CN104291406A - 一种梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,它包括柴油机缸套冷却水循环系统、太阳能热水循环系统、料液循环系统、换热器一、换热器二、膜组件、冷凝系统和真空收集系统。经冷凝器预热后的海水进入供水池,然后依次通过经过换热器一、换热器二与柴油机缸套冷却水和太阳能热水进行梯级加热,使进料海水温度达到膜组件的工作的温度;所述的膜组件的淡水蒸气出口依次通过冷凝系统和真空收集系统连接。本发明具有柴油机缸套冷却水余热回收利用率高、装置能量利用率高、适应于不同工况下运行,节省了淡水的制造成本和提高了淡水产量的优点。

Description

一种梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种海水淡化装置,特别是涉及一种梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统。
[0002]
背景技术
[0003] 水资源是人类社会生存和发展的必要条件。我国人口基数大,淡水资源匮乏,缺水已经严重阻碍了国家社会和经济的发展,然而我国海岸线较长,要利用现代科技大规模开辟新的水源,则首推海水淡化。目前成熟的海水淡化技术主要可分为蒸馏法、膜法、电渗析和冷冻等。蒸馏法主要有多效闪蒸、多效蒸发等,他们虽然可利用工业废热、核能等经济能源,但设备体积庞大、运行费用高。
[0004] 膜法海水淡化技术应用最广泛的是反渗透(如),但是需要在高压的条件下才能进行,需要好用较大的能量,而且如技术对水质的要求较高,海水必须经过各种复杂的预处理,如去除海水中的颗粒、油污、菌藻,使其接近纯净盐水的标准,同时膜需要定期清洗。因此如技术对设备和膜有较高的要求。所以近年来膜蒸馏法是海水淡化技术中备受关注的一种新型膜分离技术,是以疏水微孔膜为介质,通过膜两侧的温度差作为驱动力进行盐水分离,同其他的分离相比,膜蒸馏具有截留率高、操作温度较低、浓缩倍数高等优点。由于操作温度比传统蒸馏过程低得多,可有效利用地热、工业废水余热等廉价能源,降低能耗;另外膜蒸馏能在常压和稍高于常温的条件下进行,在阳光强度高、太阳能资源丰富的地区更有开发利用的价值。
[0005] 由于膜蒸馏技术的开发应用为环保和化工厂的废物、废热利用,以及为解决全世界淡水资源紧张提供了简单而有效的方法,但是膜蒸馏是一个有相变的膜过程,汽化潜热降低了热能的利用率。因此在组件的设计上必需考虑到潜热的回收利用,尽可能减少热能的损耗,与其他海水淡化技术相比,膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义。所以,研制出一套利用低品位热能的真空膜蒸馏海水淡化系统,实现低品位热能的多能耦合利用,提高淡水产量和降低单位淡水的能耗,具有较高的研究和发展价值。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,它具备能量利用率高、调节能力强、正负补偿的效果,适用于多种工况下的海水淡化;所产的淡水品质高,单位淡水能耗低的特点。
[0007] 本发明的目的是通过下述的技术方案加以实现的:
本发明是梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,它包括燃柴油机缸套冷却水循环系统、太阳能热水循环系统、料液循环系统、换热器一、换热器二、膜组件、冷凝器和淡水收集罐、以及相关的泵、流量计、温度计、压力计等。
[0008] 所述的换热器一分别与柴油机缸套冷却水循环系统和料液循环系统连接;所述的换热器二分别与太阳能热水循环系统和料液循环系统连接;所述的料液循环系统依次通过换热器一、换热器二和膜组件的海水进出口连接,再将蒸馏后的海水循环回料液供水池;所述的膜组件的淡水蒸气出口通过冷凝器与淡水收集罐连接。
[0009] 所述的柴油机缸套冷却水循环系统包括柴油机、热水泵一、以及调温阀。所述的柴油机缸套冷却水循环回路的冷却水出口经由热水泵一后分成两条管路,第一条管路直接与调温阀连接,再由管路连接到缸套冷却水进口,第二条管路通过换热器一与调温阀连接。
[0010] 所述的太阳能热水循环系统包括太阳能热水器、热水泵二、热水泵三、集水箱以及热水用户。所述的太阳能热水循环系统的热水器出口通过管道分成两条管路,第一条管路与热水用户连接,第二条管路通过热水泵二通过换热器二与集水箱进口连接,集水箱出口通过热水泵三与太阳能热水器进口连接,并在进口端设有冷水进口的管路。
[0011] 所述的料液循环系统包括供水池、料液泵、冷海水泵、微滤膜组件以及相关控制阀门等。所述的供水池进口通过冷海水泵与微滤膜组件连接。所述的供水池出口经管道通过料液泵分成主副管路,主管路上依次通过控制阀门一、换热器一、控制阀门二、换热二、膜组件,再由管道与供水池进口连接,副管路分别经过控制阀门三、控制阀门四后分别绕过换热器一、换热器二,再汇合到主管路。
[0012] 所述的冷凝器设置在微滤膜组件和冷海水泵之间,海水流经冷凝器的一个通道,冷凝器的另一个通道两端分别与膜组件的淡水蒸汽出口和淡水收集罐连接。
[0013] 采用上述方案后,本发明具有以下几个特点:
一、充分回收利用柴油机缸套冷却水余热。料液循环系统的海水经换热器一与柴油机缸套冷却水进行热交换,使热交换的柴油机缸套冷却水的温度符合进入柴油机缸套的温度,同时使海水温度升高。
[0014] 二、装置能量利用率高。进料海水先经过冷凝器与淡水蒸汽热交换,再将冷凝器出口的海水由冷海水泵引入供水池,减少了冷凝蒸汽的热量损失和水资源的浪费。经冷凝器预热后的海水经换热器一与柴油机缸套冷却水进行一级加热,充分利用柴油机缸套冷却水的余热,一级加热后的海水在换热器二与太阳能热水进行热交换,通过调节太阳能热水的流量使得进料海水的温度达到膜组件的最佳工作温度,使得淡水产量达到最大值;另外多余的太阳能热水可提供给热水用户,从而使能量的利用最大化。因此梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统的能量利用率很高。
[0015] 三、调节能力强、适应不同工况下的运行。当柴油机低负荷运行,太阳能辐射强时,料液循环系统的海水分别经过换热器一、换热器二与柴油机缸套冷却水和太阳能热水进行梯级加热,使进料海水温度达到膜组件的最佳工作的温度;当柴油机达到额定工况并长时间运行且太阳能辐射较弱时,经过换热器一的进料海水温度过高,不适宜膜组件最佳工作温度时,而太阳能热水温度较低,此时利用太阳能热水对进料海水进行冷却,使其达到膜组件的最佳工作温度,同时使得太阳能热水水温升高,可供需要热水用户使用;当柴油机达到额定工况并长时间运行且太阳能辐射较强时,只在换热器一上进行一级加热,然后直接与膜组件的海水进口连接,此时增大进料海水的流量使冷却水进口温度达到初定值且进料海水达到膜组件的最佳工作温度。因此该系统调节能力强、适应不同工况下的运行,尤其适用于海岛上的工作条件。
[0016] 综上所述,本发明的优点是:将太阳能热水循环系统、柴油机缸套冷却水循环系统和料液循环系统很好的耦合,实现了太阳能-柴油机缸套冷却水余热的梯级利用,降低了系统的能耗和对余热的充分回收利用。本发明具有柴油机缸套冷却水余热回收利用率高、装置能量利用率高、适应于不同工况下运行的优点,节省了淡水的制造成本和提高了淡水产量。
[0017] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
[0018] 图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
[0019] 如图1所示,本发明是梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,它包括燃柴油机缸套冷却水循环系统1、太阳能热水循环系统2、料液循环系统3、换热器一 4、换热器二 5、膜组件6、冷凝器和7淡水收集罐8、以及相关的泵、流量计、温度计、压力计等。
[0020] 所述的换热器一 4分别与柴油机缸套冷却水循环系统1和料液循环系统3连接;所述的换热器二 5分别与太阳能热水循环系统2和料液循环系统连接3 ;所述的料液循环系统3依次通过换热器一 4、换热器二 5和膜组件6的海水进出口连接,再将蒸馏后的海水循环回料液供水池16 ;所述的膜组件6的淡水蒸气出口通过冷凝器7与淡水收集罐8连接。
[0021] 所述的柴油机缸套冷却水循环系统1包括柴油机9、热水泵一 10、以及调温阀11。所述的柴油机9缸套冷却水循环回路的冷却水出口经由热水泵一 10后分成两条管路,第一条管路直接与调温阀11连接,再由管路连接到缸套冷却水进口,第二条管路通过换热器一4与调温阀11连接。在第一条管路上设有控制阀门21,第二条管路上设有控制阀门22和流量计41,用于控制柴油机9缸套冷却水的流动方向,为了测量冷却水的温度,在冷却水出口处设有温度计。
[0022] 所述的太阳能热水循环系统2包括太阳能热水器12、热水泵二 13、热水泵三15、集水箱14以及热水用户16。所述的太阳能热水循环系统2的热水器12出口通过管道分成两条管路,第一条管路与热水用户16连接,第二条管路通过热水泵二 13通过换热器二 5与集水箱14进口连接,集水箱14出口通过热水泵三15与太阳能热水器12进口连接,并在进口端设有冷水进口的管路30。在第二条管路上设有控制阀门28、流量计42和温度计便于对太阳能热水器12的热水换热量控制,集水箱出口设有控制阀门29。
[0023] 所述的料液循环系统3包括供水池17、料液泵18、冷海水泵19、微滤膜组件20以及相关控制阀门等。所述的供水池17进口通过冷海水泵19与微滤膜组件20连接。所述的供水池17出口经管道通过料液泵18分成主副管路,主管路上依次通过控制阀门一 23、换热器一 4、控制阀门二 25、换热二 5、膜组件6,再由管道与供水池17进口连接,副管路分别经控制阀门三24、控制阀门四26分别绕过换热器一 4、换热器二 5,再汇合到主管路。在供水池17出口设有控制阀门27,在主管路上的换热一 4和换热器二 5之间设有温度计,膜组件6的海水进口设有流量计43和温度计便于控制膜组件6的最佳工作条件。
[0024] 所述的冷凝器7设置在微滤膜组件20和冷海水泵19之间,海水流经冷凝器7的一个通道,冷凝器7的另一个通道两端分别与膜组件6的淡水蒸汽出口和淡水收集罐8连接。在膜组件6的淡水蒸汽出口设有温度计和压力计。
[0025] 本发明的系统工作流程如下:
1、冷海水经微滤膜组件20过滤后经过冷凝器7进行热交换,然后通过冷海水泵19送入料液循环系统3的供水池17储存。
[0026] 2、将供水池17中的海水通过料液泵18分别经过换热器一 4、换热器二 5与柴油机9缸套冷却水和太阳能热水器12的热水进行梯级加热,使进料海水温度达到膜组件的最佳工作的温度并进行膜蒸馏,蒸馏后的海水循环回供水池17,透过膜孔的淡水蒸汽经过冷凝器7与冷海水热交换,热交换后进入淡水收集罐8中储存,为维持淡水蒸汽侧的真空度,真空泵31与淡水收集罐8连接,并不断抽真空。
[0027] 3、变工况的控制过程:
工况1:当柴油机9刚启动时或缸套冷却水温度很低时,通过调温阀11的控制,柴油机9缸套冷却水由热水泵一 10直接循环回柴油机9,此时控制阀门21打开,控制阀门22关闭;
工况2:当柴油机9低负荷运行,太阳能辐射强,太阳能热水器12水温高时,料液循环系统3的进料海水由料液泵18分别打入换热器一 4、换热器二 5与柴油机9缸套冷却水和太阳能热水器12的热水进行梯级加热,使进料海水温度达到膜组件6的最佳工作的温度,此时控制阀门21、24、26关闭,控制阀门22、23、25、27、28打开,控制阀门22、27、28分别控制柴油机9缸套冷却水、太阳能热水器12的热水和进料海水的流量;
工况3:当柴油机9达到额定工况并长时间运行,而且太阳能热水器12水温低时,经过换热器一 4的进料海水温度过高,不适合膜组件最佳工作时,,此时利用太阳能热水器12的温水对进料海水进行冷却,使其达到膜组件6的最佳工作温度,此时控制阀门21、24、26关闭,控制阀门22、23、25、27、28打开并调节阀门对应的流量;
工况4:当柴油机9达到额定工况并长时间运行,而且太阳能辐射较强时,只在换热器一 4上进行一级加热,然后直接与膜组件6的海水进口连接,此时增大进料海水的流量使冷却水进口温度达到初定值且进料海水达到膜组件的最佳工作温度,此时控制阀门21、24、25关闭,控制阀门22、23、26、27、28打开并调节阀门对应的流量。
[0028] 以上所述,仅为本发明较佳实施例而已,各管路的布置可有多种方式,故不能以此限定本发明实施的范围,即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,其特征在于:它包括柴油机缸套冷却水循环系统、太阳能热水循环系统、料液循环系统、换热器一、换热器二、膜组件、冷凝器和淡水收集罐,所述的换热器一分别与柴油机缸套冷却水循环系统和料液循环系统连接;所述的换热器二分别与太阳能热水循环系统和料液循环系统连接;所述的料液循环系统依次通过换热器一、换热器二和膜组件的海水进出口连接,再将蒸馏后的海水循环回料液供水池;所述的膜组件的淡水蒸气出口通过冷凝器与淡水收集罐连接。
2.根据权利要求1所述的梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,其特征在于:所述的柴油机缸套冷却水循环系统包括柴油机、热水泵一、以及调温阀,所述的柴油机缸套冷却水循环回路的冷却水出口经由热水泵一后分成两条管路,第一条管路直接与调温阀连接,再由管路连接到缸套冷却水进口,第二条管路通过换热器一与调温阀连接。
3.根据权利要求1所述的梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,其特征在于:所述的太阳能热水循环系统包括太阳能热水器、热水泵二、热水泵三、集水箱以及热水用户,所述的太阳能热水循环系统的热水器出口通过管道分成两条管路,第一条管路与热水用户连接,第二条管路通过热水泵二通过换热器二与集水箱进口连接,集水箱出口通过热水泵三与太阳能热水器进口连接,并在进口端设有冷水进口的管路。
4.根据权利要求1所述的梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,其特征在于:所述的料液循环系统包括供水池、料液泵、冷海水泵、微滤膜组件以及相关控制阀门等,所述的供水池进口通过冷海水泵与微滤膜组件连接,所述的供水池出口经管道通过料液泵分成主副管路,主管路上依次通过控制阀门一、换热器一、控制阀门二、换热二、膜组件,再由管道与供水池进口连接,副管路分别经过控制阀门三、控制阀门四后分别绕过换热器一、换热器二,再汇合到主管路。
5.根据权利要求1所述的梯级耦合利用太阳能和柴油机缸套冷却水余热的真空膜蒸馏海水淡化系统,其特征在于:所述的冷凝器设置在微滤膜组件和冷海水泵之间,海水流经冷凝器的一个通道,冷凝器的另一个通道两端分别与膜组件的淡水蒸汽出口和淡水收集罐连接。
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