CN100570242C - 余热驱动的渔船用双热管发生器 - Google Patents

余热驱动的渔船用双热管发生器 Download PDF

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Abstract

一种用于船用吸附制冰领域的余热驱动的双热管发生器，包括：烟气加热式蒸汽锅炉，烟气加热管路，加热阀门，吸附床，吸附单元管，吸附剂，海水冷凝器，冷却阀门，海水管路，海水进口，海水出口。烟气加热管路位于烟气加热式蒸汽锅炉上部，烟气加热管路外部空间构成蒸汽发生器，采用水为介质，热管加热段上部通过加热阀门与吸附单元管内部加热通道相连，吸附剂位于吸附单元管的内部，海水冷凝器位于发生器顶部，海水管路与海水冷凝器两端相连接，海水进口与海水出口分别通过海水管路与海水冷凝器相连接，吸附床中吸附单元管的外部空间以及海水冷凝器的下部空间构成热管冷凝段。本发明解决了烟气腐蚀问题，减少阀门数量提高了系统运行可靠性。

Description

余热驱动的渔船用双热管发生器
技术领域
本发明涉及的是一种用于船用制冰领域的化学吸附式制冰机核心部件发生器，具体是一种余热驱动的化学吸附发生器。
背景技术
目前，我国沿海中小型渔船大都以冰藏保鲜为主，机械制冷保鲜为辅。因此，渔船制冷机是当前中、小型渔船迫切需要装备的设备，开发研制还是集中在蒸气压缩式制冷方式。与此同时，渔船上的柴油机约有30％的热量从尾气排入大气而浪费。若能利用这部分余热来驱动吸附式制冷系统，即可不增加柴油机任何油耗，仅回收其尾气余热实现制冰，满足渔民的需求。船用吸附制冷设备主要采用水、氨以及甲醇为制冷剂，其中采用水、甲醇为制冷剂的系统一般采用物理吸附剂，相对与采用化学吸附剂-氨为工质对的系统而言，制冷量偏小。而对于氨系统，由于氨与铜材料，海水与钢材料之间具有不相容性，所以目前采用氨为制冷剂的系统一般不能采用海水直接冷却，否则会存在严重的腐蚀问题。渔船用吸附制冷设备，目前所采用的吸附床形式多为单元管式与壳管式。
经对现有技术的公开文献检索发现，专利申请号：200310108923.0，名称为：复合交变热管吸附床，该专利采用氨为制冷剂，氯化钙为吸附剂。改吸附床的加热与冷却形式采用复合交变热管，但由于其吸附床的加热部分采用烟气直接对热管进行加热，在吸附床冷却时，烟气阀门关闭，吸附床的热管加热段是处于冷热交变状态，这样烟气会在吸附床的热管加热段管路上凝结，形成酸蚀。另一方面该系统在冷却状态下，控制热管加热段的阀门关闭，这样由于吸附床部分的热管与热管加热段的热管分别属于两个不同的密闭空间，同时两部分的温度也存在一定的差异，所以热管加热段的压力要高于吸附床内热管内部的压力，这样不利于系统的安全运行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种余热驱动的渔船用双热管发生器，使加热通道和冷却通道相分离从而解决现有复合交变热管吸附床中热管由于冷热交变而导致的烟气腐蚀问题，同时减少阀门的数量以提高系统运行的可靠性。为了使发生器具有一定的抗摇摆性能，吸附床与水平方向夹角为15°。
本发明是以下技术方案实现的，本发明包括：烟气加热式蒸汽锅炉，烟气加热管路，加热阀门，吸附床，吸附单元管，吸附剂，海水冷凝器，冷却阀门，海水管路，海水进口，海水出口。其连接方式为：烟气加热管路位于烟气加热式蒸汽锅炉的上部，管内部通烟气，烟气加热管路外部空间构成蒸汽发生器，采用水为介质，热管加热段上部通过加热阀门与吸附单元管内部的加热通道相连，水蒸汽在吸附单元管内部冷凝成为液体后流回烟气加热式蒸汽锅炉中。吸附剂位于吸附单元管的内部。海水冷凝器位于发生器的顶部。海水管路与海水冷凝器的两端相连接，海水进口与海水出口分别通过海水管路与海水冷凝器相连接。吸附床中吸附单元管的外部空间以及海水冷凝器的下部空间构成热管冷凝段。
海水冷凝器管内为海水，管外为热管的工作介质，即甲醇蒸汽。甲醇蒸汽在热管工质段中吸附单元管的外壁蒸发，带走吸附热，然后在海水冷凝器的表面冷凝。海水冷凝器由于与吸附单元管内部的氨气空间为通过氨气管路密闭成两个不同的空间，所以可以采用铜材，这样即可以防止海水腐蚀，也不会存在氨气对铜材料的腐蚀问题。由于采用了这种新型的冷却方式，海水冷凝器在吸附单元管加热过程中，海水可以不切换，只需关闭或开启甲醇蒸汽管路的加热阀门即可控制对吸附单元管的冷却过程。吸附单元管的加热采用蒸汽发生器所产生的水蒸汽来加热，这样可以避免烟气对热管加热段直接加热过程中所产生的腐蚀问题。由于采用了这种新型的加热方式，烟气加热式蒸汽锅炉在吸附单元管冷却过程中，烟气可以不切换，只需关闭或开启蒸汽管路的加热阀门即可控制对吸附单元管的加热过程。本发明与其他发生器相比，所采用的阀门数量大大减少，这有利于系统工作的可靠性，同时可以降低产品的成本，有利于市场推广。
本发明工作主要包括两个过程，一为加热解吸过程。在加热解吸过程中，在烟气管路的烟气加热作用下，蒸汽发生器中的蒸汽蒸发，此时吸附床的海水冷却阀门关闭，加热阀门开启，从蒸汽发生器中出来的水蒸汽进入吸附单元管中央的加热通道，为吸附单元管提供热量并使吸附单元管的温度上升，当单元管中吸附剂的温度上升到可以解吸的温度后，吸附剂中的制冷剂从吸附剂中解吸出来，完成解吸过程。吸附床的另一个工作过程为冷却吸附过程。在冷却吸附过程中，加热阀门关闭，海水冷却阀门开启，热管工质段的甲醇介质在吸附单元管的外壁蒸发，带走吸附单元管内部吸附剂的吸附热，海水冷凝器在海水的冷却作用下对甲醇蒸汽进行冷却，甲醇蒸汽凝结成液体甲醇后重新流回热管工质段，重复以上过程对吸附单元管内部的吸附剂进行冷却，当吸附剂的温度降到吸附温度后，制冷剂开始被吸附到吸附剂中，完成吸附过程。
本发明的特点还在于可以利用一个蒸汽发生器完成多床系统的设计，此时可以将两床或三床均安装在同一个烟气加热式蒸汽锅炉的上部空间，根据不同的工作过程来切换加热阀门与海水冷却阀门，实现加热解吸与冷却吸附过程。
对于两床发生器连续制冷系统，包括零部件为两个吸附床，一个海水冷凝器，两个加热阀门，两个海水冷却阀门，一个烟气加热蒸汽锅炉。烟气加热蒸汽锅炉位于发生器的底部，海水冷凝器安装发生器的顶部，加热阀门安装在吸附床与烟气加热蒸汽锅炉之间，海水冷却阀门安装在吸附床与海水冷凝器之间，吸附床在安装时与水平方向夹角为15°。
两个吸附床系统可以实现连续制冷。在一个吸附床加热解吸时，其加热阀门打开，海水冷却阀门关闭，吸附床在水蒸汽的加热作用下完成加热解吸；此时另外一个吸附床的加热阀门关闭，海水冷却阀门开启，吸附床在海水冷凝器的冷却作用下完成冷却吸附过程。
本发明回收余热、冷却均采用热管，相对于以往的传统型吸附床所采用的换热器，简化了结构，同时由于采用相变传热，所以也强化了传热性能。这种结构的吸附床由于可以采用海水直接冷却，所以相对于传统型的以氨为制冷剂的吸附床，省去了淡水中间换热器以及中间换热器中所采用的冷媒泵，一方面简化了系统结构，另一方面也节省了电量的消耗。相对于已有的复合交变热管吸附床，这种发生器采用了水蒸汽发生器来对吸附床进行加热，避免了烟气直接加热过程中的腐蚀问题；采用了甲醇对吸附床进行冷却，避免了海水直接冷凝过程中的腐蚀问题。同时对吸附床加热和冷却无需切换，避免了复合交变换热对热管的低温腐蚀问题，有利于系统工作的可靠性。相对于已有的复合交变热管吸附床，这种设计方式的优点还在于可以利用一个蒸汽发生器和一个海水冷凝器对多个吸附床进行加热和冷却，完成多床发生器的加热解吸和冷却吸附过程。
附图说明
图1本发明结构示意图
图2为本发明双床应用结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：烟气加热式蒸汽锅炉1，热管加热管路2，气动阀3，吸附床4，吸附单元管5，吸附剂6，海水冷凝器7，海水管路8，海水进口9，海水出口10，冷却阀门11。其连接方式为：烟气加热管路12位于烟气加热式蒸汽锅炉1内，管内部通烟气，采用水为介质，烟气加热式蒸汽锅炉1上部通过气动阀3与热管加热管路2相连，然后通过吸附床4的外壁再接入吸附单元管5中部的内部空间。吸附剂6位于吸附单元管5的内部。海水冷凝器7位于吸附床4的上部。海水管路8与海水冷凝器7的两端相连接，海水进口9与海水出口10分别通过海水管路8与海水冷凝器7相连接。吸附床4上部通过冷却阀门11与海水冷凝器7相连，海水冷凝器7的下端通过回液管13和吸附床4中吸附单元管5的外部相通。
采用一个烟气加热式蒸汽锅炉1和一个海水冷凝器7完成多床系统的设计，将两个吸附床或三个吸附床并列设置在同一个烟气加热式蒸汽锅炉1和海水冷凝器7之间。
如图2所示，为双床双热管发生器，包括：烟气加热蒸汽锅炉1，第一热管加热管路2a、第二热管加热管路2b，第一气动阀3a、第二气动阀3b，第一吸附床4a、第二吸附床4b，第一吸附单元管5a、第二吸附单元管5b，吸附剂6，海水冷凝器7，海水管路8，海水进口9，海水出口10，第一冷却阀门11a、第二冷却阀门11b，烟气管路12。其连接方式为：烟气管路12位于烟气加热式蒸汽锅炉1内，管内部通烟气，采用水为介质，烟气加热式蒸汽锅炉1上部通过第一气动阀3a、第二气动阀3b与第一热管加热管路2a、第二热管加热管路2b相连，然后通过第一吸附床4a、第二吸附床4b的外壁再接入第一吸附单元管5a、第二吸附单元管5b中的内部空间。海水冷凝器7位于第一吸附床4a、第二吸附床4b的上部。海水管路8与海水冷凝器7的两端相连接，海水进口9与海水出口10分别通过海水管路8与海水冷凝器7相连接。第一吸附床4a、第二吸附床4b上部通过第一冷却阀门11a、第二冷却阀门11b与海水冷凝器7相连，海水冷凝器7的下端和第一吸附床4a、第二吸附床4b中第一吸附单元管5a、第二吸附单元管5b的外部相通。

Claims (6)

1、一种余热驱动的双热管发生器，包括：烟气加热式蒸汽锅炉(1)、气动阀(3)、吸附床(4)、吸附单元管(5)、吸附剂(6)、海水冷凝器(7)、海水管路(8)、海水进口(9)、海水出口(10)、冷却阀门(11)和回液管(13)，其特征在于还包括：热管加热管路(2)和烟气管路(12)，其中：烟气管路(12)位于烟气加热式蒸汽锅炉(1)的内部上方，烟气加热式蒸汽锅炉(1)上部通过气动阀(3)与热管加热管路(2)相连，然后通过吸附床(4)的外壁再接入吸附单元管(5)中部的内部空间，吸附剂(6)位于吸附单元管(5)的内部，海水冷凝器(7)位于吸附床(4)的上部，海水管路(8)与海水冷凝器(7)的两端相连接，海水进口(9)与海水出口(10)分别通过海水管路(8)与海水冷凝器(7)相连接，吸附床(4)上部通过冷却阀门(11)与海水冷凝器(7)相连，海水冷凝器(7)的下端通过回液管(13)和吸附床(4)中吸附单元管(5)的外部相通。
2、根据权利要求1所述的余热驱动的双热管发生器，其特征是，烟气加热式蒸汽锅炉(1)采用水为介质，海水冷凝器(7)采用甲醇为介质，吸附单元管(5)采用钢管。
3、根据权利要求1所述的余热驱动的双热管发生器，其特征是，烟气加热式蒸汽锅炉(1)设置在吸附床(4)的下部，热管加热管路(2)、吸附单元管(5)设置在吸附床(4)内部。
4、根据权利要求1所述的余热驱动的双热管发生器，其特征是，将两个吸附床或多个吸附床均设置在同一个烟气加热式蒸汽锅炉(1)和海水冷凝器(7)之间。
5、根据权利要求4所述的余热驱动的双热管发生器，其特征是，包括：烟气加热蒸汽锅炉(1)、第一热管加热管路(2a)、第二热管加热管路(2b)、第一气动阀(3a)、第二气动阀(3b)、第一吸附床(4a)、第二吸附床(4b)、第一吸附单元管(5a)、第二吸附单元管(5b)、吸附剂(6)、海水冷凝器(7)、海水管路(8)、海水进口(9)、海水出口(10)、第一冷却阀门(11a)、第二冷却阀门(11b)和烟气管路(12)，其连接方式为：烟气管路(12)的管内部通烟气，采用水为介质，烟气加热式蒸汽锅炉(1)上部通过第一气动阀(3a)和第二气动阀(3b)分别与第一热管加热管路(2a)和第二热管加热管路(2b)相连，然后通过第一吸附床(4a)和第二吸附床(4b)的外壁再分别接入第一吸附单元管(5a)和第二吸附单元管(5b)中的内部空间，海水冷凝器(10)位于第一吸附床(4a)和第二吸附床(4b)的上部，海水管路(8)与海水冷凝器(7)的两端相连接，海水进口(9)与海水出口(10)分别通过海水管路(8)与海水冷凝器(7)相连接，第一吸附床(4a)和第二吸附床(4b)上部分别通过第一冷却阀门(11a)和第二冷却阀门(11b)与海水冷凝器(7)相连，海水冷凝器(7)的下端通过回液管(13)分别和第一吸附床(4a)和第二吸附床(4b)中的第一吸附单元管(5a)和第二吸附单元管(5b)的外部相通。
6、根据权利要求1或4所述的余热驱动的双热管发生器，其特征是，吸附床与水平方向夹角为15°。
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