīng)過流經(jīng)鈉型離子交換劑樹脂層進(jìn)行交換,Ca²⁺，Mg²⁺離子吸附于樹脂上而Na⁺離子進(jìn)入水中，硬度離子被脫除而形成軟化水，起到防止鍋爐結(jié)垢的目的。當(dāng)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(shí)可用食鹽使其再生，再生過程一般需經(jīng)過反洗、進(jìn)鹽水、正洗等步驟。再生完成后，離子交換劑樹脂層轉(zhuǎn)為鈉型，恢復(fù)與Ca²⁺，Mg²⁺離子進(jìn)行交換的能力。鈉離子交換法處理后Ca²⁺，Mg²⁺硬度離子可以達(dá)到船用輔鍋爐水質(zhì)要求，但水中含有的Si等弱解離的物質(zhì)難以脫除，仍然存在形成硅酸鹽水垢的風(fēng)險(xiǎn)；離子交換樹脂需要頻繁再生，操作煩瑣,自動(dòng)化程度低；管路復(fù)雜,占用機(jī)艙空間較大。因此鈉離子交換法在船舶鍋爐給水處理的應(yīng)用受到很大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)中船舶鍋爐給水水垢難于清除，檢修費(fèi)用高的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)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(fā)過程進(jìn)行初步脫鹽，得到的淡化水經(jīng)過電去離子進(jìn)一步深度脫鹽而得到鍋爐給水。

所述真空蒸發(fā)過程是指進(jìn)料海水在蒸發(fā)器中與柴油機(jī)缸套水進(jìn)行熱量交換，蒸發(fā)器中的海水一側(cè)保持真空，海水被加熱而沸騰產(chǎn)生蒸汽；將此蒸汽引入冷凝器，以冷海水為冷卻介質(zhì)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(gòu)成淡水室或濃水室，淡水室中填充離子交換樹脂；當(dāng)水流經(jīng)淡水室時(shí)，在直流電場的作用下，水中離子分別透過兩側(cè)的離子交換膜進(jìn)入濃水室，離子交換樹脂在參與離子傳遞的同時(shí)又進(jìn)行電再生，使離子得到深度脫除，得到符合標(biāo)準(zhǔn)的鍋爐給水；濃水室離子濃度增加，可返回?fù)Q熱器進(jìn)行蒸發(fā)。

一種由海水制備船舶鍋爐給水的裝置，包括真空蒸發(fā)裝置和電去離子裝置兩部分，所述真空蒸發(fā)裝置設(shè)置有蒸發(fā)器和冷凝器，進(jìn)料海水在蒸發(fā)器中與柴油機(jī)缸套水進(jìn)行熱量交換，蒸發(fā)器中的海水一側(cè)保持真空，海水被加熱而沸騰產(chǎn)生蒸汽；將此蒸汽引入冷凝器，以冷海水為冷卻介質(zhì)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(gòu)成淡水室或濃水室，淡水室中填充離子交換樹脂；當(dāng)水流經(jīng)淡水室時(shí)，在直流電場的作用下，水中離子分別透過兩側(cè)的離子交換膜進(jìn)入濃水室，離子交換樹脂在參與離子傳遞的同時(shí)又進(jìn)行電再生，使離子得到深度脫除，得到符合標(biāo)準(zhǔn)的鍋爐給水；濃水室離子濃度增加，可返回?fù)Q熱器進(jìn)行蒸發(fā)。

所述蒸發(fā)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(duì)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(fā)明的有益效果是：

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

(2)操作簡便，自動(dòng)化程度高。電去離子過程能夠利用水解離產(chǎn)生的H⁺，OH^-離子對(duì)其中的樹脂進(jìn)行連續(xù)電再生，即離子的吸附和再生同時(shí)進(jìn)行，避免了離子交換法的頻繁再生操作，運(yùn)行簡單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；

(3)體積小，設(shè)備緊湊。由于不需再生，省去了復(fù)雜的管路和儀表，節(jié)省機(jī)艙內(nèi)空間；

(4)水處理成本低。利用真空蒸發(fā)對(duì)海水初步脫鹽，可以利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(tái)對(duì)陸地供水的依賴。

附圖說明

圖1為本發(fā)明由海水制備船舶鍋爐給水工藝流程圖；

圖2為真空蒸發(fā)裝置與真空蒸發(fā)流程圖；

圖3為電去離子裝置與電去離子流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

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

海水過真空蒸發(fā)進(jìn)行初步脫鹽過程如附圖2所示，真空蒸發(fā)裝置1中設(shè)置蒸發(fā)器2和冷凝器3。海水14流經(jīng)冷凝器3進(jìn)行熱量交換，預(yù)熱后的海水15分成兩路，一路為進(jìn)料海水10進(jìn)入蒸發(fā)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(fā)裝置1內(nèi)維持真空。進(jìn)料海水10在蒸發(fā)器2內(nèi)與柴油機(jī)缸套水11進(jìn)行熱量交換，海水被加熱沸騰產(chǎn)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(jìn)入冷凝器2。冷凝器2對(duì)蒸汽進(jìn)行冷凝，產(chǎn)出淡化水16。蒸發(fā)器2內(nèi)產(chǎn)生的濃鹽水13也通過噴射泵5抽出排放。

蒸發(fā)器2和冷凝器3均為換熱設(shè)備，優(yōu)選板式換熱器，也可采用管式或者螺旋板式換熱器。

雖然經(jīng)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(zhì)，尚需要進(jìn)一步凈化。

真空蒸發(fā)得到的淡化水被引入后續(xù)的電去離子裝置進(jìn)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(gòu)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(duì)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(cè)的離子交換膜之間構(gòu)成陰極室41，陽極22與最外側(cè)的離子交換膜之間構(gòu)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(fā)的淡化水16分成三股。淡水室進(jìn)水31水流經(jīng)各個(gè)淡水室27，濃水室進(jìn)水32流經(jīng)各個(gè)濃水室28，電極室進(jìn)水33則先流經(jīng)陽極室42，然后流經(jīng)陰極室41。在陰極21和陽極22之間施加一個(gè)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(jìn)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(shí)又進(jìn)行電再生，使Ca²⁺，Mg²⁺等硬度離子以及Si等弱解離物質(zhì)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(jìn)水33則將陽極22和陰極21的電極反應(yīng)產(chǎn)物帶出，形成電極水36。濃縮液35和電極水36可返回蒸發(fā)器2回收使用。

本發(fā)明一種由海水制備船舶鍋爐給水的處理方法的一個(gè)具體實(shí)施例如下：

進(jìn)料海水10溫度在18-30℃之間，流量10-15m³/h；柴油機(jī)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(shù)下，淡化水16產(chǎn)量可在8-13m³/d，產(chǎn)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(jīng)電去離子進(jìn)一步脫鹽。當(dāng)?shù)?6流量為1m³/h時(shí)，操作電流在600-1200mA之間，濃縮液35的電導(dǎo)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(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。