7.2.2　船用海水淡化装置的研究进展

在20世纪80年代以前，国内外船用海水淡化装置基本上都是采用蒸馏法。1973年美国杜邦公司率先在国际海水淡化会议上宣布研制成功B10海水淡化中空纤维膜，此后美国多家公司相继研制成功。近年来，随着反渗透膜的不断发展，反渗透海水淡化技术更趋完善，投资及成本不断降低，船用反渗透海水淡化装置也随之得到发展。

1.普通舰船

20世纪80年代以前，船用海水淡化装置基本上是浸管式、闪蒸式和电动压汽式3种。但是，在内燃动力装置舰船上，多采用以柴油机缸套冷却水或废气锅炉热水/蒸汽为热源的浸管式装置（又称废热式淡化装置）。80年代以后，在船用淡化装置队伍中，增加了反渗透式，通过美国海军泰勒研究中心于1988年在驱逐舰（DD-992）上进行的技术评定试验和运行评定试验，认为反渗透式海水淡化装置的性能和可靠性均佳。因此，反渗透海水淡化装置被美国海军批准在水面军用舰船中使用。

2.航母

从现有资料看，美国、法国等国家的航母最新采用的海水淡化装置归纳起来主要有两种形式，即闪蒸式和浸管式。如“企业”号等大型常规蒸汽动力和核动力航母均采用双级闪蒸式蒸馏装置，其单台容量为266m3/d（70000gal/d），全舰共装4台。法国常规蒸汽动力装置航母“贞德”号所采用的双效浸管式蒸馏装置工作原理是第一效采用表压为0.1MPa、280℃的乏汽加热。给水经海水加热器由第一效加热蒸汽加热后，进入第一效蒸发器，蒸发出的二次蒸汽一部分作为第二效的加热蒸汽，其余部分进入海水加热器加热给水。第一效蒸发后的给水进入第二效再次蒸发，蒸发出的蒸汽进入冷凝器冷凝成蒸馏水。蒸发器的加热部件为垂直管束，海水在竖管内加热，经自然循环而蒸发。加热蒸汽在管外（壳侧）凝结，在蒸汽空间设置三级汽水分离器：第一级为叶片式，其余两级均为迷宫式。该分离器经法国海军试验站多次试验改进后制成，分离效果很好，不仅在正常工况下能使含盐量不超过1～2mg/L，而且在稳定的工况下，当蒸发器产量增大5%时，淡水含盐量亦不增加。蒸发器内水位通过溢流管控制，稳定性好，避免了因给水量的突然变化而影响水质。

3.潜艇

内燃机动力装置潜艇常采用具有双槽管升膜蒸发器的电动压汽式蒸馏装置，以生产艇上的生活用水。20世纪80年代以后，开始试用反渗透式海水淡化装置。核动力潜艇除需要生产生活用水外，还要生产原子锅炉补给水。因此，既需采用电动压汽式生产生活用水，也需采用浸管式装置生产锅炉补给水。反渗透淡化装置能很好地适应船上的饮用水生产，但应用于潜艇还存在一些问题，主要是噪声过高，另外它所占据的空间较大，还比较笨重。这主要是因为潜艇用反渗透系统还需具有预热器、粗滤器、换热器以及离子交换器等设备，以改善渗透水的纯度。因此，在该种情况下反渗透淡化装置往往被电动压汽式装置所替代。但是，电动压汽式装置也有缺点：①系统中必须具有较大容量的电加热器供启动和给水温度过低时加热或预热海水之用；②电动压汽机为高速回转机械，价格高，维修工作量也较大；③因蒸发温度较高，给水倍率较小，极易结垢，使用这种设备，必须有简便可靠的防垢、清垢措施，电动压汽式蒸馏装置的正常运行温度为107℃，因此结垢速度快。目前，美国海军已对其做了改进：用离心式压缩机替代容积式压缩机；设有柠檬酸自动清洗管路和自动给水化学处理系统。这种装置的海水被引至垂直双槽管内，经下降管自然循环加热，在稍高于大气压的102℃时蒸发，产生的蒸汽通过网式分离器除去水滴后，进入电动压汽机进行压缩，将温度提高至106～107℃，然后进入管束壳侧作为加热介质使海水蒸发，而自身在管外冷凝。在这种形式的装置中，蒸汽潜热全部被利用，热经济性相当高，是其他形式无法比拟的。为控制蒸馏器内盐水的浓度，蒸发器的海水给水量一般控制在蒸发量的2倍，而将多余的盐水排掉。由于排出的蒸馏水和盐水的温度均较高，通常采用换热器回收余热以加热给水。尽管如此，仍有一部分热量被蒸馏水和排放的盐水带走。因此，装置系统中设立了电加热器，以补偿这种热损失。