CN103145207B - 一种船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，该海水淡化装置包含蒸汽发生器、第一冷凝换热器、第二冷凝换热器、排污换热器、淡水储存器、输送管道以及PID控制器。蒸汽发生器为罐状，其内部下方设有烟气加热器，内部上方设有收水器，蒸汽发生器内还设有水位控制器和温度感应器；温度感应器与设在蒸汽发生器外部的数据采集仪相连，数据采集仪向PID控制器输入数据；输送管道包含海水管道、蒸汽管道以及排污管道。本发明提供的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，首先利用船用轮机产生的烟气加热海水使之沸腾，然后通过利用水蒸气潜热以及定量排污的热量两级加热新鲜海水从而提高新鲜海水进入蒸汽发生器的温度，进而提高废热的有效利用。

Description

一种船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置

技术领域

本发明涉及一种海水淡化装置，具体地，涉及一种船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置。

背景技术

目前船舶的淡水主要来自陆地，靠储备会占用船的空间并且增加负荷，利用海水制取淡水为一种较为理想的制水方式，海水淡化主要有反渗透法，闪蒸法，蒸馏法等。

船用半透膜反渗透法装置复杂，成本较高，海水需要预处理，淡水产水率以及淡水品质受到进水水质影响较大。

闪蒸法的原理是将加热后的海水输入到负压容器进行蒸发，目前船用海水淡化器是利用柴油机缸套冷却水余热将海水加热后送入真空室进行真空蒸发冷凝成淡水，由于缸套冷却水温度在80℃左右，所以被加热的海水只有在负压状态下才能蒸发，而产生负压需要动力以及负压装置，结构复杂且成本高，在应用上受到限制，一般小型民用船只很少应用。同时由于缸套循环水量有限，该海水淡化器仅用于大功率远洋船或者军用船只。

蒸馏法是一种传统的原理简单的方法，其方法是将海水加热至沸腾，将产生的蒸汽冷凝后获得淡水。蒸馏法是目前许多船舶制备淡水的主要方法，蒸馏法制备淡水的设备较为简单无需制造负压的动力设备，对海水的品质要求不高，无需进行海水预处理，由于制取过程是将海水蒸发后冷凝，其制备淡水的出水品质较高。蒸馏法的主要缺点是设备结垢严重，并且能耗很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于海水淡化领域的根据传热学相关原理高效利用船用轮机尾气余热进行海水淡化的装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的该海水淡化装置包含蒸汽发生器、第一冷凝换热器、第二冷凝换热器、排污换热器、淡水储存器、输送管道以及PID控制器（Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分控制器）。

所述的蒸汽发生器为罐状，内部下方设有烟气加热器，内部上方设有收水器，在其内还设有水位控制器和温度感应器；所述的温度感应器与设在蒸汽发生器外部的数据采集仪相连，所述的数据采集仪向PID控制器输入数据；所述的输送管道包含海水输送管道、蒸汽输送管道以及排污管道；所述的海水管道分别与第一冷凝换热器和第二冷凝换热器相连接，第一冷凝换热器的另一端通过海水输送管道依次与排污换热器以及蒸汽发生器相连接，第二冷凝换热器的另一端为海水排出管道；所述的排污换热器新鲜海水出口与蒸汽发生器之间的海水输送管道上还依次设有PID控制阀和水位控制阀；所述的PID控制阀与PID控制器相连，所述的水位控制阀与水位控制器相连；所述的蒸汽输送管道设置在所述蒸汽发生器的顶端，并依次从第一冷凝换热器的内部和第二冷凝换热器的内部穿过，管道内部加设翅片，所述蒸汽输送管道的末端与淡水储存器连接；所述的排污管道设置在所述蒸汽发生器的底端，并从所述排污换热器的内部穿过，所述排污管道的末端为排污口。

所述的该海水淡化装置的海水升温为双级升温，分别通过冷凝换热器和排污换热器进行。第一冷凝换热器是利用的蒸汽输送管道中的蒸汽潜热实现新鲜海水第一级升温；排污换热器是利用的蒸汽发生器排出的废水的显热实现新鲜海水第二级升温。即第一级是新鲜海水与冷凝换热器换热升温，这一级换热是海水吸收从蒸汽发生器中蒸发出来的水蒸气的汽化潜热；第二级是新鲜海水与排污出的高浓度盐水换热，这一级新鲜海水吸收的是排污水的显热热量。

所述的该海水淡化装置的蒸汽冷凝为双级冷凝，蒸汽在第一冷凝换热器中被首先冷凝，为确保蒸汽全部冷凝成液态水，再通过第二冷凝换热器，进而将制得的淡水储存在淡水储存器中。即，第一级冷凝时新鲜海水被加热使得其温度升高，该第一级主要是要求保证新鲜海水温度的升高，第二级冷凝是通过大量的海水冷凝蒸汽，第二级是为了保证蒸发出的水蒸气都能冷凝成液态水，即使得通过第一冷凝换热器后尚未冷凝的水蒸汽强化冷凝，从而提高产水率。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的海水输送管道上从起始一端依次设有过滤网、补给水泵、海水预处理器以及第一流量调节阀，第一流量调节阀另一端的海水输送管道分别与第一冷凝换热器和第二冷凝换热器相连。海水经过补给水泵升压后进入海水预处理器进行初步处理，防止泥沙带入蒸汽发生器。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的第一冷凝换热器与第一流量调节阀之间的海水输送管道上还设有第二流量调节阀。第二流量调节阀和第一流量调节阀用来分配海水进入第一冷凝换热器、第二冷凝换热器的水流量。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的排污口前方的排污管道上设有排污控制阀。本装置采用差量水位补给，蒸汽发生器蒸发水量为进入水位控制阀与排污控制阀的水量差值。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的蒸汽发生器通过所述的排污控制阀进行强制连续排污，排污量为进入蒸汽发生器新鲜海水量的5~15%，避免发生器中盐分浓度升高，从而减缓和防止结垢现象。 

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的PID控制器还控制所述的烟气加热器的烟气进入量，所述的烟气为轮船发动机尾气，其温度高于200℃均可满足传热要求。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的温度感应器为pt100或者铠装T型热电偶的温度感应器，设在所述烟气加热器上。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的温度感应器测得的温度低于105℃时，所述的PID控制器通过PID控制阀减少海水进水量；当所述测得的温度高于120℃时，通过所述的PID控制器，增加海水进水量或减少烟气进入量。从而将蒸汽发生器中的沸腾状态控制在核态沸腾状态，避免过度沸腾影响换热，或者温度低于核态沸腾而引起蒸汽产出率低。即，当温度小于105℃时，此时蒸汽发生器中属于对流换热，蒸汽产出量小，应减少海水的供入，当温度达到105~115℃时，进入核态沸腾，此时蒸汽产生量较大，属于稳定状态。当温度超过120℃时，蒸汽发生器内达到过度沸腾，出现沸腾危机，此时通过PID控制器，迅速加大进水量或减少烟气通过量。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的收水器上设有波纹通道，通道宽度为2~10mm。该收水器可以将蒸汽发生器爆沸带出的海水水汽俘获仅让水蒸气通过，从而提高蒸馏出水蒸气的纯度和品质。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的水位控制器位于所述的收水器下方，以及水面上方。该水位控制器可以通过水位控制阀控制海水进水量，避免蒸汽发生器中水位过高。

上述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其中，所述的第二冷凝换热器的海水流量为第一冷凝换热器海水流量的3~10倍。

本发明提供的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置具有以下优点：

本发明就是针对现有技术的缺点，采用的是连续强制排污联动法，即按照一定的进入海水比例强制连续排污，避免发生器中盐分浓度升高，从而减缓和防止结垢现象。同时针对蒸馏法能耗高的特点，利用的是发动机排放的尾气废热作为热源，目前船用柴油发动机尾气的热量约占总能量的30%以上，其温度为400℃左右，利用这部分能量制取淡水，具有良好的前景和效果。同时采用的是新鲜海水两级升温，即一级是新鲜海水与冷凝换热器换热升温，这一级换热是海水吸收从蒸汽发生器中蒸发出来的水蒸气的汽化潜热；第二级是与排污出的高浓度盐水换热，这一级新鲜海水吸收的是排污水的显热热量。从而提高余热的利用率。

附图说明

图1为本发明的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置的示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

如图1所示，本发明提供的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，包含蒸汽发生器1、第一冷凝换热器2、第二冷凝换热器3、排污换热器4、淡水储存器5、输送管道6以及PID控制器7。

蒸汽发生器1为罐状，其内部下方设有烟气加热器8，内部上方设有收水器9，其内还设有水位控制器10和温度感应器11。

输送管道6包含海水输送管道61、蒸汽输送管道62以及排污管道63。

海水输送管道61分别与第一冷凝换热器2和第二冷凝换热器3相连接，第一冷凝换热器2的另一端通过海水输送管道61依次与排污换热器4以及蒸汽发生器1相连接，第二冷凝换热器3的另一端为海水排出管道611；排污换热器4新鲜海水的出口与蒸汽发生器1之间的海水输送管道61上还依次设有PID控制阀13和水位控制阀14；PID控制阀13与PID控制器7相连，水位控制阀14与水位控制器10相连。

海水输送管道61上从起始一端依次设有过滤网15、补给水泵16、海水预处理器17以及第一流量调节阀18，第一流量调节阀18另一端的海水输送管道61分别与第一冷凝换热器2和第二冷凝换热器3相连。海水经过补给水泵16升压后进入海水预处理器17进行初步处理，防止泥沙带入蒸汽发生器1。第一冷凝换热器2与第一流量调节阀18之间的海水管道61上还设有第二流量调节阀19。第二流量调节阀19和第一流量调节阀18用来分配海水进入第一冷凝换热器2、第二冷凝换热器3的水流量。第二冷凝换热器3的海水流量为第一冷凝换热器2海水流量的3~10倍。

蒸汽输送管道62设置在蒸汽发生器1的顶端，并依次从第一冷凝换热器2的内部和第二冷凝换热器3的内部穿过，蒸汽输送管道62内部加设翅片，蒸汽输送管道62的末端与淡水储存器5连接。

排污管道63设置在蒸汽发生器1的底端，并从排污换热器4的内部穿过，排污管道63的末端为排污口631。排污口631前方的排污管道63上设有排污控制阀20。蒸汽发生器1通过排污控制阀20进行强制连续排污，排污量为进入蒸汽发生器1新鲜海水量的5~15%，避免发生器中盐分浓度升高，从而减缓和防止结垢现象。

PID控制器7还控制烟气加热器8的烟气进入量，烟气为轮船发动机尾气，其温度高于200℃均可满足传热要求。

温度感应器11与设在蒸汽发生器1外部的数据采集仪12相连，数据采集仪12向PID控制器7输入数据。温度感应器11为pt100或者铠装T型热电偶的温度感应器，设在烟气加热器8上。温度感应器11测得的温度低于105℃时，PID控制器7通过PID控制阀13减少海水进水量；当测得的温度高于120℃时，通过PID控制器7，增加海水进水量或减少烟气进入量。

收水器9上设有波纹通道，通道宽度为2~10mm。该收水器9可以将蒸汽发生器1爆沸带出的海水水汽俘获仅让水蒸气通过，从而提高蒸馏出水蒸气的纯度和品质。

水位控制器10位于收水器9下方，以及水面上方。该水位控制器10可以通过水位控制阀14控制海水进水量，避免蒸汽发生器1中水位过高。

本发明提供的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置的工作流程如下。

蒸汽发生及换热流程：新鲜海水由补给水泵16打入，进入第一冷凝换热器2，与蒸汽发生器1产生的蒸汽换热，随之新鲜海水进入排污换热器4，与强制排出的污废水换热，实现两级换热。经过两级换热使海水升温之后进入蒸汽发生器1。新鲜海水在蒸汽发生器1中被轮机尾气加热至沸腾蒸发，蒸汽通过安装在蒸汽发生器1上部的收水器9，该收水器9采用波纹通道，通道宽度2~10mm，该收水器9可以将蒸汽发生器1爆沸带出的海水水汽俘获仅让水蒸气通过，从而提高蒸馏出水蒸气的纯度和品质；之后水蒸汽进入第一冷凝换热器2冷凝并加热新鲜海水，水蒸汽冷凝可能并不充分，所以将其再通入第二冷凝换热器3，这一步骤仅仅是利用海水冷却，为了确保蒸发出的水蒸气都能冷凝成液态水，进入第二冷凝换热器3的海水流量为第一冷凝换热器2海水流量的3~10倍，通过第二流量调节阀19和第一流量调节阀18来分配。

蒸汽发生器1中控制流程：在蒸汽发生器1中安装有水位控制器10、pt100或者铠装T型热电偶的温度感应器11，并通过水位控制阀14以及PID控制阀13控制进水量、烟气进入量以及蒸汽发生器1中的沸腾状态，使其温度保证在105℃~115℃之间的核态沸腾状态，避免过度沸腾或是温度太低而蒸发较慢。当温度小于105℃时，此时蒸汽发生器1中属于对流换热，蒸汽产出量小，应减少海水的供入，当温度达到105℃~115℃时，进入核态沸腾，此时蒸汽产生量较大，属于稳定状态。当温度超过120℃时，蒸汽发生器1内达到过度沸腾，出现沸腾危机，此时通过PID控制器7，迅速加大进水量或减少烟气通过量。

排污流程：安装有排污控制阀20，采用连续强制排污法，排污量设定为进水量的5~15%之间，避免蒸汽发生器1中盐分浓度升高，从而减缓和防止结垢现象，并使之在排污换热器4中二级加热海水，随后排入大海。

本发明提供的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，首先利用船用轮机产生的烟气废热加热海水使之沸腾，然后通过利用水蒸气潜热以及连续强制排污的热量两级加热新鲜海水从而提高新鲜海水进入蒸汽发生器1的温度从而提高废热的有效利用。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其特征在于，该海水淡化装置包含蒸汽发生器（1）、第一冷凝换热器（2）、第二冷凝换热器（3）、排污换热器（4）、淡水储存器（5）、输送管道（6）以及PID控制器（7）；

       所述的蒸汽发生器（1）为罐状，内部下方设有烟气加热器（8），内部上方设有收水器（9），其内部还设有水位控制器（10）和温度感应器（11）；所述的温度感应器（11）与设在蒸汽发生器（1）外部的数据采集仪（12）相连；所述的数据采集仪（12）向PID控制器（7）输入数据；所述的收水器（9）上设有波纹通道，通道宽度为2~10mm； 

所述的输送管道（6）包含海水输送管道（61）、蒸汽输送管道（62）以及排污管道（63）；

所述的海水输送管道（61）分别与第一冷凝换热器（2）和第二冷凝换热器（3）相连接，第一冷凝换热器（2）的另一端通过海水输送管道（61）依次与排污换热器（4）以及蒸汽发生器（1）相连接，第二冷凝换热器（3）的另一端为海水排出管道（611）；所述的第二冷凝换热器（3）的海水流量为第一冷凝换热器（2）海水流量的3~10倍；

所述的排污换热器（4）新鲜海水的出口与蒸汽发生器（1）之间的海水输送管道（61）上还依次设有PID控制阀（13）和水位控制阀（14）；所述的PID控制阀（13）与PID控制器（7）相连，所述的水位控制阀（14）与水位控制器（10）相连；所述的温度感应器（11）测得的温度低于105℃时，所述的PID控制器（7）通过PID控制阀（13）减少海水进水量；当所述测得的温度高于120℃时，通过所述的PID控制器（7），增加海水进水量或减少烟气进入量；

所述的蒸汽输送管道（62）设置在所述蒸汽发生器（1）的顶端，并依次从第一冷凝换热器（2）的内部和第二冷凝换热器（3）的内部穿过，所述蒸汽输送管道（62）内部设有翅片，所述蒸汽输送管道（62）的末端与淡水储存器（5）连接；

所述的排污管道（63）设置在所述蒸汽发生器（1）的底端，并从所述排污换热器（4）的内部穿过，所述排污管道（63）的末端为排污口（631）；所述的排污口（631）前方的排污管道（63）上设有排污控制阀（20）；所述的蒸汽发生器（1）通过所述的排污控制阀（20）进行强制连续排污，排污量为进入蒸汽发生器（1）新鲜海水量的5~15%。

2.如权利要求1所述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其特征在于，所述的海水输送管道（61）上从起始一端依次设有过滤网（15）、补给水泵（16）、海水预处理器（17）以及第一流量调节阀（18），第一流量调节阀（18）另一端的海水管道（61）分别与第一冷凝换热器（2）和第二冷凝换热器（3）相连。

3.如权利要求2所述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其特征在于，所述的第一冷凝换热器（1）与第一流量调节阀（2）之间的海水管道（61）上还设有第二流量调节阀（19）。

4.如权利要求1所述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其特征在于，所述的PID控制器（7）还控制所述的烟气加热器（8）的烟气进入量，所述的烟气为轮船发动机尾气，其温度高于200℃。

5. 如权利要求1所述的船用轮机烟气废热双级回收海水淡化装置，其特征在于，所述的温度感应器（11）为pt100或者铠装T型热电偶的温度感应器，设在所述烟气加热器（8）上方。

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