摘要：海水淡化技术是一种水资源利用的开源增量技术，将海水脱盐来生产淡水。目前，应用反渗透膜法和蒸馏法是海水淡化市场中的主流。本文设计一种新型海水淡化装置，并通过原理来分析其具体的实现途径。太阳能耦合柴油机余热是本海水淡化装置的能量来源，有效利用了柴油机缸套冷却水的性质实现能量的再利用，积极响应了我国 “节能减排”的号召。
关键词：海水淡化；被动真空；余热；太阳能
引言
目前，柴油机以其经济性和动力性强等优势，占据国内外船舶的主动力推进装置的主体。然而，柴油机在运转提供能量的过程中，虽功率高，但柴油机产生大量的热能仍未被完全利用。以型号为MAN 12K98ME/MC的柴油机为例，柴油机产生的能量仅50%的热量用于动力装置做功，其中主机的缸套冷却水的温度高达353K（80℃）[1]，目前的研究和应用尚未对这部分的能量进行有效利用，而近标准大气压下饱和温度的缸套冷却水，对于海水淡化来说具有较高的利用价值。
1方法的可行性
太阳能是天然能源，零成本而来源广泛，虽效率低，但其具有良好的经济性。
由Sharma和Goswami提出的一个在理论和实验上设计了一个太阳能真空脱盐的系统[2]。
在真空脱盐系统中，真空的蒸发器中，在大气压力的作用下，地面的海水因虹吸作用，经管道自发流入到蒸发器中。蒸发器的海水受太阳能辐射能，受热缓慢蒸发浓缩。
浓缩的海水自上而下的流入盐水罐中，而低温海水与高温浓缩海水进行热交换，加强换热减少系统的热损失。同时，蒸汽通过管翅式冷凝器中，产生的蒸汽压力梯度，使蒸汽向冷凝器自发流动[2]，最后通过管路输送至淡水罐中储存。他们经过实验证明与他们开发的模型预测所吻合。
在此基础上，我们对该系统进行改进，进行耦合主机余热，设计了一个新的系统。
2 系统工作原理
图三 系统原理示意图
将浓缩盐水柜和淡水柜设置在机舱，在甲板上利用钢架结构将海水淡化单元抬高至离淡水柜距离10m的位置，在蒸发器中产生被动真空，在真空度很高的情况下，可使海水的沸点降低至40℃，这大大减少了在常压下将海水加热至沸腾的热量。
首先将要进行淡化的海水经海水泵由舷外泵入管道内，系统运行期间，阀A3是关闭的，海水经A4泵向太阳能预热器，在这个过程中，海水还要与冷凝器中的二次蒸汽发生热交换，蒸汽冷凝的同时，又对进口海水进行了预热，减少了系统对外界的热损失。而后经过太阳能的再次加热，送入具有一定真空度的蒸发器中，在蒸发器中，海水又经过主机缸套水的持续加热，保证蒸发器里的海水能持续被加热而沸腾。产生的蒸汽被冷凝后送往淡水柜储存。
产生真空的操作：在机舱内的淡水和浓缩盐水收集柜要与大气相通，这样才能顺利的使淡水和浓缩盐水在重力的作用下流下来，在高架上部的蒸发器和冷凝器要保证密封与绝缘。要使该系统产生真空，在开启系统之前。关闭所有的阀门。首先将所有的管道住满相应的液体。然后打开阀A3、A1向蒸发器和冷凝器充入海水，要保证海水全部将蒸发器和冷凝器充满，打开截止阀A1的目的是使之前留在蒸发器内的空气全部排出。在将蒸发器和冷凝器中充满海水之后关闭阀A1、A3。随后打开阀A2、A5使水在重力的作用下自行流下，蒸发器上部便形成了一个稳定的真空。随后打开阀A4、A6系统准备就绪[3]。该系统中，要保证蒸发器中有水没过主机缸套水的换热管路。
3 结语
船舶上除主机之外还有很多船用设备也会产生很大的余热，这些可以按照一定方法加以利用。在该系统中，可以在进入蒸发器之前加装一个三通阀，交替或一并向系统供热。
采用被动真空的利用太阳能和余热的真空沸腾式海水淡化系统，在大气和重力的自然作用下，通过平衡供应管路和排出管路中的静水压强和大气压力产生一个稳定的真空，且自然地保持真空，降低了制造真空的额能量。海水的预热由经过再次加热的主机缸套冷却水提供，在蒸发器中保持海水持续沸腾的热量由太阳能提供，提供给该系统的能量会大大降低。但此系统的制造工艺简单，真空易于维持，制造淡水的成本很低，该系统可以与船舶其它的设施余热相耦合，可操作的空间很大。采用此系统可一定程度上降低污染和船舶的营运成本，减少对外界的排放，减轻污染。
参考文献
[1]任全水.《船舶动力装置的热力学分析》[D].哈尔滨工程大学，2012
[2]Al-Kharabsheh,S,Goswami DY.Analysis of an innovative water desalination system using low-grade solar heat.Desalination.2003;156:323–332
[3]Shalabh C.Maroo,D,Yogi Goswami.Theoreyical analysis of a single-stage and two-stage solar driven flasg desa-lination system based on passive vacuum generation[J].Desalination 249 (2009) 635-646
论文作者:陈玉兰 任建军 颜紫薇
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年9月下
论文发表时间:2019/5/9
标签：海水论文; 系统论文; 蒸发器论文; 真空论文; 太阳能论文; 余热论文; 柴油机论文; 《新材料.新装饰》2018年9月下论文;