远洋船舶上，船员们常常要在远离陆地的海上航行很长时间，在四面海水的包围下，淡水变得尤为珍贵。低温蒸馏法是远洋船舶获取淡水资源的主流技术方向之一。广州中国科学院先进技术研究所水科学研究中心的张凤鸣博士和团队独立研发出一套低能耗的船用海水淡化装置，利用船舶柴油机的余热对海水加热，蒸馏产出的淡水达到了国家饮用水卫生标准。据悉，该团队研制的第二代船用海水淡化装置已经在渤海湾的一艘运输船上试运行，一天可为船员提供5吨淡水。■产出淡水可直接饮用在广州先进所的中试实验室里，张凤鸣团队设计的第一代船用柴油机余热海水淡化样机分外显眼，在看似笨重的金属外壳之内，却包含着精细的海水淡化工艺。海水沸腾时会产生水蒸气，冷凝之后转变为淡水，这是该装置淡化海水的基本原理。而该团队打算用来加热海水的热源，是船舶柴油机的缸套冷却水。一般而言，船舶柴油机工作时，燃油只有40%能量转化为机械功，剩下的60%均以废热形式散失，其中30%-40%的热能被冷却水带走排入大海。“作为低品位热源，柴油机冷却水一般只有60-70℃，几乎没有利用价值。”张凤鸣解释道，但在负压情况下，这个温度就足够将海水“煮沸”了。在团队研发的海水淡化装置内，空气在引射泵的作用下被抽出，气压不断降低，这时水的沸点降低至70℃以下。冷却水吸收了船舶柴油机的余热，导入装置，通过板式换热结构对其中的海水加热至沸腾，大量的水蒸气经过除沫装置后去除掉多余盐分，最终冷凝转变为高纯度的淡水。“在较低的蒸发温度下，还能避免海水的结垢问题。”张凤鸣表示，而对船舶来说，利用柴油机废热淡化海水的过程并不会带来额外的能耗负担。经第三方检测，该装置产水水质达到国家饮用水卫生标准，海水除盐率高于99.5%。
张凤鸣团队设计的第二代船用柴油机余热海水淡化装置 受访者供图■使用寿命达10年以上值得一提的是，这套利用热蒸发淡化海水的船用设备采用耐腐蚀的金属材料，与市场上另一种主流的反渗透海水淡化技术相比，不仅能耗更少、后期维护成本更低，也更耐用。张凤鸣博士介绍，该海水淡化设备的使用寿命可达到10年以上。■轻量型设备张凤鸣和团队还对这套装置的防腐板片结构、双级引射器等关键部件和整机性能进行优化，研制出的第二代船用柴油机余热海水淡化装置自动化程度更高、性能更稳定，而且体积更小、结构紧凑，净重只有200多公斤，在狭小的船舱内称得上是轻量型设备。■满足20-30位船员需求优化升级后的海水淡化装置一天可产出5吨淡水，而船员每天的人均淡水需求约为200-300升，这意味着这样一台海水淡化装置可同时满足20-30位船员的用水需求。■较国外产品成本节省一半据介绍，该团队研制的船用柴油机余热海水淡化装置拥有独立知识产权，已申请10多项发明专利。“目前国内船舶更多是采购国外的海水淡化设备，相同型号采购成本一般要十几万。”张凤鸣表示，相较于国外同类产品，国产装置批量化生产后成本至少可节省一半，电耗相比至少降低20%-30%，更加节能，折合下来每吨淡水成本仅需几块钱。■寻求相关企业合作“我们已经设计出了系列化船用海水淡化装置，可以满足不同船舶的淡水需求。”张凤鸣说道，目前这套装置已在渤海湾的一艘新造运输船上首次安装应用，在今年11月份已交付船东使用。接下来，该团队将寻求相关企业合作，实现技术成果的推广和产业化。文：广州日报全媒体记者 耿旭静 通讯员 余丽颖
图：南沙新区报
广州日报全媒体编辑 刘桐桐
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