CN101792191A - 内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法及设备，有如下步骤：步骤一，将内燃机排烟管排出的高温尾气进行净化；步骤二，使净化后的高温尾气从蒸发室的下部进入蒸发室内，同时将原水经高温尾气加温后变成高温原水，再经蒸发室中部的雾化喷头喷出变成雾化高温原水，高温尾气与雾化高温原水在蒸发室内相遇后产生沸腾蒸发，变成高温水蒸汽；步骤三，高温水蒸汽经过蒸发室上部的冷凝换热室变成冷凝水；步骤四，冷凝水自冷凝水排出管排出，经净化后输入饮水箱。本发明能充分利用内燃机冷却水和尾气余热，传热效率高，产水量大，出水水质良好，可用于使用内燃机的地方或单位，也可以作为各种反渗透系统的前处理设备，可广泛应用于远洋航船或者出海渔船等在海上航行时间较长的中小型船。

Description

内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法及设备
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别是一种海水淡化和劣质水净化的方法及设备。
背景技术
众所周知，欲将海水、苦咸水和其他劣质水直接转变为可饮用的纯水是难度很大的工作。从世界范围看，淡化方法有许多种，目前苦咸水淡化大多采用反渗透法和电渗析法，海水淡化主要是蒸馏法和反渗透法。蒸馏法（包括多效蒸发ME，闪蒸FLASH和压汽蒸馏VC等）就是把苦咸水或海水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法主要优点是结构相对简单、操作容易、所得淡水水质好。缺点是初期投资大，能耗高（一般适合于有余热可利用的场合，如热电站），为降低运行成本，必须靠规模效应。不适合中小型设备开发。电渗析法（电渗析ED和电去离子EDI）是利用离子交换膜在电场作用下，分离盐水中的阴、阳离子，使淡水室中盐分浓度降低而得到淡水的一种膜分离技术。电渗析过程的能耗与给水含盐量有密切关系。给水含盐量越高，能耗越大。因此电渗析比较适合低浓度苦咸水的淡化。该技术成熟，工艺简单、除盐率较高、操作方便、不污染环境。但对原水水质要求严格、需进行多步骤预处理和经常更换离子交换膜。此外，电渗析不能去除水中有机物和细菌，设备运行能耗较大，使其在海水淡化中的应用受到限制，已逐渐被反渗透技术所取代。
反渗透法是在选择透过性膜的一侧加上比自然渗透更高的压力，把溶液中的水分子压到半透膜的另一边，从而获得淡溶液的技术。反渗透技术可以从水中除去90%以上的溶解性盐类和99%以上的胶体微生物及有机物。与其他水处理方法相比具有无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广、自动化程度高和出水质量好等优点。但反渗透技术需要严格的原水质量，如不能满足要求，则需复杂的预处理工艺和较贵的预处理设备。昂贵的反渗透膜组件的更换成本很高。有关部件（如高压泵）的成本和消耗也不低。反渗透的原水利用率不到50%，浓水的处理和由此带来的能耗也不能不考虑。如果完全采用海水膜淡化海水，除膜成本外，能耗也很高。
常规反渗透法工艺流程是：原水→预处理系统→高压水泵→反渗透膜组件→净化水。其中预处理系统视原水的水质情况和出水要求可采取粗滤、活性炭吸附、精滤等。必不可少的精滤过程，是为了保护反渗透膜、延长其使用寿命而设立的。另外，复合膜对水中的游离氯非常敏感。因而预处理系统中通常都需配备活性炭来吸附。此外，不同膜材料具有不同的化学稳定性，对pH值、余氯、温度、细菌和某些化学物质的敏感性不同，因而原水预处理的要求也不同。
一些新的发明力图将反渗透技术与其他技术相结合，以降低成本和能耗。比如将太阳能，风能和潮汐能引入反渗透，以解决无电和常规能源短缺地区人们的生活用水问题。但由于这些能源形式的低密度和不稳定性，至今为止，开发出的设备并未具有显著的优势。
现有海水淡化及水净化领域的相关专利有：
1、发明专利申请CN1279191A提出一种小型船用反渗透海水淡化器，该装置是采用高压泵直接由船上的动力柴油机通过皮带传动轮带动，皮带传动轮与船上动力柴油机之间设有离合器。淡化器采用浓水循环再利用的方式，以减少淡化器对海水的预处理量。但该技术用于船舶仍然有很多实际困难，包括海水预处理和部件结垢。运行成本和销售价格等问题。
2、发明专利CN110422043C提出一种利用发动机排气管尾气余热进行海水淡化的方法，该方法是将排气管余热引入曲面蒸发器，使蒸发器的温度上升到100℃以上，然后用喷头将海水喷洒在蒸发板表面产生水蒸汽，水蒸汽通过冷凝器时产生淡水，蒸发器蒸发海水时结晶的盐垢用未蒸发完的水流和水流带动的空气流冲刷而清除，然后流入海洋。该方法有两个主要不足，一是高温蒸发器表面的结垢和腐蚀。采用水流和空气流冲洗不能解决问题，因结垢一旦形成，就极难去除。正如烧水壶底部的水垢用水冲不掉一样。另一不足是传热效率受排气阻力的限制。内燃机气缸排气阻力须严格控制，否则工况恶化。效率将急剧下降。但为提高传热效率，必须增加传热面积，由此又会导致排气阻力过大。这是该技术的实质性矛盾。
3、发明专利申请CN101303186A涉及一种采用船舶柴油机余热为驱动热源的吸收式制冰机，主要由柴油机排烟转换器、烟气式再生器、吸收器、附制冰器的蒸发器、冷凝器组成。烟气式再生器分别与吸收器和冷凝器相连接，吸收器和附制冰器的蒸发器相连接，柴油机排烟转换器与船舶柴油机烟囱或排烟管相连接。通过附制冰器的蒸发器利用冷剂蒸发所提供的冷量，将泵入的海水制成二元冰。
4、发明专利申请CN101131268A也提出一种类似的利用渔船柴油机尾气的海水制冰机。这两个专利与前述专利2具有同样不足之处。
5、发明专利CN1253377C提出一种常温蒸馏海水淡化装置，包括电机、冷凝装置和至少一个汽化叶轮的蒸发器。该技术需额外能源加热蒸发，存在由此带来的各种局限。
发明内容
本发明的目的是提供一种内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法及设备，以解决当前的海水淡化及劣质水净化过程中存在的设备成本高、对原水水质要求偏高、设备运行不稳定、不易清理，以及处理后的水质不易达标的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
这种内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法，其特征在于有如下步骤：
步骤一，将内燃机排烟管排出的高温尾气进行净化；
步骤二，使净化后的高温尾气从蒸发室的下部进入蒸发室内，同时将原水经加温后变成高温原水，再经蒸发室中部的雾化喷头喷出变成雾化高温原水，高温尾气与雾化高温原水在蒸发室内相遇后产生沸腾蒸发，变成高温水蒸汽；
步骤三，高温水蒸汽经过蒸发室上部的冷凝换热室变成冷凝水；
步骤四，冷凝水自冷凝水排出管排出，经净化后输入淡水箱。
所述的原水可以是海水、河水、湖水、地下水、地表水、具有高浓度盐碱成分、高硬度、高氟、高砷、高铁锰、低碘、低硒等不适合饮用的劣质水、工厂排放的工业污水或居民区排放的生活污水。
所述高温原水变成雾化高温原水的方法可以是喷射雾化法、超声雾化法或机械雾化法。
所述步骤二中原水经加温后变成高温原水的方法可以采用将原水经过蒸发室上部的冷凝换热室与高温水蒸汽进行换热后升温的方法，或是采用内燃机开式冷却系统排出的热海水或劣质水的方法，或是采用内燃机闭式冷却系统中与循环淡水换热后升温的方法，或是采用将海水、劣质水直接加热的方法。
所述原水与高温水蒸汽进行换热的方法可以是高温尾气和高温水蒸汽从冷凝管内通过，常温原水从冷凝管外流过，或者常温原水从冷凝管内流过，高温尾气和高温水蒸汽在冷凝管外流过。
所述步骤四所述的净化包括活性炭滤层过滤吸附法、反渗透法或调整淡水/净化水pH值的方法。
这种内燃机辅助海水淡化/劣质水净化的设备，包括原水管、蒸发室、冷凝换热室和淡水箱，所述蒸发室的下部有进气口，蒸发室的中部有雾化喷头，冷凝换热室位于蒸发室的上部，蒸发室的顶部有排烟口，所述蒸发室下部的进气口与设于蒸发室内侧或外侧的尾气净化器连接，尾气净化器的尾气入口与内燃机排烟管连通，所述原水管与冷凝换热室内的水腔或冷凝管连通，冷凝换热室的冷凝水自冷凝水排出管排出，冷凝水排出管与淡水箱连通，淡水箱下部有出水口。
所述尾气净化器设于蒸发室内部，尾气净化器内竖向排布有电晕管，各电晕管与直流高压发生器的正极相连，电晕管之间设有金属丝，各金属丝与直流高压发生器的负极相连；尾气净化器顶部有锥形帽，锥形帽下方有净化尾气出口，蒸发室侧壁在与净化室顶部相对处设有窗口；尾气净化器底部有尾气颗粒物排口；尾气颗粒物排口与蒸发室底部的活动底板之间留有间距；蒸发室上部一侧由法兰盘与冷凝换热室一侧连接，冷凝换热室内竖向排布有冷凝管，冷凝管内壁分布有换热肋片，原水管上串联有粗滤器和泵，原水管与冷凝换热室的原水腔连通，其原水腔出水口经管道与伸入蒸发室内部的雾化喷头连通，冷凝换热室的冷凝水自冷凝管排出，再经冷凝水排出管排入淡水箱内，淡水箱内部设有活性碳滤层。
所述尾气净化器设于蒸发室外部，尾气净化器内竖向间隔分布有过滤材料层和电热丝，电热丝与加热电源连接，蒸发室底部有活动底板，蒸发室的中部的雾化喷头与柴油机气缸套冷却水出水口连接，原水管一端连接在柴油机气缸套冷却水进水管上，原水管上连接有控制阀，原水管另一端与冷凝换热室内的冷凝管连通，冷凝管在冷凝换热室内斜向排布，冷凝管外壁分布有换热肋片，冷凝管最低处与排水管连接，冷凝管最低处下方设有淡水收集槽，淡水收集槽与冷凝水排出管连接，冷凝水排出管再经反渗透器与淡水箱连接。
所述尾气净化器可以是高温尾气净化器、三效催化净化器、过滤器或静电除尘器；所述高温尾气净化器，包括筒形外壳，外壳一端为尾气入口，另一端为尾气出口，外壳内部沿轴向间隔分布有电晕管和金属丝，二者分别由电线与高压发生器的正极和负极相连，外壳内部临近尾气出口处竖向分布有电热丝，电热丝转弯处由陶瓷件与外壳内壁固定；电热丝经整流器与电源连接。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
1、基本原理
本发明用净化后的内燃机高温尾气直接加热原水（包括内燃机冷却水或尾气冷却水），通过沸腾蒸发，冷凝和后处理工序产生淡水或净化水。
2、原水来源
     对于海水淡化，所用原水包括：
（1）内燃机开式冷却系统排出的具有一定温度的热海水，温度一般为60-90℃。内燃机冷却方式分为风冷和水冷两大类，风冷多用于小型发动机上。船用柴油机多采用水冷却系统，它又可分为两类：开式冷却系统是用海水泵将海水从舷外吸入送至柴油机缸套冷却空腔，冷却换热后又排至舷外。闭式冷却系统是用淡水循环冷却柴油机，而受热的淡水再用海水来冷却。
（2）内燃机闭式冷却系统中，用于冷却循环淡水的海水。水温约40-60℃。
（3）本发明提出的海水淡化系统中，通过换热以冷却水蒸汽的海水（或称尾气冷却水）。水温范围为50-80℃。
（4）直接抽取的海水，水温取决于地理位置和季节。
所谓劣质水是指各种具有高浓度盐碱成分，高硬度、高氟、高砷、高铁锰、低碘、低硒等特征的不适合饮用的地下或地表水，以及工厂或居民区排放的工业和生活污水。
劣质水净化的原水包括：
（1）内燃机开式冷却系统排出的具有一定温度的热劣质水。温度一般为60-95℃。
（2）内燃机闭式冷却系统中，用于冷却循环淡水的劣质水。水温约40-60℃。
（3）本发明提出的净化系统中，通过换热以冷却水蒸汽的劣质水（尾气冷却水）。水温范围为50-80℃。
（4）直接抽取的或排放出的劣质水。水温取决于具体情况。
3、主要热源
（1）原水自带的热能。
按200马力船用柴油机开式冷却系统排出的热海水（水温75℃，流量6t/h）计算，可用热能达33000千卡/h。
（2）内燃机燃烧后的尾气所含余热。
该部分能量能占燃油燃烧总能的30%以上。柴油机尾气的温度一般可达300-650℃。怠速时也有200℃以上。汽油机尾气温度更高。这部分能是本发明设备运转的主要能源。
4．换热方式
    分为两个步骤：经净化后的高温尾气进入蒸发室后，直接吹向呈雾状喷出的具有较高温度的原水，使绝大部分原水立即沸腾蒸发成为水蒸汽。只要原水喷出方向和尾气吹送的方向，速度和风压恰当，蒸发后留下结晶盐和其他固体杂质将直接堆积在蒸发室并被定期清除。而温度下降的尾气与大量水蒸汽一道上升，进入冷凝换热室。
这种不通过换热器，将尾气高温热能直接转换为原水相变能（汽化热）的方式，属于直接接触传热。高温尾气与雾状原水直接接触，使得气液混合与搅动十分强烈，与常规间接传热相比，大大增加了气液间的传热面积，强化了传热过程，热效率接近100％。且排烟阻力小，最终排放的烟气温度低，设备维护简单，运行成本低，适合大流量的液体蒸发和连续运转。更重要的是，由于没有固定的传热面，不存在传热面上的结晶、结垢和腐蚀等问题。特别适于易结晶和易结垢的液体（如海水和苦咸水）的加热蒸发。
原水的雾化程度是传热效率高低的关键。雾化后的液滴越细，与高温尾气接触面积就越大，蒸发就越彻底而迅速。传热效率就越高。雾化方式有如下几种：
（1）超声雾化。超声雾化是成熟的技术，雾化后的液滴尺寸小而均匀。可以直接应用，但需一定能耗，且流量有一定限制。
（2）喷射雾化。即原水在高压下通过多个微孔喷射形成雾状。该方法需要用压力泵将原水加压。原水如采用直接来自内燃机的冷却水，可能压力不足。
（3）机械雾化。即采用各种机械方式将流动的原水打碎或搅碎成微小的液滴。这种方式虽然简单，但雾化效果不好。
本发明将采用前两种雾化方式。
在冷凝换热室中，含有大量水蒸汽的尾气通过换热部件，间接与冷海水或劣质水换热，水蒸汽冷凝为淡水或净化水并被收集。尾气温度进一步下降后排放到大气。被加热的海水或劣质水或者直接排放，或者作为系统的原水，被新的高温尾气加热蒸发成为淡水或净化水。
在此换热过程中，既可采用常规烟道式锅炉换热方法，即尾气和水蒸汽从多根烟道内通过，常温海水或劣质水从烟道外流过。二者通过金属烟道壁换热。也可反过来进行，即冷却水从多根换热管道内流过，尾气和水蒸汽在管道外流过。前一种方法，烟道内不易结垢，但尾气排放阻力稍大。后一种方法，阻力小，但长期使用后管道内可能结垢。因为海水中的某些物质的溶解度与温度成反比关系，比如CaSO4，温度超过95℃就会从水中析出，形成坚实的垢层粘附在器件表面，导致热传递效率降低。所以需在此换热过程中，将管壁温度控制在80-90℃以下。尽管如此，仍不能完全避免冷凝管内壁结构。所以冷凝管设计成可以拆卸，等使用一段时间后，拆下用化学除垢剂冲洗去垢后，安装上重新使用。其他有结垢倾向的部件，如原水喷头，也可作类似设计和处理。
5、尾气净化方式
一方面，各国对内燃机尾气排放已日趋严格。如国标GB/T15097-2008，GB/8840-2009中，对船用柴油机烟度，CO，NO（氮氧化物）和HC的排放上限已有明确规定。所以尾气应净化后才能排放。另一方面，尾气是直接与原水接触，也必须先净化后才能用于蒸发原水，以避免污染生产的淡水或净化水。
内燃机尾气中有两类污染物，一是CO，SO，NO（氮氧化物）和HC等气态污染物。二是颗粒物（大多是未燃烧的碳颗粒），是柴油机排放黑烟中的主要污染物。
本发明中，尾气的净化有四种方式。
（1）采用三效催化净化器将上述气态污染物净化为CO2，H2O和N2等无害物质。这类内燃机用的净化器已完全商品化，可以根据内燃机型号直接购买或定制。
（2）采用过滤法去除颗粒物。即用固体滤材，通过拦截方式将颗粒物截流在滤材中。但由于颗粒物的积累，滤材的风阻会越来越大。可采用电加热方式将截流的颗粒物燃烧掉，以定期恢复原有的通畅。过滤体可以采用了陶瓷滤芯。过滤体上缠绕电阻丝。工作一段时间后，通过电加热，对沉积在过滤体上的微粒进行加热、着火、燃烧，使排气背压恢复正常。在加热期间，应关闭尾气进气阀，以避免再生时气流对过滤体的直接冲击，确保过滤体再生过程稳定、有效地进行。
（3）用常规的静电除尘法去除颗粒物。静电除尘器的工作原理是：含有颗粒物的烟气，从接有高压直流电源的阴极线(又称电晕极)和接地的阳极板或管之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与颗粒物相碰，使其荷以负电，荷电后的微粒在电场力的作用下，向阳极运动，到达阳极后，放出所带电子，沉积于阳极上，净化后的气体排出除尘器外。
静电除尘器有下列优点：  
a、净化效率高，能够铺集0.01微米以上的细粒。在设计中可以通过不同的操作参数，来满足所要求的净化效率。
b、阻力损失小，一般在20毫米水柱以下，这对于内燃机排烟很重要。
c、耗电较小，和旋风除尘器比较，即使考虑供电机组和振打机构耗电，其总耗电量仍比较小。
d、允许操作温度高，如SHWB型电尘器的允许操作温度为250℃，其他类型还有达到350～400℃或者更高的，完全可用于内燃机尾气净化。
e、处理气体流量范围大。但静电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等三个因素的影响。粉尘的比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流。比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象，都会造成除尘效率下降。柴油机尾气中的颗粒物的比电阻大小合适，完全能用静电法去除。静电除尘器的电源由控制箱、升压变压器和整流器组成。静电除尘器运行电压一般保持在40～75kV乃至100kV左右。
为了有效截留颗粒物，又不因颗粒物积累产生阻塞，可以将电热丝制成网络状，放置于电晕管后端的出口附近，并让其连接高压正极。带负电的颗粒物从电晕场出来后，即使丝网不够细密，也极易被带正电的丝网吸引并截留。待颗粒物积累到一定程度后，让电热丝通电发热，使积累的颗粒物（多为未燃烧的碳粒）氧化燃烧，生成CO2和H2O排放。这一再生过程只需持续几分钟，颗粒物清除完后，可重新装入淡水机使用。
（4）采用改进的静电法，同时去除颗粒物和部分气态污染物。即将常规静电除尘所需电压提高到能产生较高浓度臭氧的水平（一般在100KV以上），一方面，尾气中的颗粒物在这样的电晕场中带负电后，能被带正电的集尘极吸引而沉积，另一方面，尾气中的氧气（或引入的部分新鲜空气中的氧气）能转变为高浓度臭氧，使气态污染物能被氧化成为CO2和H2O，以及SO3和NO2等物质，后二者易溶于水生成酸，和原水中的各种阳离子结合后生成盐类，最终蒸发后作为固态杂质堆积在蒸发室，并被定期清除。其反应过程如下：
 CO+O(臭氧作用下)→CO2
 HC（化合物）+O(臭氧作用下)→CO2+H2O
 NO+O(臭氧作用下)→NO2
 SO+O(臭氧作用下)→SO2
 SO2+H2O→H2SO4
 H2SO4+Ca++→CaSO4    
6、原水净化方式
原水中含有多种溶解物和污染物，在上述过程中可得到不同程度净化。
（1）可溶性无机盐类（NaCl,MgCl2,CaSO4等）通过蒸发析出，堆积在蒸发室，被定期清除。
（2）不溶性固态物（泥沙，海藻等悬浮物或胶体）通过蒸发分离，堆积在蒸发室，被定期清除。
（3）可溶性有机污染物通过高温蒸发，与臭氧接触反应，大部分被氧化分解成无害物质。
（4）微生物与高温尾气和臭氧接触一定时间后，绝大部分已被杀死。
7、淡水或净化水的后处理
通过上述工艺过程生成的淡水或净化水中，仍含有少量可溶性污染物或固态杂质，作为直接饮用水，口感也需调整。可采用常规的饮用水净化方法作后处理，有以下几种方式。
（1）采用活性炭滤层过滤。活性炭层能够吸附大量溶解性有机物，截留微小颗粒物，改善口感。使用一段时间后再根据出水状况，决定是否更换滤层和调整酸碱度。
（2）pH值调整。与大多数水净化方法（如蒸馏或反渗透）一样，本发明技术生成的淡水或净化水，pH值会略偏酸性，可以根据具体情况，加碱进行调整。
（3）对于直饮水（直接由海水或劣质水生产饮用水）的情况（如供大型邮船或海岛驻军的饮水），可以采用反渗透方式进行后处理。在这一阶段使用反渗透技术，不需任何预处理工序，膜部件可以长期使用，基本不用维护，非常方便。换言之，本发明设备可以作为反渗透海水淡化的高效前处理器。
8、采用内燃机辅助海水淡化/劣质水净化设备的部分实验结果如下：  
（1）自制食盐水淡化
原水：TDS：15，010mg/L，pH=7.6，Conductivity：>1，500μs。水温23℃，细菌数(略不计)。
一次水：TDS：350mg/L，pH=6.6，Conductivity：55μs。水温19℃，细菌数(略不计)。
二次水：TDS：340mg/L，pH=6.5，Conductivity：15μs。水温22℃，细菌数(略不计)。
（2）浅层地下水净化
原水：TDS：13，405mg/L，pH=7.51，Conductivity：>1，500μs。水温21℃，细菌数>100/mL，浊度=5NTU。
一次水：TDS：250mg/L，pH=5.6，Conductivity：43μs。水温19℃，细菌数<100/mL。浊度<1NTU。
二次水：TDS：246mg/L，pH=5.5，Conductivity：14μs。水温20℃，细菌数(略不计)。浊度<1NTU。
（3）海水淡化
     原水：TDS：>35，000mg/L，pH=7.21，Conductivity：>1，500μs。水温25℃，细菌数>300/mL，浊度>5NTU。
 一次水：TDS：390mg/，pH=5.6，Conductivity：65μs。水温19℃，细菌数<100/mL。浊度<1NTU。
  二次水：TDS：376mg/L，pH=5.7，Conductivity：19μs。水温20℃，细菌数(略不计)。浊度<1NTU。
上述所谓一次水，是指从冷凝换热室出来的未经活性炭后处理的水。二次水则是经活性炭处理的水。
部分水质对比数据对比如下：  
水质  海水  自来水 名牌矿泉水  蒸馏水 盐水 盐水处理水 自来水处理水 海水处理水
pH     7.21    7.06    7.25          6.93    7.6         6.5          4.83              5.7 
μs  >1500  455       80            <10     >1500       15           <10                 19
本发明具有如下优点：
1．充分利用内燃机冷却水和尾气余热，传热效率非常高，非常节能。有些设计方案除了冷却水泵外，几乎无能耗。所以产水成本比自来水还低。是其他技术难以相比的。
2．产水量大，与200马力柴油机相配的淡水机，产水率可达100kg/h以上。用于装有400马力以上柴油机的海船，海岛或钻井单位，每小时可产直饮水200kg左右，足以维持150-200人的饮水或20-30人的生活用水。
3．出水水质良好，对铁、镁、钙、钾、氯化物等溶解性无机盐类及毒理学指标砷、氟化物的去除率达90%以上。对耗氧量、NH32N、NO-32N、NO22N及硅的去除率稍低，但如能完善后处理程序，完全能达到直饮水标准。
4．原水基本不需预处理。对海水水质无任何要求。与反渗透相比，有明显优势。
5．由于结构和工序简单，无高压部件，工作条件宽松，设备可靠性非常高。
6．除后处理所需活性炭滤材外，不需其他耗材，不用任何膜材料。设备运行成本极低。
7．没有高温传热面，不存在传热面结晶、结垢和腐蚀等问题。设备维护简单。
8．能附带改善内燃机排放状况，排放烟气能得到完全净化。
9．设备的原材料和部件制造成本很低，与其他水处理产品相比，市场竞争优势明显。
10．设备体积小，可以不改变原有内燃机结构，容易安装，适应范围很广。
根据本技术开发的设备主要用于使用内燃机的地方或单位，如各类船舶，采用柴油机发电的海岛或内陆村落，海上或陆地钻井队，用内燃机作动力源的中小型工厂等地方。也可以作为各种规模的反渗透系统的前处理设备，可广泛应用于远洋航船或者出海渔船等在海上航行时间较长的中小型船。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明实施例一一种可用于中小型船用淡化/净化设备的结构示意图。
图2是本发明实施例二一种可用于中型船用或单位用的海水/苦咸水直饮设备的结构示意图。
图3是本发明所用的高温尾气净化器的结构示意图。
附图标记：1－蒸发室、2－进气口、3－电晕管、4－金属丝、5－直流高压发生器、6－直流电源插头、7－锥形帽、8－雾化喷头、9－法兰盘、10－冷凝换热室、11－冷凝管、12－换热肋片、13－泵、14－粗滤器、15－原水管、16－排烟口、17－冷凝水排出管、18－淡水箱、19－活性炭滤层、20－净化室底开口、21－窗口、22－活动底板、23－出水口、24-尾气净化器、25-净化尾气出口、26－柴油机、27－内燃机排烟管、28－过滤材料层、29－电热丝、30－电热丝加热电源、31－柴油机冷却水泵、32－柴油机气缸套冷却水进水管、33－控制阀、34－反渗透器、35－排水管、36－柴油机气缸套冷却水出水口、37－淡水收集槽、38－尾气入口、39－高压发生器、40－整流器、41－尾气出口、42-陶瓷件、43-外壳。
具体实施方式
实施例一，参见图1所示，本实施例是一种可用于中小型船用的淡化/净化设备，它包括原水管15、蒸发室1、冷凝换热室10和淡水箱18，所述蒸发室的下部有进气口2，蒸发室的中部有雾化喷头8，冷凝换热室10位于蒸发室的上部，蒸发室的顶部有排烟口16，所述蒸发室下部的进气口与设于蒸发室内侧的尾气净化器24连接，尾气净化器24的尾气入口与内燃机排烟管27连通，尾气净化器内竖向排布有电晕管3，各电晕管与直流高压发生器5的正极相连，电晕管之间设有金属丝4，各金属丝与直流高压发生器5的负极相连；尾气净化器顶部有锥形帽7，锥形帽下方有净化尾气出口25，蒸发室侧壁在与净化室顶部相对处设有窗口21；尾气净化器底部有尾气颗粒物排口20；尾气颗粒物排口20与蒸发室底部的活动底板22之间留有间距；蒸发室上部一侧由法兰盘9与冷凝换热室10一侧连接，冷凝换热室内竖向排布有冷凝管11，冷凝管内壁分布有换热肋片12，原水管15上串联有粗滤器14和泵13，原水管15与冷凝换热室10的原水腔连通，其原水腔出水口经管道与伸入蒸发室内部的雾化喷头8连通，冷凝换热室10的冷凝水自冷凝管排出，再经冷凝水排出管17排入淡水箱18内，淡水箱内部设有活性碳滤层19，淡水箱下部有出水口23。
实施例二，参见图2所示，本实施例是一种可用于中型船用或单位用的海水/苦咸水直饮设备，它包括原水管15、蒸发室1、冷凝换热室10和淡水箱18，所述蒸发室的下部有进气口2，蒸发室的中部有雾化喷头8，冷凝换热室10位于蒸发室的上部，蒸发室的顶部有排烟口16，所述蒸发室下部的进气口与设于蒸发室外侧的尾气净化器24连接，尾气净化器24的尾气入口与内燃机排烟管27连通，尾气净化器内竖向间隔分布有过滤材料层28和电热丝29，电热丝29与加热电源30连接，蒸发室底部有活动底板22，蒸发室的中部的雾化喷头8与柴油机气缸套冷却水出水口36连接，原水管15一端连接在柴油机气缸套冷却水进水管32上，原水管上连接有控制阀33，原水管15另一端与冷凝换热室10内的冷凝管11连通，冷凝管在冷凝换热室内斜向排布，冷凝管外壁分布有换热肋片，冷凝管最低处与排水管35连接，冷凝管最低处下方设有淡水收集槽37，淡水收集槽37与冷凝水排出管17连接，冷凝水排出管17再经反渗透器34与淡水箱18连接，淡水箱下部有出水口23。
参见图3所示，图中是一种内燃机辅助海水淡化/劣质水净化的设备可采用的尾气净化器，尾气净化器可以是高温尾气净化器、三效催化净化器、过滤器或静电除尘器。所述高温尾气净化器，包括筒形外壳43，外壳一端为尾气入口38，另一端为尾气出口41，外壳内部沿轴向间隔分布有电晕管3和金属丝4，二者分别由电线与高压发生器39的正极和负极相连，外壳内部临近尾气出口处竖向分布有电热丝29，电热丝转弯处由陶瓷件42与外壳内壁固定；电热丝29经整流器40与交流电源连接。
为了满足远洋渔船船载要求，在防垢，船机接口设计和稳定性等方面，需采取针对性的解决措施。本发明对相关设备的设计要求如下：
1．良好的船机接口。
无淡水自给设施的远洋渔船，是本发明设备的主要应用市场。船机接口设计与渔船构造特征相匹配，是装置顺利装船的前提。渔船空间狭窄、排气管竖直安装、装备有三台发动机轮换工作等特点，都是装置设计的约束条件。淡水机尾气进口必须与柴油机排气管标准口径匹配。淡水机主机箱尺寸应尽可能小，最好安装在柴油机上方。狭窄的空间使冷凝传热面积的增大受到限制，要提高产水量，就必须采取各种强化传热措施。
2．有效的防垢。
结垢是影响海水淡化效率的主要因素之一。为防止换热管结构，管壁温度需严格控制。主机箱宜采用不锈钢材质。
3．足够的产水量。
海水淡化装置的淡水产量，要足够维持8～10名船员20-40天的生活需要。
4．抗振性。
在有锐角或直角过渡的管道中，海上船只的剧烈摇晃所产生的振动，使尾气的动态性能处于不稳定状态，会直接影响传热效率。因此，设备设计必须考虑抗振性。最好不用锐角或直角过渡的管道。
5．低流阻与压降。
尾气在管道中的流阻与压降过大，将使发动机因负荷增大而性能降低，甚至引发故障。所以在换热效率和风阻之间，应取得平衡。
一种内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法，其特征在于有如下步骤：
步骤一，将内燃机排烟管27排出的高温尾气进行净化；
步骤二，使净化后的高温尾气从蒸发室1的下部进入蒸发室内，同时将原水经加温后变成高温原水，再经蒸发室中部的雾化喷头8喷出变成雾化高温原水，高温尾气与雾化高温原水在蒸发室内相遇后产生沸腾蒸发，变成高温水蒸汽；
步骤三，高温水蒸汽经过蒸发室上部的冷凝换热室10变成冷凝水；
步骤四，冷凝水自冷凝水排出管17排出，经净化后输入淡水箱18。
所述的原水可以是海水、河水、湖水、地下水、地表水、具有高浓度盐碱成分、高硬度、高氟、高砷、高铁锰、低碘、低硒等不适合饮用的劣质水、工厂排放的工业污水或居民区排放的生活污水。
所述高温原水变成雾化高温原水的方法可以是喷射雾化法、超声雾化法或机械雾化法。
步骤二中原水经加温后变成高温原水的方法可以采用将原水经过蒸发室上部的冷凝换热室与高温水蒸汽进行换热后升温的方法，或是采用内燃机开式冷却系统排出的热海水或劣质水的方法，或是采用内燃机闭式冷却系统中与循环淡水换热后升温的方法，或是采用将海水、劣质水直接加热的方法。
所述原水与高温水蒸汽进行换热的方法可以是高温尾气和高温水蒸汽从冷凝管内通过，常温原水从冷凝管外流过，或者常温原水从冷凝管内流过，高温尾气和高温水蒸汽在冷凝管外流过。
步骤四所述的净化包括活性炭滤层过滤吸附法、反渗透法或调整淡水/净化水pH值的方法。

Claims (10)

1.一种内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法，其特征在于有如下步骤：
步骤一，将内燃机排烟管（27）排出的高温尾气进行净化；
步骤二，使净化后的高温尾气从蒸发室（1）的下部进入蒸发室内，同时将原水经加温后变成高温原水，再经蒸发室中部的雾化喷头（8）喷出变成雾化高温原水，高温尾气与雾化高温原水在蒸发室内相遇后产生沸腾蒸发，变成高温水蒸汽；
步骤三，高温水蒸汽经过蒸发室上部的冷凝换热室（10）变成冷凝水；
步骤四，冷凝水自冷凝水排出管（17）排出，经净化后输入淡水箱（18）。
2.根据权利要求1所述的内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法，其特征在于：所述的原水是海水、河水、湖水、地下水、地表水、具有高浓度盐碱成分、高硬度、高氟、高砷、高铁锰、低碘、低硒等不适合饮用的劣质水、工厂排放的工业污水或居民区排放的生活污水。
3.根据权利要求2所述的内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法，其特征在于：所述高温原水变成雾化高温原水的方法是喷射雾化法、超声雾化法或机械雾化法。
4.根据权利要求3所述的内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法，其特征在于：所述步骤二中原水经加温后变成高温原水的方法是采用将原水经过蒸发室上部的冷凝换热室与高温水蒸汽进行换热后升温的方法，或是采用内燃机开式冷却系统排出的热海水或劣质水的方法，或是采用内燃机闭式冷却系统中与循环淡水换热后升温的方法，或是采用将海水、劣质水直接加热的方法。
5.根据权利要求4所述的内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法，其特征在于：所述原水与高温水蒸汽进行换热的方法是高温尾气和高温水蒸汽从冷凝管内通过，常温原水从冷凝管外流过，或者常温原水从冷凝管内流过，高温尾气和高温水蒸汽在冷凝管外流过。
6.根据权利要求5所述的内燃机辅助海水淡化/劣质水净化方法，其特征在于：所述步骤四所述的净化包括活性炭滤层过滤吸附法、反渗透法或调整淡水/净化水pH值的方法。
7.一种内燃机辅助海水淡化/劣质水净化的设备，包括原水管（15）、蒸发室（1）、冷凝换热室（10）和淡水箱（18），其特征在于：所述蒸发室的下部有进气口（2），蒸发室的中部有雾化喷头（8），冷凝换热室（10）位于蒸发室的上部，蒸发室的顶部有排烟口（16），所述蒸发室下部的进气口与设于蒸发室内侧或外侧的尾气净化器（24）连接，尾气净化器（24）的尾气入口与内燃机排烟管（27）连通，所述原水管（15）与冷凝换热室（10）内的原水腔或冷凝管连通，冷凝换热室（10）的冷凝水自冷凝水排出管（17）排出，冷凝水排出管（17）与淡水箱（18）连通，淡水箱下部有出水口（23）。
8.根据权利要求7所述的内燃机辅助海水淡化/劣质水净化的设备，其特征在于：所述尾气净化器（24）设于蒸发室内部，尾气净化器内竖向排布有电晕管（3），各电晕管与直流高压发生器（5）的正极相连，电晕管之间设有金属丝（4），各金属丝与直流高压发生器（5）的负极相连；尾气净化器顶部有锥形帽（7），锥形帽下方有净化尾气出口（25），蒸发室侧壁在与净化室顶部相对处设有窗口（21）；尾气净化器底部有尾气颗粒物排口（20）；尾气颗粒物排口（20）与蒸发室底部的活动底板（22）之间留有间距；蒸发室上部一侧由法兰盘（9）与冷凝换热室（10）一侧连接，冷凝换热室内竖向排布有冷凝管（11），冷凝管内壁分布有换热肋片（12），原水管（15）上串联有粗滤器（14）和泵（13），原水管（15）与冷凝换热室（10）的原水腔连通，其原水腔出水口经管道与伸入蒸发室内部的雾化喷头（8）连通，冷凝换热室（10）的冷凝水自冷凝管排出，再经冷凝水排出管（17）排入淡水箱（18）内，淡水箱内部设有活性碳滤层（19）。
9.根据权利要求7所述的内燃机辅助海水淡化/劣质水净化的设备，其特征在于：所述尾气净化器（24）设于蒸发室外部，尾气净化器内竖向间隔分布有过滤材料层（28）和电热丝（29），电热丝（29）与加热电源（30）连接，蒸发室底部有活动底板（22），蒸发室的中部的雾化喷头（8）与柴油机气缸套冷却水出水口（36）连接，原水管（15）一端连接在柴油机气缸套冷却水进水管（32）上，原水管上连接有控制阀（33），原水管（15）另一端与冷凝换热室（10）内的冷凝管（11）连通，冷凝管在冷凝换热室内斜向排布，冷凝管外壁分布有换热肋片，冷凝管最低处与排水管（35）连接，冷凝管最低处下方设有淡水收集槽（37），淡水收集槽（37）与冷凝水排出管（17）连接，冷凝水排出管（17）再经反渗透器（34）与淡水箱（18）连接。
10.根据权利要求7所述的内燃机辅助海水淡化/劣质水净化的设备，其特征在于：所述尾气净化器是高温尾气净化器、三效催化净化器、过滤器或静电除尘器；所述高温尾气净化器，包括筒形外壳（43），外壳一端为尾气入口（38），另一端为尾气出口（41），外壳内部沿轴向间隔分布有电晕管（3）和金属丝（4），二者分别由电线与高压发生器（39）的正极和负极相连，外壳内部临近尾气出口处竖向分布有电热丝（29），电热丝转弯处由陶瓷件（42）与外壳内壁固定；电热丝（29）经整流器（40）与电源连接。
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