影响造水机结垢的主要因素及如何缓解

如何减轻加热面结垢是蒸馏式海水淡化装置应用中的一个重要问题。若加热面结垢增加,传热能力就会下降,装置的产水量就会减少,严重时可能被迫停产清洗。

水垢主要是由海水中某些溶解度较低的盐类沉积在加热面上而形成的。海水中含量较多的氯化钠NaCl、氯化镁MgCl2和硫酸镁MgSO4,由于它们的溶解度高,且其溶解度还随温度的上升而增加,因而一般是不会结垢的蒸馏装置中水垢的主要成分是碳酸钙CaCO3、氢氧化镁Mg(OH)2和硫酸钙CaSO4它们在海水中的溶解度都很低,且随温度的升高而降低,所以在海水被加热,特别是在加热面上因形成汽泡而使海水浓缩时,就很易结晶析出、沉积形成水垢。

水垢中含有硫酸钙CaSO4的成分是有害的,因为它能形成难以消除的硬垢,且其导热能力也比不含硫酸钙的水垢要低90%,导热系数大约仅为0.23W/(m·℃)。因此在蒸馏装置运行时,就应设法降低所生成水垢中的硫酸钙含量。此外,氢氧化镁垢特别是它的干垢也较难清除,因此,也不希望它在水垢中的含量变多。蒸馏装置加热面水垢生成的速度和成分取决于以下几个方面:

1)海水的沸点。装置的真空度越低,海水的沸点越高,则难溶盐的溶解度下降越多,水垢生成的速度就越快。而且,海水温度的高低还决定了水垢的成分。

如图11-3所示,当水温不太高时,水垢的主要成分是CaCO3,Mg(OH)2主要呈泥渣沉淀;当水温超过75℃时,Mg(OH)2垢的比例就迅速增加;当水温超过82~83℃时,Mg(OH)2垢就会取代CaCO3而成为水垢的主要成分。因此,蒸馏装置不加防垢剂时一般不允许盐水温度超过75℃,以蒸汽作加热工质时要注意。

2)盐水的含盐量。在同样的工作压力和传热温差下,盐水的含盐量越大,难溶盐的含量就越大,生成的水垢也就越多。盐水浓度大还表明给水倍率小,盐水流经加热器的时间也较长,盐类也就更容易在加热器表面形成结垢。

CaSO4在海水中的含量不大(约1200mg/,仅占总含盐量的3.4%左右)。在船用真空蒸馏式造水装置中加热介质的传热温差一般都不大,只有在盐水含盐量达到海水的1.5倍时CaSO4才开始析出,而在达到3倍时将会大量析出。因此,蒸发器中盐水含盐量一般不允许超过海水的1.5倍。

盐水含盐量是由给水倍率来控制的。按照蒸发器中盐量平衡关系(见图11-4),如略去蒸汽携出的微量盐分,则

可见,给水倍率μ越大,海水浓缩率就越小,所以要使<1.5,给水倍率μ=Wo/W即应大于3。应该指出,增大给水倍率μ虽可减少盐水含盐量,减轻结垢程度,但同时也会因排盐泵和海水泵流量的增加,使装置的热损失和耗电量增加,导致产水量降低。一般认为,船用真空沸腾式海水淡化装置适宜的给水倍率μ=3~4,此时的海水浓缩率=1.5~1.3,不会生成CaSO4水垢。

3)传热温差。如果加热介质的温度过高,加热温差过大,则加热面附近的海水就会因汽化而浓缩严重,以致结垢量增加,且如图11-3所示,易生成Mg(OH)2和CaSO4水垢。通常以蒸汽为加热介质时,一般是以蒸汽加热淡水,再用热淡水作为造水机的加热介质。

综上所述,船用真空蒸馏式造水机中由于海水沸点不高,加热温差也不大,只要保持适宜的给水倍率,结垢是轻微的。为了能更有效地防止水垢生成及便于清除水垢,国际市场上还有各种化学防垢剂和除垢剂出售。