CN110498030A - 船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组，是为了充分利用船舶尾气热量而研发的一种热效率高、分别蒸发、二效吸收的含制冰、空调、海水淡化的多功能机组。加热脱氨后的稀氨溶液在吸收器Ⅰ吸收来自制冰机的氨气，后进入吸收器Ⅱ继续吸收来自空调机的氨气，变回富氨溶液，完成氨水溶液循环；冷凝后的一部分液氨进入制冰机蒸发制冷，完成制冰过程；另一部分液氨进入空调机蒸发制冷，完成空调制冷过程；吸收器Ⅱ壳程中的海水，被吸收器Ⅱ管程中释放的吸收热加热沸腾，蒸发出的水蒸汽进入水冷凝器被冷凝为水，进入淡水储罐，完成海水淡化过程。本机组的热效率利用、制冷效率、节能效果都得到了显著提升，可广泛应用于各种马力的船舶。
Description
技术领域
本发明涉及船舶尾气热能制冷领域，特别是一种船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组。
背景技术
船舶发动机排出的尾气温度高达400℃以上，具有非常高的利用价值，船上大多无专用制冷设备和渔品加工装置，渔船多是携带大量冰块进行冷藏保鲜，出海要带燃油、淡水、冰，耗时又费力，减少了船的有效利用率。以热能为动力的氨水吸收式制冷技术可以很好地解决这一问题，能大量节约能耗、节约用电，而且制冷范围大。因此，用船舶尾气驱动氨水吸收式制冷机组用来制冷、制取淡水，是一种节能、环保的理想选择。
然而，氨水吸收式制冷机组与压缩式制冷相比，热效率低、冷却负荷大，整个机组的体积、质量都要大得多，安装在结构相对紧凑的船舶上面，会占用很大的空间。这就需要提高机组的制冷系数，增加机组的使用功能，降低机组的质量和体积，达到比较高的热效率。
现有的吸收式船舶尾气制冷装置，如图2所示，包括发生器21、吸收器22，溶液泵23，溶液节流阀24，回热器25，精馏器26，冷凝器27，节流阀28，蒸发器29等。来自发生器21的氨水溶液进入回热器25，换热降温后再经溶液节流阀24进入吸收器22，吸收氨气变为浓氨水溶液并发出热量，然后进入溶液泵23送至回热器25，换热升温后进入发生器21，由此构成氨水溶液的循环回路。
来自发生器21的氨水蒸汽上升至精馏器26，经精馏后进入冷凝器27冷凝成液氨，经节流阀28进入蒸发器29蒸发制冷，蒸发后的氨气进入吸收器22，被稀氨水溶液吸收成浓氨水溶液，再由吸收器22底部进入溶液泵23，被溶液泵23送至回热器25，升温后再进入发生器21，由此构成氨的循环回路。
上述船舶尾气制冷机组效率较低，体积大，维修量大；原因是：（1）氨水蒸汽在精馏器26被精馏时，热量没有得到充分利用；（2）由发生器21至吸收器22的溶液直接进入吸收器，吸收效率较差；（3）用途比较单一，热效率低；（4）仅能满足一种制冷需求；（5）吸收器22在吸收过程中放出的热量没有得到利用。
发明内容
本发明是为了克服现有技术不足，而提供一种热效率较高、分别蒸发、二效吸收的一种船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组。
本发明为了解决上述技术问题而采用的技术方案是：一种船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组，包括发生器、精馏器、氨冷凝器、液氨储罐、氨节流阀Ⅰ、氨节流阀Ⅱ、制冰机、吸收器Ⅰ、空调机、吸收器Ⅱ、溶液泵、溶液换热器、溶液节流阀、海水节流阀、海水热交换器、海水泵、水冷凝器、淡水储罐，其特征在于：所述发生器的溶液出口端与精馏器的溶液进口端连接，精馏器的溶液出口端与溶液节流阀的进口端连接，溶液节流阀的出口端与溶液换热器的热溶液进口端连接，溶液换热器的热溶液出口端与吸收器Ⅰ的溶液进口端连接，吸收器Ⅰ的溶液出口端与吸收器Ⅱ管程的溶液进口端连接，吸收器Ⅱ管程的溶液出口端与溶液泵的溶液进口端连接，溶液泵的溶液出口端与溶液换热器的冷溶液进口端连接，溶液换热器的冷溶液出口端与精馏器上部的局部冷凝器冷却液进口端连接，精馏器上部的局部冷凝器冷却液出口端与发生器的溶液进口端连接，构成氨水溶液的循环回路；精馏器的蒸汽出口端与氨冷凝器的蒸汽进口端连接，氨冷凝器的出口端与液氨储罐的进口端连接，液氨储罐的一个出口端与氨节流阀Ⅰ的进口端连接，氨节流阀Ⅰ的出口端与制冰机的液氨进口端连接，制冰机的氨气出口端与吸收器Ⅰ的氨气进口端连接，液氨储罐的另一出口端与氨节流阀Ⅱ的进口端连接，氨节流阀Ⅱ的出口端与空调机的液氨进口端连接，空调机的氨气出口端与吸收器Ⅱ管程的氨气进口端连接，构成氨的循环回路；海水进口端与海水节流阀的进口端连接，海水节流阀的出口端与海水热交换器的冷海水进口端连接，海水热交换器的冷海水出口端与吸收器Ⅱ壳程的海水进口端连接，吸收器Ⅱ壳程的海水出口端与海水热交换器的热海水进口端连接，海水热交换器的热海水出口端与海水泵的进口端连接，海水泵的出口端与海水出口端连接，构成被淡化海水的循环回路；吸收器Ⅱ壳程的蒸汽出口端与水冷凝器的蒸汽进口端连接，水冷凝器的出口端与淡水储罐的进口端连接，构成淡化水的循环回路。
所述吸收器Ⅱ为一管壳式结构，由封头、圆筒罐体、管板、列管组成，吸收器Ⅱ竖直放置，来自吸收器Ⅰ的氨水溶液走管程，管程顶部设有喷淋装置，氨水溶液经喷淋后沿列管内壁竖直流下，吸收自空调机的氨气；来自海水热交换器的海水走壳程。
所述精馏器由封头、圆筒罐体、塔板组、局部冷凝器组成，上部为局部冷凝器，中部为塔板组，下部为气液分离器，塔板为圆缺形，上面有凹槽，塔板之间装有填料。
所述吸收器Ⅱ壳程为真空装置，来自海水热交换器的海水在真空状态下受热沸腾，蒸汽进入水冷凝器，加热后的海水进入海水热交换器。
所述溶液换热器、海水热交换器均为套管式结构，内管采用螺纹管增加换热面积。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）来自发生器1的氨水溶液经溶液换热器12换热后进入吸收器Ⅰ8，吸收来自制冰机7的氨气，后进入吸收器Ⅱ10，继续吸收来自空调机9的氨气，氨水溶液的放气范围增大，循环倍率减小，机组的制冷效率显著提高。
（2）系统中有两处热量得到有效利用：吸收器Ⅱ10中，氨水溶液吸收来自空调机9的氨气，产生的吸收热加热来自海水热交换器15的海水；精馏器2中，氨水溶液进入精馏器2上部的局部冷凝器，吸收带走水蒸汽分馏冷凝放出的热量。
（3）本系统根据氨水溶液浓度的变化，设计了不同的液氨蒸发压力，可以用来制冰、空调、海水淡化，增加了机组使用功能。
（4）本系统的热效率高、制冷系数高、溶液循环量减少，也使得机组的用电量更少，机组更加节能。
因此，本机组的热效率利用、制冷效率、节能效果都得到了显著提升，机组体积小、质量小、用途广泛、实用性强。
本发明可广泛应用于各种马力的船舶，也可用于其他有发动机尾气的场所。
附图说明
图1是本发明的结构流程示意图；图2是现有船舶尾气制冷机组结构流程示意图。
图中：1、发生器，2、精馏器，3、氨冷凝器，4、液氨储罐，5、氨节流阀Ⅰ，6、氨节流阀Ⅱ，7、制冰机，8、吸收器Ⅰ，9、空调机，10、吸收器Ⅱ，11、溶液泵，12、溶液换热器，13、溶液节流阀，14、海水节流阀，15、海水热交换器，16、海水泵，17、水冷凝器，18、淡水储罐；21、发生器，22、吸收器，23、溶液泵，24、溶液节流阀，25、回热器，26、精馏器，27、冷凝器，28、节流阀，29、蒸发器。
具体实施方式
通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。
一种船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组，如图1，其工作流程如下：
来自发生器1的氨水溶液进入精馏器2，经气液分离后，稀氨溶液经溶液节流阀13进入溶液换热器12，与来自吸收器Ⅱ10的较低温度的溶液进行换热，温度降低后的稀氨溶液进入吸收器Ⅰ8，吸收来自制冰机7的氨气后浓度升高，然后进入吸收器Ⅱ10的管程，在较高压力的情况下，继续吸收来自空调机9的氨气并放出吸收热量，氨水溶液的浓度继续升高，变为浓氨溶液，浓氨溶液经溶液泵11驱动，先进入溶液换热器12进行换热，温度升高后进入精馏器2上部的局部冷凝器进一步换热，温度继续升高，然后进入发生器1，完成氨水溶液的循环过程。
来自发生器1的氨水溶液加热后进入精馏器2释放出大量蒸汽，经气液分离后的蒸汽，在精馏器2上部精馏掉水蒸汽，剩余的氨蒸汽进入氨冷凝器3被冷凝为液氨进入液氨储罐4，其中一部分液氨经氨节流阀Ⅰ5节流降压后进入制冰机7，在制冰机7里蒸发制冷，变为氨气，氨气进入吸收器Ⅰ8，被吸收器Ⅰ8里的氨水溶液吸收；液氨储罐4中的另一部分液氨经氨节流阀Ⅱ6节流降压后进入空调机9，在空调机9里蒸发制冷，变为氨气，氨气进入吸收器Ⅱ10的管程，被吸收器Ⅱ10管程里的氨水溶液吸收，吸收氨气后的浓氨溶液经溶液泵11、溶液换热器12、精馏器2回到发生器1，完成氨的循环过程。
海水进入海水节流阀14节流降压，又进入海水热交换器15，与来自吸收器Ⅱ10的较高温度的海水换热，温度升高后进入吸收器Ⅱ10的壳程，被吸收器Ⅱ10管程中的吸收热加热沸腾，蒸发出一部分水蒸汽，变为浓度较高的海水，溢流进入海水热交换器15，经海水泵16驱动进入海水出口端，完成被淡化海水的循环过程。
吸收器Ⅱ10壳程中的海水，被吸收器Ⅱ10管程中的吸收热加热沸腾，蒸发出一部分水蒸汽，水蒸汽进入水冷凝器17中被冷凝为水，进入淡水储罐18，完成淡化水的工作过程。
来自液氨储罐4的一部分液氨经氨节流阀Ⅰ5节流降压后进入制冰机7，在制冰机7里蒸发制冷，完成制冰过程；来自液氨储罐4中的另一部分液氨经氨节流阀Ⅱ6节流降压后进入空调机9，在空调机9里蒸发制冷，完成空调制冷过程；吸收器Ⅱ10壳程中的海水，在近真空状态下，被吸收器Ⅱ10管程中的吸收热加热沸腾，蒸发出的水蒸汽进入水冷凝器17中被冷凝为水，进入淡水储罐18，完成海水淡化过程。
吸收器Ⅱ10为一管壳式结构，由封头、圆筒罐体、管板、列管组成，吸收器Ⅱ10竖直放置，来自吸收器Ⅰ8的氨水溶液走管程，管程顶部设有喷淋装置，氨水溶液经喷淋后沿列管内壁竖直流下，吸收自空调机9的氨气；来自海水热交换器15的海水走壳程。
精馏器2由封头、圆筒罐体、塔板组、局部冷凝器组成，上部为局部冷凝器，中部为塔板组，下部为气液分离器，塔板为圆缺形，上面有凹槽，塔板之间装有填料。
吸收器Ⅱ10壳程为真空装置，来自海水热交换器15的海水在真空状态下受热沸腾，蒸汽进入水冷凝器17，加热后的海水溢流进入海水热交换器15。
溶液换热器12、海水热交换器15均为套管式结构，内管采用螺纹管增加换热面积。
Claims (5)
1.一种船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组，包括发生器（1）、精馏器（2）、氨冷凝器（3）、液氨储罐（4）、氨节流阀Ⅰ（5）、氨节流阀Ⅱ（6）、制冰机（7）、吸收器Ⅰ（8）、空调机（9）、吸收器Ⅱ（10）、溶液泵（11）、溶液换热器（12）、溶液节流阀（13）、海水节流阀（14）、海水热交换器（15）、海水泵（16）、水冷凝器（17）、淡水储罐（18），其特征在于：所述发生器（1）的溶液出口端与精馏器（2）的溶液进口端连接，精馏器（2）的溶液出口端与溶液节流阀（13）的进口端连接，溶液节流阀（13）的出口端与溶液换热器（12）的热溶液进口端连接，溶液换热器（12）的热溶液出口端与吸收器Ⅰ（8）的溶液进口端连接，吸收器Ⅰ（8）的溶液出口端与吸收器Ⅱ（10）管程的溶液进口端连接，吸收器Ⅱ（10）管程的溶液出口端与溶液泵（11）的溶液进口端连接，溶液泵（11）的溶液出口端与溶液换热器（12）的冷溶液进口端连接，溶液换热器（12）的冷溶液出口端与精馏器（2）上部的局部冷凝器冷却液进口端连接，精馏器（2）上部的局部冷凝器冷却液出口端与发生器（1）的溶液进口端连接，构成氨水溶液的循环回路；精馏器（2）的蒸汽出口端与氨冷凝器（3）的蒸汽进口端连接，氨冷凝器（3）的出口端与液氨储罐（4）的进口端连接，液氨储罐（4）的一个出口端与氨节流阀Ⅰ（5）的进口端连接，氨节流阀Ⅰ（5）的出口端与制冰机（7）的液氨进口端连接，制冰机（7）的氨气出口端与吸收器Ⅰ（8）的氨气进口端连接，液氨储罐（4）的另一出口端与氨节流阀Ⅱ（6）的进口端连接，氨节流阀Ⅱ（6）的出口端与空调机（9）的液氨进口端连接，空调机（9）的氨气出口端与吸收器Ⅱ（10）管程的氨气进口端连接，构成氨的循环回路；海水进口端与海水节流阀（14）的进口端连接，海水节流阀（14）的出口端与海水热交换器（15）的冷海水进口端连接，海水热交换器（15）的冷海水出口端与吸收器Ⅱ（10）壳程的海水进口端连接，吸收器Ⅱ（10）壳程的海水出口端与海水热交换器（15）的热海水进口端连接，海水热交换器（15）的热海水出口端与海水泵（16）的进口端连接，海水泵（16）的出口端与海水出口端连接，构成被淡化海水的循环回路；吸收器Ⅱ（10）壳程的蒸汽出口端与水冷凝器（17）的蒸汽进口端连接，水冷凝器（17）的出口端与淡水储罐（18）的进口端连接，构成淡化水的循环回路。
2.根据权利要求1所述的船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组，其特征在于：所述吸收器Ⅱ（10）为一管壳式结构，由封头、圆筒罐体、管板、列管组成，吸收器Ⅱ（10）竖直放置，来自吸收器Ⅰ（8）的氨水溶液走管程，管程顶部设有喷淋装置，氨水溶液经喷淋后沿列管内壁竖直流下，吸收自空调机（9）的氨气；来自海水热交换器（15）的海水走壳程。
3.根据权利要求1所述的船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组，其特征在于：所述精馏器（2）由封头、圆筒罐体、塔板组、局部冷凝器组成，上部为局部冷凝器，中部为塔板组，下部为气液分离器，塔板为圆缺形，上面有凹槽，塔板之间装有填料。
4.根据权利要求1所述的船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组，其特征在于：所述吸收器Ⅱ（10）壳程为真空装置，来自海水热交换器（15）的海水在真空状态下受热沸腾，蒸汽进入水冷凝器（17），加热后的海水进入海水热交换器（15）。
5.根据权利要求1所述的船舶尾气制冰、空调、海水淡化一体机组，其特征在于：所述溶液换热器（12）、海水热交换器（15）均为套管式结构，内管采用螺纹管增加换热面积。
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