CN110217846A - 一种余热利用海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种余热利用海水淡化系统，包括多级闪蒸海水淡化装置，及与多级闪蒸海水淡化装置连接的余热利用机构；所述余热利用机构由采用柴油机尾部排放的废气余热作为热源的烟气余热利用单元和采用柴油发动机缸套冷却水的余热作为热源的热水余热利用单元组成；与首端闪蒸室的冷凝器相连的所述海水管及所述预热管路上分别安装有进液三通阀和出液三通阀；本发明的余热利用海水淡化系统，利用采用柴油机尾部排放的废气余热和柴油发动机缸套冷却水余热共同为多级闪蒸海水淡化装置提供供热支持，节能环保，降低海水淡化的能源消耗。

Description

一种余热利用海水淡化系统
技术领域
本发明涉及一种余热利用海水淡化系统，属于海水淡化技术领域。
背景技术
众所周知，各类工程船舶和捕捞渔船均需装备海水淡化设备，以满足船用动力设备运行和船员及旅客生活需要；目前大型远洋船舶大都采用海水淡化方式补水；我国已成为世界造船大国，但高效率的船用造水机还依赖于进口，我国目前还缺乏自主的海水淡化装置设计制造能力，与我国造船大国地位不相适应，也大大降低了我国造船业的利润空间，使得我国的造船效益大打折扣；而船舶上本身具有很多尚未被有效利用的低品位热源如柴油机缸套冷却热、增压空气系统的中间冷却热、烟气余热等，这些低温余热一般直接被排放掉，造成了极大的浪费；回收船舶废气热量是动力装置节能的重要途径，回收的余热可应用于废气锅炉发电、海水淡化、燃油柜加热和空调等方面。船舶海水淡化装置是海洋船舶的重要设备，其节能性的好坏直接关系到船舶的整体节能。因此，将船舶上不同品性的余热应用于海水淡化系统中，可大大降低海水淡化的成本和极大提高船舶柴油机总效率，实现海水淡化过程的高效节能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种余热利用海水淡化系统，利用采用柴油机尾部排放的废气余热和柴油发动机缸套冷却水余热共同为多级闪蒸海水淡化装置提供供热支持，节能环保，降低海水淡化的能源消耗。
本发明的余热利用海水淡化系统，包括多级闪蒸海水淡化装置，及与多级闪蒸海水淡化装置连接的余热利用机构；所述多级闪蒸海水淡化装置由多个依次串联的闪蒸室组成；每一所述闪蒸室分别通过抽气管路与真空抽气机构连接；所述闪蒸室内部通过积水盘隔设有冷凝仓和蒸发仓，且每一冷凝仓中分别安装有一冷凝器；相邻闪蒸室的所述冷凝器通过海水管连接；与末端闪蒸室的冷凝器相连的所述海水管与海水泵其出水口连接；与首端闪蒸室的冷凝器相连的所述海水管与余热利用机构其进液口连接；所述冷凝仓其出液口通过蒸馏管路连接；所述蒸馏管路依次贯穿多个闪蒸室，且其输出端与淡水泵其进水口连接；首端所述蒸发仓其侧面底部设置有预热海水进口，且预热海水进口通过预热管路与余热利用机构其出液口连接；末端所述蒸发仓其底部设置有浓盐水出口，且浓盐水出口通过盐水管路与盐水泵其进水口连接；相邻所述蒸发仓之间通过海水流通口联通；所述余热利用机构由采用柴油机尾部排放的废气余热作为热源的烟气余热利用单元和采用柴油发动机缸套冷却水的余热作为热源的热水余热利用单元组成；与首端闪蒸室的冷凝器相连的所述海水管及所述预热管路上分别安装有进液三通阀和出液三通阀；所述进液三通阀和出液三通阀分别与电控箱电连接，其中，此处的电控箱主要用于处理由废气温度传感器和冷却水温度传感器传输来的检测值，并控制进液三通阀、出液三通阀、废气开关阀和出液开关阀作出相应动作，其控制电路结构及其工作原理均为现有技术，在此不再详述；所述烟气余热利用单元其进液口和热水余热利用单元其进液口分别通过第一进液管和第二进液管与进液三通阀连接；所述烟气余热利用单元其出液口和热水余热利用单元其出液口分别通过第一出液管和第二出液管与出液三通阀连接，采用多级闪蒸技术对海水进行淡化处理，可靠性高，产水质量高，且防垢效果好；并利用采用柴油机尾部排放的废气余热和柴油发动机缸套冷却水余热共同为多级闪蒸海水淡化装置提供供热支持，节能环保，降低海水淡化的能源消耗；另外，柴油机尾部排放的废气余热和柴油发动机缸套冷却水余热可切换使用，避免因废气余热或冷却水预热供应不上而影响海水的淡化处理效率。
进一步地，所述烟气余热利用单元包括烟汽转换蒸发器；所述烟汽转换蒸发器包括本体，及沿本体轴向间隔设置于本体中的换热柱；所述本体顶部形成有蒸汽室，且蒸汽室其顶部中央设有蒸汽出口；所述本体底部形成有海水室，且海水室其底部中央设有预热海水出口；所述预热海水出口经第一出液管与出液三通阀连接；所述换热柱由外管和内换热套管组成；所述内换热套管位于外管内部中央，且内换热套管与外管之间形成有烟气流通通道；所述外管顶端设有排烟腔；相邻所述排烟腔之间通过排烟管联通，并形成排烟室；一侧所述外管的排烟腔处连接有出烟管，且出烟管与空气净化装置连接；所述外管底端设有进烟腔；相邻所述进烟腔之间通过烟管联通，并形成进烟室；背离出烟管一侧的所述外管的进烟腔出连接有进烟管，且进烟管经粗过滤网与柴油机尾部排放管路连接；所述柴油机尾部排放管路上安装有废气开关阀和废气温度传感器，且废气开关阀和废气温度传感器分别与电控箱电连接；所述内换热套管内部形成有海水换热腔，且相邻海水换热腔之间通过流通管路连接；背离出烟管一侧的所述内换热套管的海水换热腔中央设置有海水进口，且海水进口与第一进液管连接；所述内换热套管其上端侧面沿其轴向均布有多个蒸汽喷嘴，且蒸汽喷嘴其喷头穿过外管并露出；所述内换热套管其下端设置有排水管；所述排水管贯穿安装于内换热套管与外管之间，待预热的海水经第一进液管由海水进口送入至内换热套管中，并通过流通管路输送至各个内换热套管中；同时，废气开关阀打开，进烟管通入经粗过滤网除去大颗粒杂质的余热废气，且余热废气由下至上经内换热套管与外管之间的烟气流通通道进入排烟室，再由与排烟室连接的出烟管进入空气净化装置中进行净化后排放；与此同时，海水充斥于每个内换热套管中，并与余热废气进行换热，废气冷却后排出，而海水中的部分水分在高温下蒸发，由蒸汽喷嘴喷出进入蒸汽室中；部分海水则经过排水管流入至海水室；其中，空气净化装置仅用于净化废气中的含硫等有害物质，其为现有设备，在此不再详述其具体结构及其工作原理；柴油机尾部排放管路上的废气温度传感器用于检测排放的废气温度，并将检测值传输至电控箱进行数据处理，当废气温度低于设定值且废气温度低于冷却水水温时，则关闭废气开关阀及与烟气余热利用单元联通的进液三通阀阀门。
进一步地，所述热水余热利用单元包括汽水换热器；所述汽水换热器由外壳体及贯穿设置于外壳体内部的盘状换热管；所述外壳体其顶部和底部分别设有热水进水口和冷水出水口；所述外壳体侧面设置有换热进液口和换热出液口；所述盘状换热管两端分别穿过换热进液口和换热出液口，且与第二进液管和第二出液管连接，待预热的海水经第二进液管由换热进液口送入至汽水换热器中，并通过盘状换热管由换热出液口输出；同时，柴油发动机缸套冷却水由热水进水口送入，并充斥于整个外壳体中，包裹于盘状换热管外围，与待预热的海水进行热交换，换热后从冷水出水口流出。
再进一步地，所述热水进水口和冷水出水口分别与柴油发动机缸套冷却水循环输送管路其出液口和进液口连接；所述柴油发动机缸套冷却水循环输送管路其出液口处安装有出液开关阀和冷却水温度传感器，且出液开关阀和冷却水温度传感器分别与电控箱电连接；冷却水温度传感器用于检测排放的冷却水温度，并将检测值传输至电控箱进行数据处理，当冷却水温度低于设定值且冷却水温度低于废气温度时，则关闭出液开关阀及与热水余热利用单元联通的进液三通阀阀门。
进一步地，每一所述闪蒸室的蒸发仓中均设置有一辅助换热器；所述辅助换热器其进液口和出液口分别连接有加热进汽管和加热出汽管；所述加热出汽管穿过蒸发仓，并伸入至冷凝仓的积水盘其气水分离器上方，在蒸发仓中设置辅助换热器，可对蒸发仓内待蒸发的盐水进行加热，能够将二次蒸发的潜热进行充分利用，可以使各级闪蒸室选择较低的闪蒸压力，且二次蒸汽冷凝后也为淡水，可与其他淡水一同收集；提高了造水比，还可节省系统能耗。
再进一步地，所述加热进汽管其另一端延伸至闪蒸室外部，且与烟汽转换蒸发器的蒸汽出口连接，将烟汽转换蒸发器中输出的蒸汽进行利用，将其引导至各个闪蒸室中用于加热循环盐水，充分利用烟汽转换蒸发器的热能。
再进一步地，下一级所述加热进汽管其另一端延伸至闪蒸室外部，且与上一级蒸发室的冷凝仓连接，将各级闪蒸室中闪蒸出的二次蒸汽的一部分引导至下一级闪蒸室中用于加热循环盐水，能够将热能进行重复利用。
作为优选的实施方案，每一所述蒸发仓其高压腔侧面均设有节流口；所述节流口下方倾斜设置有用于改变水流方向的限位凸台，改变了高压腔的壁面结构，增强了环流效应，限制了涡流区尺度，充分减少流动损失，且使涡流能量得到很好的保持。
本发明与现有技术相比较，本发明的余热利用海水淡化系统，采用多级闪蒸技术对海水进行淡化处理，可靠性高，产水质量高，且防垢效果好；并利用采用柴油机尾部排放的废气余热和柴油发动机缸套冷却水余热共同为多级闪蒸海水淡化装置提供供热支持，节能环保，降低海水淡化的能源消耗；另外，柴油机尾部排放的废气余热和柴油发动机缸套冷却水余热可切换使用，避免因废气余热或冷却水预热供应不上而影响海水的淡化处理效率。
附图说明
图1是本发明的实施例1结构示意图。
图2是本发明的烟汽转换蒸发器换热结构示意图。
图3是本发明的实施例2结构示意图。
附图中各部件标注为：1-闪蒸室，11-冷凝仓，12-蒸发仓，2-抽气管路，3-积水盘，4-冷凝器，5-海水管，6-海水泵，7-蒸馏管路，8-淡水泵，9-预热海水进口，10-预热管路，13-浓盐水出口，14-盐水管路，15-盐水泵，16-海水流通口，17-进液三通阀，18-出液三通阀，19-第一进液管，20-第二进液管，21-第一出液管，22-第二出液管，23-烟汽转换蒸发器，231-本体，232-换热柱，2321-外管，2322-内换热套管，2323-烟气流通通道，2324-排烟腔，2325-进烟腔，2326-海水换热腔，2327-海水进口，2328-蒸汽喷嘴，2329-排水管，2320-流通管路，233-蒸汽室，234-蒸汽出口，235-海水室，236-预热海水出口，237-排烟管，238-出烟管，239-烟管，230-进烟管，24-粗过滤网，25-柴油机尾部排放管路，26-废气开关阀，27-废气温度传感器，28-汽水换热器，281-外壳体，282-盘状换热管，283-热水进水口，284-冷水出水口，285-换热进液口，286-换热出液口，29-柴油发动机缸套冷却水循环输送管路，30-出液开关阀，31-冷却水温度传感器，32-辅助换热器，33-加热进汽管，34-加热出汽管，35-气水分离器，36-节流口，37-限位凸台，A-烟气余热利用单元，B-热水余热利用单元。
具体实施方式
实施例1：
如图1和图2所示的余热利用海水淡化系统，包括多级闪蒸海水淡化装置，及与多级闪蒸海水淡化装置连接的余热利用机构；所述多级闪蒸海水淡化装置由多个依次串联的闪蒸室1组成；每一所述闪蒸室1分别通过抽气管路2与真空抽气机构连接；所述闪蒸室1内部通过积水盘3隔设有冷凝仓11和蒸发仓12，且每一冷凝仓11中分别安装有一冷凝器4；相邻闪蒸室1的所述冷凝器4通过海水管5连接；与末端闪蒸室1的冷凝器4相连的所述海水管5与海水泵6其出水口连接；与首端闪蒸室1的冷凝器4相连的所述海水管5与余热利用机构其进液口连接；所述冷凝仓11其出液口通过蒸馏管路7连接；所述蒸馏管路7依次贯穿多个闪蒸室1，且其输出端与淡水泵8其进水口连接；首端所述蒸发仓12其侧面底部设置有预热海水进口9，且预热海水进口9通过预热管路10与余热利用机构其出液口连接；末端所述蒸发仓12其底部设置有浓盐水出口13，且浓盐水出口13通过盐水管路14与盐水泵15其进水口连接；相邻所述蒸发仓12之间通过海水流通口16联通；所述余热利用机构由采用柴油机尾部排放的废气余热作为热源的烟气余热利用单元A和采用柴油发动机缸套冷却水的余热作为热源的热水余热利用单元B组成；与首端闪蒸室的冷凝器4相连的所述海水管5及所述预热管路10上分别安装有进液三通阀17和出液三通阀18；所述进液三通阀17和出液三通阀18分别与电控箱电连接；所述烟气余热利用单元A其进液口和热水余热利用单元B其进液口分别通过第一进液管19和第二进液管20与进液三通阀17连接；所述烟气余热利用单元A其出液口和热水余热利用单元B其出液口分别通过第一出液管21和第二出液管22与出液三通阀18连接。
所述烟气余热利用单元A包括烟汽转换蒸发器23；所述烟汽转换蒸发器23包括本体231，及沿本体231轴向间隔设置于本体231中的换热柱232；所述本体顶部形成有蒸汽室233，且蒸汽室233其顶部中央设有蒸汽出口234；所述本体底部形成有海水室235，且海水室235其底部中央设有预热海水出口236；所述预热海水出口236经第一出液管21与出液三通阀18连接；所述换热柱232由外管2321和内换热套管2322组成；所述内换热套管2322位于外管2321内部中央，且内换热套管2321与外管2322之间形成有烟气流通通道2323；所述外管2321顶端设有排烟腔2324；相邻所述排烟腔2324之间通过排烟管237联通，并形成排烟室；一侧所述外管的排烟腔2324处连接有出烟管238，且出烟管238与空气净化装置连接；所述外管2321底端设有进烟腔2325；相邻所述进烟腔2325之间通过烟管239联通，并形成进烟室；背离出烟管238一侧的所述外管的进烟腔2325出连接有进烟管230，且进烟管230经粗过滤网24与柴油机尾部排放管路25连接；所述柴油机尾部排放管路25上安装有废气开关阀26和废气温度传感器27，且废气开关阀26和废气温度传感器27分别与电控箱电连接；所述内换热套管2322内部形成有海水换热腔2326，且相邻海水换热腔2326之间通过流通管路2320连接；背离出烟管238一侧的所述内换热套管2322的海水换热腔2326中央设置有海水进口2327，且海水进口2327与第一进液管19连接；所述内换热套管2322其上端侧面沿其轴向均布有多个蒸汽喷嘴2328，且蒸汽喷嘴2328其喷头穿过外管2321并露出；所述内换热套管2322其下端设置有排水管2329；所述排水管2329贯穿安装于内换热套管2322与外管2321之间。
所述热水余热利用单元B包括汽水换热器28；所述汽水换热器28由外壳体281及贯穿设置于外壳体281内部的盘状换热管282；所述外壳体281其顶部和底部分别设有热水进水口283和冷水出水口284；所述外壳体281侧面设置有换热进液口285和换热出液口286；所述盘状换热管282两端分别穿过换热进液口285和换热出液口286，且与第二进液管20和第二出液管22连接。
所述热水进水口283和冷水出水口284分别与柴油发动机缸套冷却水循环输送管路29其出液口和进液口连接；所述柴油发动机缸套冷却水循环输送管路29其出液口处安装有出液开关阀30和冷却水温度传感器31，且出液开关阀30和冷却水温度传感器31分别与电控箱电连接。
每一所述闪蒸室1的蒸发仓12中均设置有一辅助换热器32；所述辅助换热器32其进液口和出液口分别连接有加热进汽管33和加热出汽管34；所述加热出汽管33穿过蒸发仓12，并伸入至冷凝仓11的积水盘3其气水分离器35上方。
所述加热进汽管33其另一端延伸至闪蒸室1外部，且与烟汽转换蒸发器23的蒸汽出口234连接。
每一所述蒸发仓12其高压腔侧面均设有节流口36；所述节流口36下方倾斜设置有用于改变水流方向的限位凸台37。
实施例2：
如图3所示的余热利用海水淡化系统，其结构与实施例1基本相同，其中，下一级所述加热进汽管33其另一端延伸至闪蒸室1外部，且与上一级蒸发室1的冷凝仓11连接。
本发明的余热利用海水淡化系统，采用多级闪蒸技术对海水进行淡化处理，可靠性高，产水质量高，且防垢效果好；并利用采用柴油机尾部排放的废气余热和柴油发动机缸套冷却水余热共同为多级闪蒸海水淡化装置提供供热支持，节能环保，降低海水淡化的能源消耗；另外，柴油机尾部排放的废气余热和柴油发动机缸套冷却水余热可切换使用，避免因废气余热或冷却水预热供应不上而影响海水的淡化处理效率。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种余热利用海水淡化系统，包括多级闪蒸海水淡化装置，及与多级闪蒸海水淡化装置连接的余热利用机构；所述多级闪蒸海水淡化装置由多个依次串联的闪蒸室组成；每一所述闪蒸室分别通过抽气管路与真空抽气机构连接；所述闪蒸室内部通过积水盘隔设有冷凝仓和蒸发仓，且每一冷凝仓中分别安装有一冷凝器；相邻闪蒸室的所述冷凝器通过海水管连接；与末端闪蒸室的冷凝器相连的所述海水管与海水泵其出水口连接；与首端闪蒸室的冷凝器相连的所述海水管与余热利用机构其进液口连接；所述冷凝仓其出液口通过蒸馏管路连接；所述蒸馏管路依次贯穿多个闪蒸室，且其输出端与淡水泵其进水口连接；首端所述蒸发仓其侧面底部设置有预热海水进口，且预热海水进口通过预热管路与余热利用机构其出液口连接；末端所述蒸发仓其底部设置有浓盐水出口，且浓盐水出口通过盐水管路与盐水泵其进水口连接；相邻所述蒸发仓之间通过海水流通口联通；其特征在于：所述余热利用机构由采用柴油机尾部排放的废气余热作为热源的烟气余热利用单元和采用柴油发动机缸套冷却水的余热作为热源的热水余热利用单元组成；与首端闪蒸室的冷凝器相连的所述海水管及所述预热管路上分别安装有进液三通阀和出液三通阀；所述进液三通阀和出液三通阀分别与电控箱电连接；所述烟气余热利用单元其进液口和热水余热利用单元其进液口分别通过第一进液管和第二进液管与进液三通阀连接；所述烟气余热利用单元其出液口和热水余热利用单元其出液口分别通过第一出液管和第二出液管与出液三通阀连接。
2.根据权利要求1所述的余热利用海水淡化系统，其特征在于：所述烟气余热利用单元包括烟汽转换蒸发器；所述烟汽转换蒸发器包括本体，及沿本体轴向间隔设置于本体中的换热柱；所述本体顶部形成有蒸汽室，且蒸汽室其顶部中央设有蒸汽出口；所述本体底部形成有海水室，且海水室其底部中央设有预热海水出口；所述预热海水出口经第一出液管与出液三通阀连接；所述换热柱由外管和内换热套管组成；所述内换热套管位于外管内部中央，且内换热套管与外管之间形成有烟气流通通道；所述外管顶端设有排烟腔；相邻所述排烟腔之间通过排烟管联通，并形成排烟室；一侧所述外管的排烟腔处连接有出烟管，且出烟管与空气净化装置连接；所述外管底端设有进烟腔；相邻所述进烟腔之间通过烟管联通，并形成进烟室；背离出烟管一侧的所述外管的进烟腔出连接有进烟管，且进烟管经粗过滤网与柴油机尾部排放管路连接；所述柴油机尾部排放管路上安装有废气开关阀和废气温度传感器，且废气开关阀和废气温度传感器分别与电控箱电连接；所述内换热套管内部形成有海水换热腔，且相邻海水换热腔之间通过流通管路连接；背离出烟管一侧的所述内换热套管的海水换热腔中央设置有海水进口，且海水进口与第一进液管连接；所述内换热套管其上端侧面沿其轴向均布有多个蒸汽喷嘴，且蒸汽喷嘴其喷头穿过外管并露出；所述内换热套管其下端设置有排水管；所述排水管贯穿安装于内换热套管与外管之间。
3.根据权利要求1所述的余热利用海水淡化系统，其特征在于：所述热水余热利用单元包括汽水换热器；所述汽水换热器由外壳体及贯穿设置于外壳体内部的盘状换热管；所述外壳体其顶部和底部分别设有热水进水口和冷水出水口；所述外壳体侧面设置有换热进液口和换热出液口；所述盘状换热管两端分别穿过换热进液口和换热出液口，且与第二进液管和第二出液管连接。
4.根据权利要求3所述的余热利用海水淡化系统，其特征在于：所述热水进水口和冷水出水口分别与柴油发动机缸套冷却水循环输送管路其出液口和进液口连接；所述柴油发动机缸套冷却水循环输送管路其出液口处安装有出液开关阀和冷却水温度传感器，且出液开关阀和冷却水温度传感器分别与电控箱电连接。
5.根据权利要求1所述的余热利用海水淡化系统，其特征在于：每一所述闪蒸室的蒸发仓中均设置有一辅助换热器；所述辅助换热器其进液口和出液口分别连接有加热进汽管和加热出汽管；所述加热出汽管穿过蒸发仓，并伸入至冷凝仓的积水盘其气水分离器上方。
6.根据权利要求5所述的余热利用海水淡化系统，其特征在于：所述加热进汽管其另一端延伸至闪蒸室外部，且与烟汽转换蒸发器的蒸汽出口连接。
7.根据权利要求5所述的余热利用海水淡化系统，其特征在于：下一级所述加热进汽管其另一端延伸至闪蒸室外部，且与上一级蒸发室的冷凝仓连接。
8.根据权利要求5所述的余热利用海水淡化系统，其特征在于：下一级所述加热进汽管其另一端延伸至闪蒸室外部，且与上一级蒸发室的抽气管路连接。
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