CN106219649A - 基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，包括柴油机及海水淡化装置，柴油机的一侧设有冷却水循环回路用于回收柴油机的废热，海水淡化装置的一侧设有热源水循环回路，能够利用柴油机的废热对热源水进行升温，以供海水淡化装置使用。在利用柴油发电机组工作发电同时，回收柴油发电机组废热结合低温多效蒸馏技术进行海水淡化，可提高柴油发电机组的热效率和发电效率，并降低海水淡化系统的能耗，进而构建一体化的水电联产系统，将产生巨大的经济和社会效益。

Description

基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，特别是涉及一种基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统。

背景技术

在一些远离大陆的岛屿、边防哨所、海上作业平台、远洋渔船等，由于大陆电网不能覆盖，一般需要配备柴油发电机或动力机，以解决电力和动力需求。对于柴油机而言，燃油的能量转化效率非常低，仅有约40％转变成内燃机的机械功，其余60％是废热。其中约30％的废热量被废气带走，约25％的废热量被缸套冷却水带走，其他废热量损失约占5％。这就造成柴油机正常工作时能量浪费。

此外，海岛、海上平台、远洋渔船的淡水一般通过船运解决，但也存在成本高昂、水质差的问题。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。而当前主流成熟的低温多效蒸馏和反渗透海水淡化技术，都存在高能耗、高成本的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可提高柴油发电机组的热效率和发电效率，并降低海水淡化系统的能耗的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，包括柴油机及海水淡化装置，所述柴油机的两侧设有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口供冷却水进入，所述冷却水出口连接于温控三通阀的一个端口，所述温控三通阀的另两个端口分别连接于冷却水箱及第一换热器的一端，所述冷却水箱和所述第一换热器的另一端通过第一循环泵连接于所述冷却水进口，所述柴油机的顶部设有烟气出口，所述烟气出口连接于第二换热器，所述第二换热器连接于第三换热器，所述第三换热器与所述第一换热器并联，所述海水淡化装置的一侧设有热源水进口和热源水出口，所述热源水出口通过第二循环泵分别连接于所述第一换热器和所述第三换热器的一端，所述第三换热器的另一端连接于所述第二换热器的一端，所述第二换热器的另一端与所述第一换热器的另一端均连接于所述热源水进口，所述海水淡化装置的另一侧设有海水泵用于将海水抽入所述海水淡化装置中，所述海水淡化装置用于供海水于其中与热源水换热后蒸发，所述海水淡化装置底部设有浓海水出口和淡水出口，所述浓海水出口用于供未蒸发的浓海水排出，所述淡水出口用于供凝结淡水排出。

进一步，所述柴油机内设有柴油机缸套，所述冷却水进口和所述冷却水出口分别设置于所述柴油机缸套的两端。

进一步，所述冷却水箱的一侧设有风扇，用于将所述冷却水箱内的水冷却。

进一步，所述温控三通阀与所述冷却水出口之间设有第一温度检测控制器，所述第一温度检测控制器用于检测所述冷却水出口的冷却水温度，并控制所述温控三通阀对进入所述冷却水箱和所述第一换热器内的冷却水的流量进行分配。

进一步，所述第一换热器与所述热源水进口之间设有第一流量调节阀，所述第二换热器与所述第三换热器之间设有第二温度检测控制器，所述第二温度检测控制器用于检测所述第二换热器烟气出口处烟气温度，并控制所述第一流量调节阀对进入所述第一换热器和所述第三换热器内的热源水的流量进行分配。

进一步，所述海水淡化装置的顶部设有海水进口，所述海水进口与所述海水泵之间设置有第一支路和第二支路，所述第一支路供升温后的海水进入所述海水入口，所述第二支路供海水直接排放。

进一步，所述第一支路上设有过滤器。

进一步，所述第一支路上设有第二流量调节阀，所述热源水进口处设有第三温度检测控制器，所述第三温度检测控制器用于检测所述热源水进口处的热源水温度，并控制所述第二流量调节阀对进入所述海水入口的海水流量进行调节。

进一步，所述海水淡化装置的一侧设有真空泵。

进一步，所述第二换热器为金属材质，所述第三换热器为塑料材质。

本发明的有益效果：

本发明柴油机的废热通过冷却水循环换热和高温烟气换热，通过换热器将热量传递给海水淡化装置中加热海水，进行低温多效蒸馏海水淡化，在利用柴油发电机组工作发电同时，回收柴油发电机组废热结合低温多效蒸馏技术进行海水淡化，可提高柴油发电机组的热效率和发电效率，并降低海水淡化系统的能耗，进而构建一体化的水电联产系统，将产生巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统的结构示意图；

图中，1—海水泵、2—海水淡化装置、3—第二循环泵、4—第三换热器、5—第一换热器、6—第一循环泵、7—柴油机、8—第一温度检测控制器、9—温控三通阀、10—第一流量调节阀、11—第二温度检测控制器、12—第二换热器、13—第三温度检测控制器、14—第二流量调节阀、15—过滤器、16—真空泵、21—浓海水出口、22—淡水出口、23—海水进口、24—热源水进口、25—热源水出口、26—烟气出口、27—柴油机缸套、28—冷却水进口、29—冷却水出口、30—风扇、31—冷却水箱、32—第一支路、33—第二支路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1，本发明提供一种基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，包括柴油机7及海水淡化装置2，柴油机7的一侧设有冷却水循环回路用于回收柴油机7的废热，海水淡化装置2的一侧设有热源水循环回路，能够利用柴油机7的废热对热源水进行升温，以供海水淡化装置2使用。

柴油机7内设有柴油机缸套27，柴油机7于柴油机缸套27的两端分别设有冷却水进口28和冷却水出口29，冷却水进口28供冷却水进入，冷却水出口29连接于温控三通阀9的一个端口，温控三通阀9的另两个端口分别连接于冷却水箱31及第一换热器5的一端，冷却水箱31和第一换热器5的另一端通过第一循环泵6连接于冷却水进口28。冷却水箱31的一侧设有风扇30，用于将冷却水箱31内的水冷却。柴油机7由流过柴油机缸套27的冷却水冷却，柴油机缸套27流出的冷却水经温控三通阀9分配进入冷却水箱31和第一换热器5，冷却水箱31中的冷却水通过风扇30进行冷却，流过第一换热器5的冷却水的热量被交换到海水淡化装置2的热源水中，降温后的冷却水在第一循环泵6的作用下进入柴油机缸套27进行冷却水循环。

温控三通阀9与冷却水出口29之间设有第一温度检测控制器8，第一温度检测控制器8用于检测冷却水出口29的冷却水温度，并控制温控三通阀9对进入冷却水箱31和第一换热器5内的冷却水的流量进行分配，进而控制进入海水淡化循环管路的柴油机废热量。第一温度检测控制器8通过控制温控三通阀9进行冷却水流量的分配，尽可能使热量传递至海水淡化系统热源回路。当检测到冷却水出口29流出的冷却水温度较高时，通过第一温度检测控制器8控制温控三通阀9进行流量分配，使得冷却水流入第一换热器5的流量减少，流入冷却水箱31的流量变大，保证冷却水的温度降低至适宜的温度。相反的，当检测到冷却水出口29流出的冷却水温度较低时，通过温控三通阀9的流量分配，使得冷却水流入冷却水箱31的流量变小，流入第一换热器5的流量变大。

柴油机7的顶部设有烟气出口26，烟气出口26连接于第二换热器12，第二换热器12连接于第三换热器4，第三换热器4与第一换热器5并联。烟气出口26排出的高温烟气通过第二换热器12和第三换热器4将热量交换到海水淡化系统的热源水中后排放。通过第一换热器5、第二换热器12及第三换热器4可同时回收柴油机缸套27冷却水废热和烟气废热，并将这些废热用于海水淡化装置2中，利用柴油发电机组工作发电同时，回收柴油发电机组废热结合低温多效蒸馏技术进行海水淡化，可提高柴油发电机组的热效率和发电效率，并降低海水淡化系统的能耗，进而构建一体化的水电联产系统，将产生巨大的经济和社会效益。

在本实施例中，第一换热器12为金属材质(如Ti、316不锈钢等)，第二换热器4为塑料材质(如聚丙烯、聚四氟乙烯等)。烟气废热回收采用分段回收方式，高温段的第二换热器12采用常规金属类换热器，传热效率高；低温段的第三换热器4采用塑料换热器，避免酸露腐蚀，亦方便清洗。

海水淡化装置2的一侧设有热源水进口24和热源水出口25，热源水出口25通过第二循环泵3分别连接于第一换热器5和第三换热器4的一端，第三换热器4的另一端连接于第二换热器12的一端，第二换热器12的另一端与第一换热器5的另一端均连接于热源水进口24，形成热源水循环回路。海水淡化装置2的热源水出口25流出的热源水经第二循环泵3后分两条支路分别进入第三换热器4和第一换热器5。热源水在第三换热器4中吸热后进入第二换热器12进一步吸热升温，进入第一换热器5的热源水吸热后与第二换热器12出来的热源水汇流后一起通过热源水进口24进入海水淡化装置2释放热量。

第一换热器5与热源水进口24之间设有第一流量调节阀10，第二换热器12与第三换热器4之间设有第二温度检测控制器11，第二温度检测控制器11用于检测第二换热器12烟气出口处烟气温度，并控制第一流量调节阀10对进入第一换热器5和第三换热器4内的热源水的流量进行分配。当第二温度检测控制器11检测到第二换热器12烟气出口处烟气温度较高时，调节第一温控流量调节阀10使第一换热器5中的热源水流量减少，第三换热器4中热源水流量增大。当检测到第二换热器12烟气出口处烟气温度较低时，第二温度检测控制器11通过控制第一温控流量调节阀10使第一换热器5中的热源水流量增大，第三换热器4中热源水流量减小。

海水淡化装置2的另一侧设有海水泵1用于将海水抽入海水淡化装置2中，海水淡化装置2用于供海水于其中与热源水换热后蒸发，海水淡化装置2底部设有浓海水出口21和淡水出口22，浓海水出口21供未蒸发的浓海水排出，淡水出口22用于供凝结淡水排出。海水淡化装置2的顶部设有海水进口23，海水淡化装置2的一侧设有真空泵16，用于维持海水淡化装置2的真空度。海水进口23与海水泵1之间设置有第一支路32和第二支路33，第一支路32连接于海水进口23，第二支路33连接到外界，其中第一支路32上设有过滤器15。原料海水经海水泵1进入海水淡化装置2冷凝蒸汽，升温后的原料海水一部分进入第一支路32，经过滤器15过滤后进入海水淡化装置2吸热蒸发，另一部分直接排放到外界。海水淡化装置2中未蒸发的浓海水经浓海水出口21排出，凝结淡水经淡水出口22排出。

第一支路32上设有第二流量调节阀14，热源水进口24处设有第三温度检测控制器13，第三温度检测控制器13用于检测热源水进口24处的热源水温度，并控制第二流量调节阀14对进入海水入口23的海水流量进行调节。当第三温度检测控制器13检测到进入海水淡化装置2的热源水温度较低时，通过控制第二温控流量调节阀14降低进入海水进口23的海水流量，保证海水淡化系统高效地运转。当检测到进入海水淡化装置2的热源水温度较高时，第三温度检测控制器13通过调节第二温控流量调节阀14增大进入海水进口23的海水流量。低温多效蒸馏海水淡化系统可在40-120％的负荷下正常运行，通过第三温度检测控制器13和第二流量调节阀14的作用，可在柴油机负荷波动过程中，保证海水淡化系统的负荷调节及稳定运行利。

本发明中柴油机缸套27的冷却水温度一般在60～90℃，而低温多效蒸馏系统的蒸发温度一般不超过75℃，因而低温多效蒸馏海水淡化系统热源的设计温度一般不超过80℃，以避免蒸发器内无机盐的结垢。本发明系统的控制温度范围65～85℃，处于柴油机冷却水适宜的工作温度范围之内，可充分利用柴油机7自身的控制系统，保证柴油机7自身的操作安全。

本发明在利用柴油发电机组工作发电同时，回收柴油发电机组废热结合低温多效蒸馏技术进行海水淡化，可提高柴油发电机组的热效率和发电效率，并降低海水淡化系统的能耗，进而构建一体化的水电联产系统，将产生巨大的经济和社会效益。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于，包括：柴油机及海水淡化装置，所述柴油机的两侧设有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口供冷却水进入，所述冷却水出口连接于温控三通阀的一个端口，所述温控三通阀的另两个端口分别连接于冷却水箱及第一换热器的一端，所述冷却水箱和所述第一换热器的另一端通过第一循环泵连接于所述冷却水进口，所述柴油机的顶部设有烟气出口，所述烟气出口连接于第二换热器，所述第二换热器连接于第三换热器，所述第三换热器与所述第一换热器并联，所述海水淡化装置的一侧设有热源水进口和热源水出口，所述热源水出口通过第二循环泵分别连接于所述第一换热器和所述第三换热器的一端，所述第三换热器的另一端连接于所述第二换热器的一端，所述第二换热器的另一端与所述第一换热器的另一端均连接于所述热源水进口，所述海水淡化装置的另一侧设有海水泵用于将海水抽入所述海水淡化装置中，所述海水淡化装置用于供海水于其中与热源水换热后蒸发，所述海水淡化装置底部设有浓海水出口和淡水出口，所述浓海水出口用于供未蒸发的浓海水排出，所述淡水出口用于供凝结淡水排出。

2.根据权利要求1所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述柴油机内设有柴油机缸套，所述冷却水进口和所述冷却水出口分别设置于所述柴油机缸套的两端。

3.根据权利要求2所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述冷却水箱的一侧设有风扇，用于将所述冷却水箱内的水冷却。

4.根据权利要求1所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述温控三通阀与所述冷却水出口之间设有第一温度检测控制器，所述第一温度检测控制器用于检测所述冷却水出口的冷却水温度，并控制所述温控三通阀对进入所述冷却水箱和所述第一换热器内的冷却水的流量进行分配。

5.根据权利要求1所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述第一换热器与所述热源水进口之间设有第一流量调节阀，所述第二换热器与所述第三换热器之间设有第二温度检测控制器，所述第二温度检测控制器用于检测所述第二换热器烟气出口处烟气温度，并控制所述第一流量调节阀对进入所述第一换热器和所述第三换热器内的热源水的流量进行分配。

6.根据权利要求1所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述海水淡化装置的顶部设有海水进口，所述海水进口与所述海水泵之间设置有第一支路和第二支路，所述第一支路供升温后的海水进入所述海水入口，所述第二支路供海水直接排放。

7.根据权利要求6所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述第一支路上设有过滤器。

8.根据权利要求6所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述第一支路上设有第二流量调节阀，所述热源水进口处设有第三温度检测控制器，所述第三温度检测控制器用于检测所述热源水进口处的热源水温度，并控制所述第二流量调节阀对进入所述海水入口的海水流量进行调节。

9.根据权利要求1所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述海水淡化装置的一侧设有真空泵。

10.根据权利要求1所述的基于柴油机废热回收的低温多效蒸馏海水淡化系统，其特征在于：所述第二换热器为金属材质，所述第三换热器为塑料材质。