CN101863522B

CN101863522B - 柴油机尾气海水淡化器

Info

Publication number: CN101863522B
Application number: CN2009102732982A
Authority: CN
Inventors: 姜长生; 朱征东
Original assignee: HUANGSHI GAONAISI THERMAL EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: HUANGSHI GAONAISI THERMAL EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: CN101863522A

Abstract

本发明是一种海上船用的柴油机尾气海水淡化器，它具有加热蒸发箱，箱体上设有海水进水管及排放管，加热蒸发箱的上方设置有蒸汽箱，两箱贯通连接，特别是：a.在加热蒸发箱内安装有若干排加热管，所有加热管的两端口分别连通设在加热蒸发箱外部的烟气进口及烟气出口；b.在加热蒸发箱的外部装有浮球开关水箱，该水箱上下端分别设有液面连通管及气面连通管，两管与加热蒸发箱的内腔上下部连通，且在水箱上安装有浮球开关，浮球开关控制连接海水进水管；c.在所述蒸汽箱中安装有冷凝器，冷凝器的底部设有淡水出口，冷凝器的壳体中段上部开设有蒸汽进口；本发明能在常温常压下完成蒸发制造淡水，结构简单，制造成本低，可广泛用于小型运输船、渔船。

Description

柴油机尾气海水淡化器

(一)技术领域：本发明涉及热交换技术领域，是应用于柴油机动力海上作业船及海岛上柴油机发电机组上的一种柴油机尾气海水淡化器。

(二)背景技术：地球上的淡化水资源日益贫乏。世界各地日益重视海水淡化技术。尤其是中东临海国家，相继建成大规模的海水淡化工厂。中国也是一个淡水资源贫乏的国家。虽然还没有达到影响生存的地步，但在广大的沿海地区，大量的岛屿居民和大量的海上作业船只严重缺少淡水或靠陆地运送淡水才能生存。

海水淡化技术很多，主要有蒸馏法、冻结法、反渗透法、离子迁移法等。都能进行大规模生产，但现实可行的技术是蒸馏法和反渗透法。反渗透法是利用过滤的原理，用只允许水分子通过的半透膜来达到将海水和盐及其它杂质分离的目的。

反渗透设施生产纯水的关键有两点：一是半透膜。半透膜是由具有高度矩阵结构的聚合纤维素组成的。它的孔径只有0.1纳米到1纳米。二是一定的压力，用以克服渗透压，使水分子能通过半透膜。

反渗透法海水淡化的主要特点是：能进行大规模生产，具有相对其它方法能耗最低。主要缺点是：设备结构较大，初期投入高，半透膜主要依赖进口，价值较高，需经常更换，使用成本高。

蒸馏法是一种最古老的原理最简单的方法，只要将水加热到沸腾状态，将产生的蒸汽冷凝后就可获得淡水。如果利用废热能，就成为一种最可取的方法而被人们首选。现在世界上的一些大型海水淡化工厂，都是与大量余热的热电厂建在一起。

我国最早在上世纪七十年代就用蒸馏法制造船用海水淡化器。该种淡化器是利用柴油机缸套水余热将海水加热后送入人造真空室蒸发冷凝成淡水。由于缸套水的温度一般在80℃以下，在常压下不能将海水加热到沸腾状态。只能在真空状态下蒸发。蒸发腔内的海水随着不断的蒸发制造淡水。蒸发腔内的盐浓度不断升高，当盐度达到一定的量，通过电子盐度控制仪控制排出盐水。同时加入新鲜海水，重新加热蒸发。因此，现有的海水淡化器中设有真空装置，其结构复杂，制作成本很高，一般民用船只很少应用。该种海水淡化器在应用范围上有很大的局限性。对于2000KW以下的柴油机，由于循环缸套水的水量有限，所含的热量有限，不宜匹配这种海水淡水器。对于3000KW以上的柴油机，用缸套水热量进行海水淡化的能力也就在1吨/天/1000KW左右。因此，到目前为止，应用该种海水淡化器的船只一般是大功低速柴油机的远洋运输船和军用潜艇等。

(三)发明内容：本发明的目的就是要解决现有船用海水淡化器结构复杂，制造成本高，淡水产量低的问题，提供一种柴油机尾气海水淡化器。

本发明的具体方案是：设计有加热蒸发箱，箱体上设有海水进水管及排放管，加热蒸发箱的上方设置有蒸汽箱，两箱贯通连接，其特征是：a.在加热蒸发箱内安装有若干排加热管，所有加热管的两端口分别连通设在加热蒸发箱外部的烟气进口及烟气出口；b.在加热蒸发箱的外部装有浮球开关水箱，该水箱上下端分别设有液面连通管及气面连通管，两管与加热蒸发箱的内腔上下部连通，且在水箱上安装有浮球开关，浮球开关控制连接海水进水管；c.在所述蒸汽箱中安装有冷凝器，冷凝器的底部设有淡水出口，冷凝器的壳体中段上部开设有蒸汽进口。

为有效防止加热蒸发箱中的海水在船只摇摆时溅入冷凝器内污染淡水，本发明在加热蒸发箱与蒸汽箱的连接处加装有汽水分离器。当然还可以采用其它隔离措施，如在冷凝器的蒸汽入口处加装挡板等。

为提高蒸发效率，本发明在蒸汽箱内或冷凝器内设置有预热水管，预热水管的进水口外接海水供水泵，出水口连接浮球开关的进水口。

为提高浮球使用寿命，本发明在所述浮球开关水箱内安装有冷却器。

为提高换热效率，同时具有消声效果，本发明中在所述加热蒸发箱内安装的每排加热管是由多层U型管套装组成。

为减小加热蒸发水箱内的海水荡动，本发明中所述加热蒸发箱之箱体为上小下大的四棱锥体。

为使本发明装在柴油机排烟道中不对柴油机产生背压，本发明中所述蒸发箱内的所有加热管叠加之流通面积≥1.25倍的柴油机烟道流通面积。

为方便掌握加热蒸发箱内的水位，本发明在所述浮球开关水箱或加热蒸发箱上装有液位计。

本发明采用蒸馏法制造淡水。利用柴油机尾气废热能在不影响柴油机性能状态下，将海水在常温下加热到沸腾状态，在常压下蒸发，通过冷凝器凝结成可供人们日常生活使用的淡水。

本发明中具备以下主要设计特点：1.设计有浮球开关水箱。海水淡化器的蒸发量随着柴油机功率状况的变化而变化，大功率状态工作时，蒸发量增大，腔内水位下降快，盐度增加也快，补给水需要加大；小功率状态工作时，蒸发量减少，腔内水位下降慢，补给水需要减小。这些过程是通过浮球开关来自动控制。在加热蒸发箱外设置一个与蒸发腔连通的浮球开关水箱。水箱的液面与加热蒸发箱内的液面相同，当箱内液位降低快时，开关开度大，补给水加大；当箱内液位上升时，开关开度小，补给水减小或关闭。为避免当船体摇晃时，腔内水位波动造成浮球开关误操作，浮球开关最好设置在箱体之外，因开关箱很小，箱内液面相对稳定。同时为避免浮球长期在高温状态工作，在开关箱下端设置有一个冷却器，降低开关箱内的水温，延长使用寿命(不锈钢球在高温下容易腐蚀)。2.海水淡化器在正常工作过程中，必须不断补给海水。一方面是为了补偿蒸发了的水量，另一方面是为保证蒸发腔内海水盐度不致于过高。蒸发腔内的水需不断排放，也要及时补充新鲜海水。通常补给水量等于蒸发水量与排放水量之和。如果直接将常温海水补充进蒸发腔，将会使腔内温度降低，影响蒸发量。为了使补给水在进入蒸发腔内之前基本达到腔内水温，而又不能消耗尾气的热量，就将进水管通过一组预热水管，这组预热水管在冷凝蒸汽的同时也加热了管内海水，将加热了的海水再送入蒸发腔内，就可以维持腔内水温，使之不间断地蒸发，大大提高了蒸发量；3.尾气加热管采用多层“U”型管设计。结构紧凑，换热特性好。并且当管内流通面积大于原烟道通流面积的1.25倍时，其排放阻力极小，不对柴油机产生背压。同时由于“U”型管的长度长短不一，气流流经的长度不同，产生较好的消声效果。还有因加热管内壁有一定的粗糙度，可以吸集烟气中一定量的烟尘，提高了尾气的排放标准；4.船用尾气海水淡化器在海上通常会遇到船体剧烈摇晃的情况，这样就会使腔内海水剧烈荡动，有可能使海水直接进入冷凝腔，污染了淡水。为避免这种情况，本发明方案中采取了两项措施。一是将加热蒸发腔外形设计成四棱锥体，上小下大，可相对使腔内海水荡动减小，二是在冷凝腔进口外设置汽水分离器阻挡海水的直接进入。

本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

1.余热利用效率高。柴油机的柴油燃烧后的热量只有40％左右转换成机械功，40％左右的热量是从尾气排放的。其余的20％是通过水循环，润滑油循环和机体散出的热量所消耗。因此用尾气废热进行海水淡化，可达到每100KW可制淡水1吨/天。

2.结构简单，几乎没有电元器件。设备造价低廉。目前市场的缸套余热海水淡化器的价格大约为20万元/吨/日，而本发明设备价格仅为现有淡化器的1/10左右。

3.运行可靠，完全实现无人操作。因本发明设备基本没有手动控制系统，只需不断供水就行。而缸套水余热海水淡化操作系统很复杂。如有真空抽气系统，盐度报警系统，热海水泵，冷海水泵，淡水泵，各种阀门等。不能实现无人操作，且运行故障隐患多。

4.无需消耗电能，运行成本很低。本发明设备只需将柴油机上的海水泵分一支较小压力和流量的海水就行。无需采用单独海水泵供水，因此完全无能耗。

5.本发明设备与柴油机匹配后，可起到降低噪音和提高尾气排放标准的作用，绿色环保。

6.设备适用范围广，最小可匹配100KW的柴油机。

(四)附图说明：

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的左视图；

图3是本发明的右视图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明的后视图。

图中：1-排放管，2-加热蒸发箱，3-液面连通管，4-浮球开关水箱，5-连通管，6-海水进水管，7-浮球开关，8-连通管，9-冷凝器出水口，10-旁通管，11-冷凝器进水口，12-冷凝器，13-气面连通管，14-蒸汽进口，15-蒸汽箱，16-淡水出口，17-烟气出口，18-烟气进口，19-浮球，20-液位计，21-冷却器，22-U型加热管，23-换热管，24-冷凝器壳体，25-预热水管，26-气水分离器。

(五)具体实施方式：

参见图1、2、3、4、5，本发明采用不锈钢板焊制成上小下大的四棱锥加热蒸发箱2(当然，其它形状的箱体也是可行的)，箱体2上设有海水进水管6及排放管1，加热蒸发箱2的上方设置有蒸汽箱15，两箱贯通连接，特别：a.在加热蒸发箱2内安装有六排加热管，每排加热管由五层U型加热管22套装组成(见图3)，所有加热管的两端口分别连通设在加热蒸发箱2外部的烟气进口18及烟气出口17；为使柴油机不产生背压，本实施例中特别设计，所有加热管叠加之流通面积≥1.25倍的柴油机烟道流通面积；b.在加热蒸发箱2的外部装有浮球开关水箱4，该水箱4上下端分别设有液面连通管3及气面连通管13，两管与加热蒸发箱2的内腔上下部连通，且在水箱上安装有浮球开关7，配有浮球19置于浮球开关水箱4中，浮球开关7控制连接海水进水管6；c.在所述蒸汽箱15中安装有冷凝器12(该冷凝器12由筒形壳体24及壳体内的多根换热管23组成)，冷凝器12的底部设有淡水出口16，冷凝器12的壳体中段上部开设有蒸汽进口14(最好为左右两个，呈长方窗口形)。在冷凝器12内还设置有预热水管25，预热水管25的进水口通过旁通管10与冷凝器12的进水口11连接一起，外接海水供水泵，出水口通过连通管8连接浮球开关7的进水口。

本实施例中还在所述浮球开关水箱4内安装有冷却器21。并且在所述浮球开关水箱4或加热蒸发箱2上装有液位计20。为结构紧凑，所述冷却器21是采用连通管5与冷凝器12的出水口9连通供水冷却。

Claims

1.柴油机尾气海水淡化器，具有加热蒸发箱，箱体上设有海水进水管及排放管，加热蒸发箱的上方设置有蒸汽箱，两箱贯通连接，其特征是：a.在加热蒸发箱内安装有若干排加热管，所有加热管的两端口分别连通设在加热蒸发箱外部的烟气进口及烟气出口；b.在加热蒸发箱的外部装有浮球开关水箱，该水箱上下端分别设有液面连通管及气面连通管，两管与加热蒸发箱的内腔上下部连通，且在水箱上安装有浮球开关，浮球开关控制连接海水进水管；c.在所述蒸汽箱中安装有冷凝器，冷凝器的底部设有淡水出口，冷凝器的壳体中段上部开设有蒸汽进口。

2.根据权利要求1所述的柴油机尾气海水淡化器，其特征是：在加热蒸发箱与蒸汽箱的连接处加装有汽水分离器。

3.根据权利要求1所述的柴油机尾气海水淡化器，其特征是：在蒸汽箱内或冷凝器内设置有预热水管，预热水管的进水口外接海水供水泵，出水口连接浮球开关的进水口。

4.根据权利要求1所述的柴油机尾气海水淡化器，其特征是：在所述浮球开关水箱内安装有冷却器。

5.根据权利要求1所述的柴油机尾气海水淡化器，其特征是：在所述加热蒸发箱内安装的每排加热管是由多层U型管套装组成。

6.根据权利要求1所述的柴油机尾气海水淡化器，其特征是：所述加热蒸发箱之箱体为上小下大的四棱锥体。

7.根据权利要求1所述的柴油机尾气海水淡化器，其特征是：所述蒸发箱内的所有加热管叠加之流通面积≥1.25倍的柴油机烟道流通面积。

8.根据权利要求1所述的柴油机尾气海水淡化器，其特征是：在所述浮球开关水箱或加热蒸发箱上装有液位计。