CN105174343B - 一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置及方法，所述装置包括冷凝腔、加热腔和蒸发腔，所述加热腔通过隔板与冷凝腔和蒸发腔隔开，所述冷凝腔与蒸发腔相通。所述方法包括以下步骤：海水在冷凝换热器内，与蒸汽进行热交换；蒸汽遇冷凝结为水，汇集到积水盘从淡水出口流出；加热后的海水通过流量调节管道进入对流换热器，与缸套冷却水进行热交换；再次加热后的海水流入布液器，布液至降膜/加热管束，被降膜/加热管束内的烟气加热，在降膜/加热管束外壁或液面处汽化，蒸汽进入冷凝腔。本发明利用柴油机余热的小型海水淡化装置综合利用柴油机缸套冷却水余热和排烟余热进行海水淡化，余热的利用率高；工艺简单，产水速率更快。
Description
技术领域
本发明涉及一种海水淡化装置，尤其涉及一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置。
背景技术
对于海上作业的船舶，淡水供应至关重要。大型船舶可以储藏较多淡水，且动力机组较大，可以匹配大功率海水淡化机，满足航行中的用水需要。中小型船舶吨位较小，船舱空间有限，无法携带大量淡水，需要小型海水淡化机持续制备淡水。
目前，普遍推广的中小规模海水淡化方法是反渗透法和蒸馏法。反渗透法的优点是装置集成度高，只需要外接电源和海水；缺点是需要对海水进水进行多重预处理，产水品质并不高，反渗透膜组件出现破裂时需要更换，而且使用电能驱动，不适用于电力供应紧张的小型船舶。蒸馏法海水淡化装置一般使用蒸汽或热水作为热源，同时消耗少量电力驱动泵功，海水进水不需要复杂预处理，在常压或负压下实现蒸发过程，系统稳定性好，产水品质较高，可用作生活用水或锅炉的补给水。特别是低温多效蒸馏的海水淡化装置，可以利用低品位热能进行海水淡化，降低制水的能耗成本，且系统运行温度较低，腐蚀、结垢等问题得到较大改善，设备使用寿命长。但是，一般多效蒸馏系统结构复杂，重量大，难拆卸，需要真空抽气装置维持系统负压，还需要专人操作维护。
中小型船舶使用柴油发电机发电，柴油机的缸套冷却水需要海水冷却，这部分热量约占燃油总热量的20～30％，一般随海水排掉；此外，柴油机的排烟温度一般在300℃以上，这部分热量约占燃油总热量的30％，排到大气中，这两项能耗占燃油总热量的50％以上，船舶不能有效利用这部分能量，造成较大的能源浪费。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置，包括冷凝腔、加热腔和蒸发腔，所述加热腔通过隔板与冷凝腔和蒸发腔隔开，所述冷凝腔与蒸发腔相通；
所述冷凝腔内设有冷凝换热器，所述冷凝换热器与海水进水泵相连，所述冷凝换热器下设有积水盘，所述积水盘与淡水出口相连；
所述加热腔内设有对流换热器，所述对流换热器的进水端与冷凝换热器的出水端通过流量调节管道相连，所述流量调节管道上设有进料海水流量调节阀，所述加热腔内为缸套冷却水；
所述蒸发腔内设有降膜/加热管束，所述降膜/加热管束内为烟气，所述降膜/加热管束上设有布液器，所述布液器与所述对流换热器的出水端相连，所述蒸发腔底部设有液位传感器，所述蒸发腔与浓缩海水抽出泵相连。
优选地，所述流量调节管道上设有过量海水出口，所述过量海水出口位于流量调节阀前部。
优选地，所示进料海水流量调节阀为基于蒸发腔液位传感器反馈信号的自动控制阀或手动调节阀。
优选地，所述冷凝腔内设有气液分离器，所述气液分离器位于积水盘与冷凝腔腔壁之间。
优选地，所述冷凝腔与蒸发腔可拆卸连接。
优选地，所述蒸发腔外设有烟气进口封头和烟气出口封头，所述降膜/加热管束的两端分别位于烟气进口封头和烟气出口封头内。
优选地，所述烟气进口封头和烟气出口封头与蒸发腔可拆卸连接。
一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置的海水淡化方法，包括以下步骤：
(1)冷凝：海水通过进水泵进入冷凝换热器内，与蒸汽进行热交换；蒸汽遇冷凝结为水，汇集到积水盘从淡水出口流出；
(2)加热：经步骤(1)加热后的海水通过流量调节管道进入对流换热器，与缸套冷却水进行热交换；通过进料海水流量调节阀调节海水流量，过量海水通过过量海水出口排出；
(3)蒸馏：经步骤(2)加热后的海水流入布液器，布液至降膜/加热管束，被降膜/加热管束内的烟气加热，在降膜/加热管束外壁或液面汽化，蒸汽进入冷凝腔。
优选地，步骤(3)中的蒸馏为降膜蒸馏或满液蒸馏。
与现有技术相比，本发明具有明显的有益效果，具体有益效果如下：
(1)本发明利用柴油机余热的小型海水淡化装置，结合低温多效蒸馏装置与普通高温蒸馏装置的优点，综合利用柴油机缸套冷却水余热和排烟余热进行海水淡化，余热的利用率高；
(2)本发明利用柴油机余热的小型海水淡化装置的主体结构可拆卸，方便对易结垢部件进行清洗、保养甚至更换，有效解决高温蒸馏的换热器结垢问题；烟气进、出口封头与蒸发腔可拆卸，方便清理降膜/加热管束内的烟尘，延长装置的使用寿命；
(3)本发明利用柴油机余热的小型海水淡化装置结构简单，操作方便，维护成本低；
(4)本发明利用柴油机余热的小型海水淡化装置可以选用两种布液方式，可以根据船舶运行状况通过进料海水流量调节阀进行降膜蒸馏过程或者满液蒸馏过程的切换；
(5)本发明利用柴油机余热的小型海水淡化方法工艺简单，蒸馏温度提高，产水速率更快，产量更高；由于是在常压下蒸馏，省去真空抽气装置，能耗更低，实用性强。
附图说明
图1为本发明利用柴油机余热的小型海水淡化装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明，下面结合附图作进一步说明。
如图1所示，一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置，包括冷凝腔1、加热腔16和蒸发腔23，所述加热腔16通过隔板与冷凝腔1和蒸发腔23隔开，所述冷凝腔1与蒸发腔23相通；所述冷凝腔1内设有冷凝换热器3，所述冷凝换热器3与海水进水泵2相连，所述冷凝换热器3下设有积水盘5，所述积水盘5与淡水出口6相连；所述加热腔16内设有加对流换热器17，所述对流换热器17的进水端与冷凝换热器3的出水端通过流量调节管道相连，所述流量调节管道上设有进料海水流量调节阀14，所述加热腔16内为缸套冷却水，所述缸套冷却水通过缸套冷却水进水口18进入加热腔16，通过缸套冷却水出水口15流出加热腔16；所述蒸发腔23内设有降膜/加热管束22，所述降膜/加热管束22内为烟气，所述降膜/加热管束22上设有布液器19，所述布液器19与所述对流换热器17的出水端相连，所述蒸发腔23底部设有浓缩海水抽出泵11。本发明利用柴油机余热的小型海水淡化装置，结合低温多效蒸馏装置与普通高温蒸馏装置的优点，综合利用柴油机缸套冷却水余热和排烟余热进行海水淡化，余热的利用率高。
优选地，所述流量调节管道上设有过量海水出口13，所述过量海水出口13位于进料海水流量调节阀14前部。更优选地，在所述过量海水出口13处还可以设置过量海水流量调节阀12，所述过量海水流量调节阀12与所述进料海水流量调节阀14配合使用。关闭过量海水流量调节阀12，完全打开进料海水流量调节阀14可以向对流换热器中输入大量进料海水；部分关闭过量海水流量调节阀，部分打开进料海水流量调节阀14可以向对流换热器中输入少量进料海水。
优选地，所述进料海水流量调节阀14为基于蒸发腔液位传感器反馈信号的自动控制阀或手动调节阀。当进料海水流量调节阀14为基于蒸发腔液位传感器反馈信号的自动控制阀时，所述进料海水流量调节阀14与液位传感器10电连接，通过液位传感器10的反馈信号控制进料海水流量调节阀14的启动和关闭。
优选地，所述冷凝腔1与蒸发腔23可拆卸连接。所述可拆卸连接可以是通过螺纹螺母等紧固件7的连接。本发明利用柴油机余热的小型海水淡化装置的主体结构可拆卸，方便对易结垢部件进行清洗、保养甚至更换，有效解决高温蒸馏的换热器结垢问题，延长装置的使用寿命。
优选地，所述蒸发腔7外设有烟气进口封头20和烟气出口封头8，所述降膜/加热管束22的两端分别位于烟气进口封头20和烟气出口封头8内。优选地，所述烟气进口封头20和烟气出口封头8与蒸发腔7可拆卸连接。所述可拆卸连接可以是通过螺纹螺母等紧固件7的连接。烟气进口封头20端部与烟气进口21管道连接，烟气出口封头端部与烟气出口9管道连接。烟气进口封头20、烟气出口封头8与蒸发腔23可拆卸，方便清理降膜/加热管束22内的烟尘，延长装置的使用寿命。
优选地，所述蒸发腔23底部设有液位传感器10，所述液位传感器10与浓缩海水抽出泵11电连接，用于控制浓缩海水抽出泵11的启动和关闭，进而控制浓缩海水的排放。
优选地，所述冷凝腔1内设有气液分离器4，所述气液分离器4位于积水盘5与冷凝腔1的腔壁之间，夹带微小液滴的蒸汽上升与气液分离器4接触，滤除液滴。
另外，本发明还提供一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置的海水淡化方法，包括以下步骤：
(1)冷凝：海水通过海水进水泵2进入冷凝换热器3内，与蒸汽进行热交换；蒸汽遇冷凝结为水，汇集到积水盘5从淡水出口6流出；
(2)加热：经步骤(1)加热后的海水通过流量调节管道进入对流换热器17，与缸套冷却水进行热交换；通过进料海水流量调节阀14调节海水流量，过量海水通过过量海水出口13排出；
(3)蒸馏：经步骤(2)加热后的海水流入布液器19，布液器底部开孔海水从该开孔流出后，在重力作用下滴淋到降膜/加热管束22形成膜状流动或满液式液位，被降膜/加热管束22内的烟气加热，在降膜/加热管束22外壁或液面处汽化，蒸汽进入冷凝腔1。
优选地，步骤(3)中的蒸馏为降膜蒸馏或满液蒸馏。中小型船舶体型较小，受风浪影响船身晃动较大，传统降膜蒸馏过程会因为晃动造成布液不均匀，从而引起干烧，加速换热管束的老化和腐蚀。本发明考虑到降膜蒸发过程的上述限制，设计了基于船身晃动反馈的流量可调的布液形式，可以根据船舶运行状况通过进料海水流量调节阀14进行降膜蒸馏过程或者满液蒸馏过程的切换，船身晃动剧烈的情况下，使用大流量满液式布液；风平浪静时使用小流量降膜布液形式，传热效果较好，产水量会高一些。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种利用柴油机余热的小型海水淡化装置，其特征在于：包括冷凝腔、加热腔和蒸发腔，所述加热腔通过隔板与冷凝腔和蒸发腔隔开，所述冷凝腔与蒸发腔相通；
所述冷凝腔内设有冷凝换热器，所述冷凝换热器与海水进水泵相连，所述冷凝换热器下设有积水盘，所述积水盘与淡水出口相连；
所述加热腔内设有对流换热器，所述对流换热器的进水端与冷凝换热器的出水端通过流量调节管道相连，所述流量调节管道上设有进料海水流量调节阀，所述加热腔内为缸套冷却水；
所述蒸发腔内设有降膜/加热管束，所述降膜/加热管束内为烟气，所述降膜/加热管束上设有布液器，所述布液器与所述对流换热器的出水端相连，所述蒸发腔底部设有液位传感器，所述蒸发腔与浓缩海水抽出泵相连；
所述蒸发腔外设有烟气进口封头和烟气出口封头，所述降膜/加热管束的两端分别位于烟气进口封头和烟气出口封头内；
所述流量调节管道上设有过量海水出口，所述过量海水出口位于进料海水流量调节阀前部，在所述过量海水出口处还设置过量海水流量调节阀；根据船舶运行状况通过进料海水流量调节阀进行降膜蒸馏过程或者满液蒸馏过程的切换，船身晃动剧烈的情况下，使用大流量满液式布液；风平浪静时使用小流量降膜布液形式，传热效果较好，产水量高些。
2.根据权利要求1所述的利用柴油机余热的小型海水淡化装置，其特征在于：所述进料海水流量调节阀为基于蒸发腔液位传感器反馈信号的自动控制阀或手动调节阀。
3.根据权利要求1所述的利用柴油机余热的小型海水淡化装置，其特征在于：所述冷凝腔内设有气液分离器，所述气液分离器位于积水盘与冷凝腔的腔壁之间。
4.根据权利要求1所述的利用柴油机余热的小型海水淡化装置，其特征在于：所述冷凝腔与蒸发腔可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的利用柴油机余热的小型海水淡化装置，其特征在于：所述烟气进口封头和烟气出口封头与蒸发腔可拆卸连接。
6.一种权利要求1所述的利用柴油机余热的小型海水淡化装置的海水淡化方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1） 冷凝：海水通过海水进水泵进入冷凝换热器内，与蒸汽进行热交换；蒸汽遇冷凝结为水，汇集到积水盘从淡水出口流出；
（2） 加热：经步骤（1）加热后的海水通过流量调节管道进入对流换热器，与缸套冷却水进行热交换；通过进料海水流量调节阀调节海水流量，过量海水通过过量海水出口排出；
（3） 蒸馏：经步骤（2）加热后的海水流入布液器，布液至降膜/加热管束，被降膜/加热管束内的烟气加热，在降膜/加热管束外壁汽化，蒸汽进入冷凝腔。
7.根据权利要求6所述的利用柴油机余热的小型海水淡化装置的海水淡化方法，其特征在于：步骤（3）中的蒸馏为降膜蒸馏或满液蒸馏。
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