CN105174344A - 一种基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，所述系统包括柴油机余热回收系统、蒸馏系统、淡水收集系统和真空系统；所述柴油机余热回收系统包括烟气余热回收系统及缸套冷却水余热回收系统；所述烟气余热回收系统分别与所述蒸馏系统、真空系统相连接；所述缸套冷却水余热回收系统与所述蒸馏系统相连接；所述蒸馏系统与所述淡水收集系统连接。本发明结构简单、操作方便，同时可最大限度地利用柴油机余热，产水量远远大于只通过缸套冷却水或烟气余热的海水淡化装置，可满足相应船舶的淡水需求；此外，可以避免直接以烟气作为蒸发热源时产生的结垢问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种海水淡化装置，尤其涉及一种基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统。
背景技术
作为独立的单元，船舶在远离基地执行任务或捕捞时，船员和设备需要消耗大量淡水，对于蒸汽动力船舶，淡水消耗量更大。据统计：每人每天所需饮用水量约2L，洗涤用水约150L；柴油发动机用水量为0.2-0.3L/kW；蒸汽动力系统补充水约为蒸汽耗量的1-1.5％。由此可知，对于编制200人的船舶，船员每天淡水需求量为30-40吨，而机械设备用水量更大，包括柴油发电机、高压空气压缩机等设备冷却水、蓄电池补充水等，尤其对于大型蒸汽动力船舶，锅炉补充水量约为动力系统蒸汽耗量的1～2％。单靠船舶自身携带的淡水是远远不够的，而且长期存水容易导致细菌滋生。因此，船舶需要配备海水淡化装置，以提高船舶的续航能力。
船舶柴油机在工作时会产生大量的热烟气，而大量热烟气的直接对外排放又带走了大量未利用的热能，这就造成船舶柴油机正常工作时能量的不完全利用。此外，为保证柴油机气缸的安全运行，需要用冷却水对其进行冷却，缸套冷却水也会带走系统的热量。对于船舶柴油机而言，燃油的能量转化效率非常低，仅有约50％转变成内燃机的机械功，其余50％是废热。其中约25％的废热量被废气带走，约20％的废热量被缸套冷却水带走，其他废热量损失约占5％。船舶不能有效利用这部分能量，系统的能源利用效率低。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，本发明船用海水淡化系统具有结构简单、操作方便的优点，同时最大限度地利用了柴油机余热。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，包括柴油机余热回收系统、蒸馏系统、淡水收集系统和真空系统；
所述柴油机余热回收系统包括烟气余热回收系统及缸套冷却水余热回收系统；
所述烟气余热回收系统分别与所述蒸馏系统、真空系统相连接；所述缸套冷却水余热回收系统与所述蒸馏系统相连接；所述蒸馏系统与所述淡水收集系统连接。
进一步的，所述烟气余热回收系统包括热水池；所述热水池的一端与柴油机烟气出口连接；另一端设置有海水入口端，与第一温控三通流量调节阀相接；所述第一温控三通流量调节阀处设置有第一温度信号。
进一步的，所述缸套冷却水余热回收系统包括预热器，冷却器，循环泵；柴油机缸套冷却水出口通过第二温控三通流量调节阀后，一条支路与所述预热器相接，另一条支路连接冷却器，两条支路汇流经循环泵后返回柴油机缸套；所述第二温控三通流量调节阀处还设置有第二温度信号。
进一步的，所述蒸馏系统包括降膜蒸发器，冷凝器和布液器；所述布液器上方设置冷凝器，下方设置降膜蒸发器；所述冷凝器通过海水给水泵连接船舱底部的用于过滤海水的过滤器；
所述冷凝器的冷凝水出口还设置有调节阀。
进一步的，所述蒸馏系统还包括有除沫器，所述除沫器安装于冷凝器与布液器之间；
进一步的，所述淡水收集系统包括盐度计，淡水箱，控制器，电磁阀；所述蒸馏系统通过淡水泵与所述淡水箱相连接；所述盐度计，控制器，电磁阀均设置于蒸馏系统与淡水箱之间。
进一步的，所述真空系统包括盐水-空气抽除器；所述盐水-空气抽除器与降膜蒸发器相连接，盐水-空气抽除器通过连接第一三通流量调节阀获得动力源，以抽除降膜蒸发器中的浓盐水和不凝气体。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种以船用柴油机余热为热源(缸套冷却水余热作为预热热源、烟气余热作为蒸发热源)，通过单效低温负压蒸馏实现海水淡化的系统，该系统结构简单、操作方便，同时由于最大限度地利用柴油机余热，产水量远远大于只通过缸套冷却水或烟气余热的海水淡化装置，可满足相应船舶的淡水需求；此外，可避免直接以烟气作为蒸发热源时产生的结垢问题。
附图说明
图1为本发明基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统的结构示意图。
附图中的标记：
柴油机1，柴油机烟气出口2，循环泵3，热水池4，降膜蒸发器热源入口5，第一温度信号6，第一温控三通流量调节阀7，布液器8，降膜蒸发器9，降膜蒸发器热源循环入口10，浓盐水出口11，降膜蒸发器热源出口12，盐水-空气抽除器13，淡水箱14，海水给水泵15，过滤器16，控制器17，电磁阀18，盐度计19，淡水泵20，淡水出口22，不凝气体出口23，冷凝水入口24，冷凝器25，冷凝水出口26，除沫器27，预热器28，调节阀29，预热器入口30，预热器出口31，冷却器32，第二温控三通流量调节阀33，第二温度信号34，柴油机缸套冷却水出口35，柴油机缸套冷却水入口36。
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。
本发明的一种基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统包括柴油机余热回收系统、蒸馏系统、淡水收集系统和真空系统。
所述柴油机余热回收系统包括烟气余热回收系统及缸套冷却水余热回收系统。所述烟气余热回收系统分别与所述蒸馏系统、真空系统相连接；所述缸套冷却水余热回收系统与所述蒸馏系统相连接；所述蒸馏系统与所述淡水收集系统连接。所述烟气余热回收系统包括热水池4；所述热水池4的一端与柴油机烟气出口2连接；另一端设置有海水入口端，与第一温控三通流量调节阀7相接；所述第一温控三通流量调节阀7处设置有第一温度信号6。所述缸套冷却水余热回收系统包括预热器28，冷却器32，循环泵3；柴油机缸套冷却水出口35通过第二温控三通流量调节阀33后，一条支路与所述预热器28相接，另一条支路连接冷却器32，两条支路汇流经循环泵3后返回柴油机缸套；所述第二温控三通流量调节阀33处还设置有第二温度信号34。
所述蒸馏系统包括降膜蒸发器9，冷凝器25和布液器8；所述布液器8上方设置冷凝器25，下方设置降膜蒸发器9；所述冷凝器25通过海水给水泵15连接船舱底部用于过滤海水的过滤器16；所述冷凝器25的冷凝水出口26还设置有调节阀29。
优选的，所述蒸馏系统还包括有除沫器27，所述除沫器27安装于冷凝器25与布液器8之间。
所述淡水收集系统包括盐度计19，淡水箱14，控制器17，电磁阀18；所述蒸馏系统通过淡水泵20与所述淡水箱14相连接；所述盐度计19，控制器17，电磁阀18均设置于蒸馏系统与淡水箱14之间。
所述真空系统包括盐水-空气抽除器13；所述盐水-空气抽除器13通过连接第一三通流量调节阀7获得动力源；盐水-空气抽除器13与降膜蒸发器9相连接，以抽除降膜蒸发器9中的浓盐水和不凝气体。
位于船舱底部的海水给水泵15将经过滤器16过滤后的海水，从冷凝水入口24打入到冷凝器25中，冷凝器25对海水淡化产生的蒸汽进行冷凝，之后海水从冷凝水出口26排出。从冷凝水出口26排出的经初步预热的海水分两条支路，一条支路通过调节阀29分配部分海水进入到预热器28中进一步的预热，并通过布液器8喷淋到降膜蒸发器9中进行蒸发，产生的蒸汽向上运动，通过除沫器27除去蒸汽中的海水液滴，之后进入冷凝器25中冷凝产生淡水；从冷凝水出口26排出的另一支路的大部分海水通过第一温控三通流量调节阀7分配一部分海水进入热水池4和盐水-空气抽除器13中，第一温控三通流量调节阀7通过热水池4中热水出口的温度信号6控制。进入热水池4的海水吸收柴油机1的烟气余热后成为热源海水，该热源海水通过降膜蒸发器热源入口5进入降膜蒸发器9作为海水淡化的热源，加热海水使其蒸发；降温后的热源海水从降膜蒸发器热源出口12排出，并从降膜蒸发器热源循环入口10汇入到布液器8中，作为蒸发海水进行海水淡化；降温后的热源海水，作为蒸发的原海水重新注入蒸发器中蒸发，可使海水和热量循环利用。柴油机1的烟气从柴油机烟气出口2排出，之后进入热水池4加热海水后排出船舱。柴油机1的缸套冷却水从柴油机缸套冷却水出口35排出，首先经过第二温控三通流量调节阀33分配进入冷却器32和预热器28，第二温控三通流量调节阀33由第二冷却水温度信号34控制。缸套冷却水通过预热器入口30进入预热器28后，作为海水的预热热源，对海水进行预热，冷却后的缸套冷却水从预热器出口31流出，之后通过循环泵3返回到柴油机缸套冷却水入口36中。经第一温控三通流量调节阀7分配的另一部分海水进入到盐水-空气抽除器13中，作为动力源，分别抽除从浓盐水出口11流出的浓盐水和从不凝气体出口23排出的不凝气体，使降膜蒸发器9和冷凝器25处于真空状态；从盐水-空气抽除器13流出的海水混合物排出船舱。冷凝器产生的淡水通过淡水泵20从淡水出口22排出，之后进入到盐度计19中，检测淡水是否达标，盐度计19的信号传输到控制器17中，控制器17根据盐度计19信号控制电磁阀18的开关。当淡水水质达标时，电磁阀18关闭，淡水注入到淡水箱14中；当淡水水质不达标时，电磁阀18打开，产生的不合格淡水排出船舱。
第一温控三通流量调节阀7出口的海水一部分作为海水淡化的加热热源，而另一部分作为盐水-空气抽除器的动力源，保证蒸馏系统的真空状态；第一温度信号6控制热水池4出口温度不高于80℃，可有效避免降膜蒸发器9的结垢问题，同时协调蒸馏系统的加热热源和真空度的匹配问题。当烟气热量较高时，第一温控三通流量调节阀7分配进入热水池4的流量增大，即海水淡化的热源负荷增大，可降低蒸馏系统的真空度要求，弥补进入盐水-空气抽除器13的流量减少而降低真空度的问题；当烟气热量较低时，第一温控三通流量调节阀7分配进入盐水-空气抽除器13的流量增大，即蒸馏系统的真空度增大，可弥补海水淡化的热源负荷下降而降低蒸发温度的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，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)
1.一种基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，其特征在于：包括柴油机余热回收系统、蒸馏系统、淡水收集系统和真空系统；
所述柴油机余热回收系统包括烟气余热回收系统及缸套冷却水余热回收系统；
所述烟气余热回收系统分别与所述蒸馏系统、真空系统相连接；所述缸套冷却水余热回收系统与所述蒸馏系统相连接；所述蒸馏系统与所述淡水收集系统连接。
2.根据权利要求1所述的基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，其特征在于：
所述烟气余热回收系统包括热水池；所述热水池的一端与柴油机烟气出口连接；另一端设置有海水入口端，与第一温控三通流量调节阀相接；所述第一温控三通流量调节阀处设置有第一温度信号。
3.根据权利要求1所述的基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，其特征在于：所述缸套冷却水余热回收系统包括预热器，冷却器，循环泵；柴油机缸套冷却水出口通过第二温控三通流量调节阀后，一条支路与所述预热器相接，另一条支路连接冷却器，两条支路汇流经循环泵后返回柴油机缸套；所述第二温控三通流量调节阀处还设置有第二温度信号。
4.根据权利要求1所述的基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，其特征在于：所述蒸馏系统包括降膜蒸发器，冷凝器和布液器；所述布液器上方设置冷凝器，下方设置降膜蒸发器；所述冷凝器通过海水给水泵连接船舱底部用于过滤海水的过滤器；所述冷凝器的冷凝水出口还设置有调节阀。
5.根据权利要求4所述的基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，其特征在于：所述蒸馏系统还包括有除沫器，所述除沫器安装于冷凝器与布液器之间。
6.根据权利要求1所述的基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，其特征在于：所述淡水收集系统包括盐度计，淡水箱，控制器，电磁阀；蒸馏系统通过淡水泵与所述淡水箱相连接；所述盐度计，控制器，电磁阀均设置于蒸馏系统与淡水箱之间。
7.根据权利要求1所述的基于柴油机余热回收的船用海水淡化系统，其特征在于：所述真空系统包括盐水-空气抽除器；所述盐水-空气抽除器通过连接第一三通流量调节阀获得的动力源。
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