CN115650345B - 一种船舶冷热电联供耦合海水淡化系统 - Google Patents
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Abstract
一种船舶冷热电联供耦合海水淡化系统属于船舶余热利用、节能减排技术领域。本发明包括超临界CO2动力循环发电系统、跨临界CO2制冷系统、MSF(Multi‑stage flashing distillation，多级闪发蒸馏)海水淡化系统、太阳能热电联供系统。本发明结合CO2工质、超临界CO2动力循环、带有涡流管的跨临界CO2制冷循环、MSF海水淡化系统以及太阳能热电联供系统的优势，充分利用船舶余热、太阳能和海水源，实现多能互补驱动整个循环系统工作，在实现船舶内燃机余热能量梯级高效利用的同时，满足船舶在在各种运行工况下的生活用水、供冷、供热以及供电需求，实现了船舶余热和太阳能综合利用与发电功能和制冷功能的组合设计。
Description
技术领域
本发明公开了一种船舶冷热电联供耦合海水淡化系统，能满足船舶多种运行工况下的船舶生活用水及冷热电供给，属于船舶余热利用、节能减排技术领域。
背景技术
船舶运输业是支撑人类社会发展的重要支柱，远洋运输在经济贸易全球化加速发展的今天，已经起到了举足轻重的作用，全球超过80％的国际贸易由海上运输来完成。随着全球经济一体化的逐渐深入，而在可预见的未来，船舶的需求量仍会随着世界贸易的高速发展态势呈现高速增加的趋势。我国已跻身世界航运大国，以柴油机作为主机和辅机的大型远洋船舶的排放物对全球的环境造成这持续而严重的危害，在消耗大量化石能源的同时，也降低了船舶的经济性。在能源资源短缺、环境污染严重等问题被全球共同关注的今天，如何节能减排、提高能源利用率已然成为解决问题的关键。如今，船舶作为国际贸易的主要运输工具，在能量的转换与利用过程中，实现柴油机烟气余热高效回收利用是降低船舶能效设计指数(Energy Efficiency Design Index，EEDI)的有效途径。以MAN B&W公司的12K98ME/MC二冲程柴油机为例，在100％最大可持续功率(maximum continuous rating，MCR)工况下，输出功占燃油能量的49.3％，废气排放、压缩空气和缸套水的热损失分别占总燃油能量的25.5％，16.5％和5.6％。现阶段,对于船舶主机的余热回收利用主要分为两个方向，一是废气余压能的利用，例如动力涡轮和涡轮增压技术；二是对余热能的转化回收，朗肯循环、温差发电、海水淡化和余热制冷等技术在余热回收领域得到重视。此外，由于远洋船舶通常长期进行航行作业，太阳能资源丰富。因此，我们还可以有效的利用太阳能获取热能、电能以及驱动海水淡化系统获取淡水，从而减轻船舶的生活热电负荷。
传统的余热利用方式，如有机朗肯循环(ORC)、蒸汽朗肯循环等，虽然能够在一定程度上利用中低温热源，但是这些循环往往在热/冷源换热过程中的温度匹配问题上表现不佳，传热夹点问题突出，因此存在巨大的(火用)损失，造成了能源的浪费，因此开展新型循环的研究具有十分重要的意义。
超临界二氧化碳(sCO2)布雷顿循环发电技术以其结构紧凑、效率高以及适用于多种热源等技术优势核电、太阳能发电领域发挥着重要作用。近年来，在余热利用领域，尤其是军用及民用舰船领域也引起高度关注。完善的供冷系统是船舶正常工作的重要辅助系统，传统的船舶配备的制冷系统大多为传统的压缩式蒸汽制冷、吸收式制冷或吸附式制冷，虽然能够满足船舶的日常使用需求，但是能耗大且分散，占地大，安全性能要求高。二氧化碳作为一种天然的制冷剂，具有无毒、安全的优点，且高容积制冷能力能够使得压缩机进一步小型化，应用在船舶当中具有比传统制冷剂更大的优势。因此，若通过气体冷却器将超临界CO2动力循环发电系统与跨临界CO2制冷系统耦合起来，实现发电系统及制冷系统功能的互通与协调，将具有较好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种船舶冷热电联供耦合海水淡化系统，利用二氧化碳的工质优势，实现超临界CO2动力循环发电系统与跨临界CO2制冷系统的耦合，解决现有技术存在的发电功能与制冷功能的协调与互通问题。利用船舶运行过程中内燃机的余热能量以及太阳能，实现多能互补驱动冷热电联供与海水淡化系统，满足船舶在在各种运行工况下的生活用水、供冷、供热以及供电需求。
解决本发明的技术问题所采用的方案是：超临界CO2动力循环发电系统、跨临界CO2制冷系统、MSF(Multi-stage flashing distillation，多级闪发蒸馏)海水淡化系统、太阳能热电联供系统。本发明结合CO2工质、超临界CO2动力循环、带有涡流管的跨临界CO2制冷循环、MSF海水淡化系统以及太阳能热电联供系统。
所述的超临界CO2动力循环发电系统，包括：热能回收器Ⅰ(1)、热能回收器Ⅱ(21)、膨胀机Ⅰ(2)、膨胀机Ⅱ(3)、发电机Ⅰ(4)、动力循环回热器(5)、混合器Ⅰ(6)、气体冷却器Ⅰ(7)、分流阀Ⅰ(8)、压缩机Ⅰ(9)以及将它们连接的管道及附件组成。热能回收器Ⅱ(21)冷流体侧出口经管道与膨胀机Ⅰ(2)进口相连接，膨胀机Ⅰ(2)出口经管道与热能回收器Ⅰ(1)冷流体侧进口相连接，热能回收器Ⅰ(1)冷流体侧出口经管道与膨胀机Ⅱ(3)进口相连接，膨胀机Ⅱ(3)出口经管道与动力循环回热器(5)热流体侧进口相连接，动力循环回热器(5)热流体侧出口经管道与混合器Ⅰ(6)进口相连接，混合器Ⅰ(6)出口经管道与气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧出口经管道与分流阀Ⅰ(8)进口相连接，分流阀Ⅰ(8)出口Ⅰ经管道与压缩机Ⅰ(9)进口相连接，压缩机Ⅰ(9)出口经管道与动力循环回热器(5)冷流体侧进口相连接，动力循环回热器(5)冷流体侧出口经管道与热能回收器Ⅱ(21)冷流体进口相连接，膨胀机Ⅰ(2)和膨胀机Ⅱ(3)通过联轴器与发电机Ⅰ(4)连接。
所述的跨临界CO2制冷系统，包括：制冷循环中间冷却器(10)、分流阀Ⅰ(8)、膨胀阀Ⅰ(11)、气液分离器(16)、膨胀阀Ⅱ(17)、涡流管(12)、制冷循环蒸发器(18)、混合器Ⅰ(6)、混合器Ⅱ(14)、气体冷却器Ⅰ(7)、减温器(13)、压缩机Ⅱ(15)以及将它们连接的管道及附件组成。分流阀Ⅰ(8)出口Ⅱ经管道与制冷循环中间冷却器(10)热流体侧进口连接，制冷循环中间冷却器(10)热流体侧出口经管道与膨胀阀Ⅰ(11)进口相连接，膨胀阀Ⅰ(11)出口经管道与气液分离器(16)进口相连接，气液分离器(16)出口Ⅰ经管道与制冷循环中间冷却器(10)冷流体侧进口相连接，气液分离器(16)出口Ⅱ经管道与膨胀阀Ⅱ(17)进口相连接，制冷循环中间冷却器(10)冷流体侧出口经管道与涡流管(12)进口相连接，涡流管(12)出口Ⅰ经管道与减温器(13)热流体进口相连接，减温器(13)出口经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，涡流管(12)出口Ⅱ经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，膨胀阀Ⅱ(17)出口经管道与制冷循环蒸发器(18)冷流体侧进口相连接，制冷循环蒸发器(18)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，混合器Ⅱ(14)出口经管道与压缩机Ⅱ(15)进口相连接，压缩机Ⅱ(15)出口经管道与混合器Ⅰ(6)进口相连接，混合器Ⅰ(6)出口经管道与气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧出口经管道与分流阀Ⅰ(8)进口相连接。
所述的MSF(Multi-stage flashing distillation，多级闪发蒸馏)海水淡化系统，包括：闪蒸箱(26)、冷却管(25)、除雾器(24)、用于减压的可变孔板(23)、海水泵Ⅰ(19)、分流阀Ⅱ(20)、减温器(13)、气体冷却器Ⅰ(7)、分流阀Ⅲ(28)、气体冷却器Ⅱ(46)、热能回收器Ⅲ(22)、混合器Ⅳ(32)、海水泵Ⅲ(33)、海水淡化换热器(34)、混合器Ⅴ(37)、淡水收集装置(27)、海水泵Ⅳ(41)、分流阀Ⅳ(29)、混合器Ⅲ(30)、海水泵Ⅱ(31)、混合阀(35)、止回阀Ⅰ(38)、淡水泵(36)、止回阀Ⅱ(39)、分流阀Ⅴ(54)、水箱(40)以及将它们连接的管道及附件组成。海水泵Ⅰ(19)出口经管道与分流阀Ⅱ(20)进口相连接，分流阀Ⅱ(20)出口Ⅰ经管道与气体冷却器Ⅰ(7)冷流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)冷流体侧出口经管道与分流阀Ⅲ(28)进口相连接，分流阀Ⅲ(28)出口Ⅰ经管道与热能回收器Ⅲ(22)冷流体侧进口相连接，热能回收器Ⅲ(22)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，分流阀Ⅲ(28)出口Ⅱ经管道与混合器Ⅴ(37)相连接，分流阀Ⅱ(28)出口Ⅲ经管道与气体冷却器Ⅱ(46)冷流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅱ(46)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，混合器Ⅳ(32)出口经管道与海水泵Ⅲ(33)进口相连接，海水泵Ⅲ出口经管道与海水淡化换热器(34)冷流体侧进口相连接，海水淡化换热器(34)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅴ(37)进口相连接，混合器Ⅴ(37)出口经管道与高压级闪蒸箱(26)进口相连接，低压级闪蒸箱(26)出口Ⅰ经管道与混合器Ⅲ(30)进口相连接，低压级闪蒸箱(26)出口Ⅱ经管道与海水泵Ⅳ(41)进口相连接，海水泵Ⅳ(41)出口经管道与冷却管(25)相连接，冷却管(25)出口Ⅰ经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，淡水收集装置(27)出口经管道与止回阀Ⅰ(38)进口相连接，止回阀Ⅰ(38)出口经管道与淡水泵(36)进口相连接，淡水泵(36)出口与分流阀Ⅴ(54)进口相连接，分流阀Ⅴ(54)出口Ⅰ经管道与混合阀(35)进口相连接，混合阀出口经管道与冷却管(25)进口相连接，冷却管(25)出口经管道与分流阀Ⅳ(29)进口相连接，分流阀Ⅳ(29)出口经管道与混合器Ⅲ(30)出口相连接，混合器Ⅲ(30)出口经管道与海水泵Ⅱ(31)进口相连接分流阀Ⅴ(54)出口Ⅱ经管道与止回阀Ⅱ(39)进口相连接，止回阀Ⅱ(39)出口经管道与水箱(40)进口相连接，水箱(40)出口经管道与供热换热器(48)相连接。
所述的太阳能热电联供系统，包括：FPC集热器(53)、动力循环蒸发器(43)、膨胀机Ⅲ(44)、发电机Ⅱ(45)、气体冷却器Ⅱ(46)、压缩机Ⅳ(47)、供热换热器(48)、海水淡化换热器(34)、导热油泵(42)、热泵蒸发器(49)、压缩机Ⅲ(50)、热泵换热器(51)、膨胀阀Ⅲ(52)以及将它们连接的管道及附件组成。集热器出口经管道与动力循环蒸发器(43)热流体侧进口相连接，动力循环蒸发器(43)热流体侧出口经管道与供热换热器(48)热流体侧进口相连接，供热换热器(48)热流体侧出口经管道与海水淡化换热器(34)热流体侧进口相连接，海水淡化器(34)热流体侧出口经管道与导热油泵(42)进口相连接，导热油泵(42)出口经管道与热泵蒸发器(49)热流体侧进口相连接，热泵蒸发器(49)热流体侧出口经管道与集热器(53)进口相连接，动力循环蒸发器(43)冷流体侧进口经管道与膨胀机Ⅲ(44)进口相连接，膨胀机Ⅲ(44)出口经管道与气体冷却器Ⅱ(46)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅱ(46)热流体侧出口经管道与压缩机Ⅳ(47)进口相连接，压缩机Ⅳ(47)出口经管道与动力循环蒸发器(43)冷流体侧进口相连接，热泵蒸发器(49)冷流体侧出口经管道与压缩机Ⅲ(50)进口相连接，压缩机Ⅲ(50)出口经管道与热泵换热器(51)热流体侧进口相连接，热泵换热器(51)热流体侧出口经管道与膨胀阀Ⅲ(52)进口相连接，膨胀阀Ⅲ(52)出口经管道与热泵蒸发器(49)冷流体侧进口相连接。
所述超临界CO2动力循环、跨临界CO2制冷循环、太阳能热电联供系统中的动力循环以及热泵循环工质均为CO2。
本发明的工作原理：
超临界CO2动力循环发电系统：超临界CO2工质从热能回收器Ⅱ(21)冷流体侧进口处进入，在热能回收器Ⅱ(21)中吸收热量后，从膨胀机Ⅰ(2)进口处进入膨胀机Ⅰ(2)内膨胀做功，变成乏气后从膨胀机Ⅰ(2)出口处出来，接着进入从热能回收器Ⅰ(1)冷流体进口处进入，在热能回收器Ⅰ(1)中吸收热量后，从膨胀机Ⅱ(3)进口处进入膨胀机Ⅱ膨胀做功，变成乏气后从膨胀机Ⅱ(2)出口处出来，接着进入动力循环回热器(5)热流体侧进口处进入，在动力循环回热器(5)中降温后进入混合器Ⅰ(6)，与跨临界CO2制冷循环工质混合后，从混合器Ⅰ(6)出口处流出，从气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧进口处进入气体冷却器Ⅰ(7)，降温后从分流阀Ⅰ(8)进口处进入分流阀Ⅰ(8)，分流后从压缩机Ⅰ(9)进口处进入压缩机Ⅰ(9)，在压缩机Ⅰ(9)加压后从压缩机Ⅰ(9)出口处流出，从动力循环回热器(5)冷流体侧进口处进入，在动力循环回热器(5)中吸收热量后，从动力循环回热器(5)冷流体侧出口处流出，从热能回收器Ⅱ(21)冷流体进口处进入热能回收器Ⅱ(21)吸收热量进行加热，完成超临界CO2动力循环，膨胀机Ⅰ(2)和膨胀机Ⅱ(3)通过联轴器与发电机Ⅰ(4)联接，与超临界CO2动力循环构成发电系统。
跨临界CO2制冷系统：CO2工质从分流阀Ⅰ(8)出口处流出，进入制冷循环，从制冷循环中间冷却器(10)热流体侧进口处进入制冷循环中间冷却器(10)，被来自气液分离器(16)的CO2工质进一步冷却后，从制冷循环中间冷却器(10)热流体侧出口处流出，进入膨胀阀Ⅰ(11)节流后，进入气液分离器(16)，一部分CO2工质从气液分离器(16)出口进入膨胀阀Ⅱ(17)，节流后，从制冷循环蒸发器(18)冷流体侧进口处进入制冷循环蒸发器(18)，吸收热量后，从混合器Ⅱ(14)进口处进入混合器Ⅱ；同时，另一部分来自气液分离器(16)的CO2工质在制冷循环中间冷却器(10)中被加热，然后从制冷循环中间冷却器(10)冷流体侧出口处流出，然后从涡流管(12)进口处进入涡流管(12)，由于Ranque-Hilsch效应，CO2工质分为两股，及冷流体和热流体，热流体从减温器(13)进口处进入减温器(13)冷却，冷却后从混合器Ⅱ(14)进口处进入混合器Ⅱ(14)，与进入混合器Ⅱ(14)的冷流体和制冷循环蒸发器(18)冷流体侧出口处的CO2工质混合，混合后的3股流体从压缩机Ⅱ进口处进入压缩机Ⅱ进行压缩，压缩后进入混合器Ⅰ(6)，与来自动力循环的CO2工质混合后，进入气体冷却器Ⅰ(7)，冷却后通过分流阀Ⅰ(8)入口处进入分流阀Ⅰ(8)，完成跨临界CO2制冷循环。
MSF海水淡化系统：海水通过海水泵Ⅰ(19)进口处进入海水泵Ⅰ(19)，加压后，通过分流阀Ⅱ(20)进口处进入分流阀Ⅱ(20)，然后一部分海水从分流阀Ⅱ(20)出口处流出，通过气体冷却器Ⅰ(7)冷流体侧进口处进入气体冷却器Ⅰ(7)，吸收热量后进入分流阀Ⅲ(28)，一部分海水通过热能回收器Ⅲ(22)冷流体侧进口处进入热能回收器Ⅲ(22)，进一步吸收热量后从热能回收器Ⅲ(22)冷流体侧出口处流出，进入混合器Ⅳ(32)，另一部分则直接进入混合器Ⅴ(37)；来自分流阀Ⅱ(20)的另一部分海水从分流阀Ⅱ(20)出口处流出，通过气体冷却器Ⅱ(46)冷流体进口处进入气体冷却器Ⅱ(46)，吸收热量后，从气体冷却器Ⅱ(46)冷流体出口处流出，进入混合器Ⅳ(32)与来自热能回收器Ⅲ(22)的海水混合后，进入海水泵Ⅲ(33)加压后，通过海水淡化换热器(34)冷流体侧进口处进入海水淡化换热器(34)，吸收热量后从海水淡化换热器(34)冷流体出口处流出，进入混合器Ⅴ，与来自分流阀Ⅲ(28)的海水混合，然后进入MSF系统，先通过高压级闪蒸箱(26)中的减压可变孔板(23)，然后进入闪蒸过程，水蒸气通过除雾器(24)在冷却管(25)上凝结，然后进入淡水收集装置(27)，通过止回阀Ⅰ(28)进入淡水泵(36)，经检测后达到标准的淡水将通过止回阀Ⅱ(39)进入水箱(40)，未达到标准的水将进入混合阀(35)；最后一部分海水从分流阀Ⅱ(20)出口处流出后，进入三项旋塞阀(35)，与淡水泵(36)出口流出的未达标的淡水混合后然后进入低压级闪蒸室(26)的冷却管(25)，吸收热量后进入分流阀Ⅳ(29)，进入分流阀Ⅳ(29)的淡水，一部分进入低级闪蒸室(26)与多级闪蒸后的海水混合，另一部分直接进入混合器Ⅲ(30)。经过多级闪蒸后的海水与来自分流阀Ⅳ(29)的淡水混合后，一部分通过海水泵Ⅳ(41)进入高级闪蒸室冷却管，吸热后进入混合器Ⅳ(32)，与来自热能回收器Ⅲ(22)和气体冷却器Ⅱ(46)的海水混合后，进入海水泵Ⅲ(33)，加压后通过海水淡化换热器(34)冷流体侧进口处进入海水淡化器，吸收热量后从海水淡化换热器(34)冷流体侧出口处流出，进入混合器Ⅴ(37)，与来自分流阀Ⅲ(28)的海水混合后，进入高压级闪蒸室(26)；低压级闪蒸室(26)中的另一部分海水则进入混合器Ⅲ(30)，与来自分流阀Ⅳ(29)的未达标淡水混合后，通过海水泵Ⅱ(31)，从系统排出。
太阳能热电联供系统：导热油先进入FPC太阳能集热器(53)，吸收热量后，由FPC集热器(53)出口流出，通过动力循环蒸发器(43)热流体侧进口进入动力循环蒸发器(43)中加热CO2工质，CO2工质由动力循环蒸发器(43)冷流体侧进口处流入动力循环蒸发器(43)后，吸收能量，从动力循环蒸发器(43)冷流体侧出口处流出，由膨胀机Ⅲ(44)进口处进入膨胀机Ⅲ(44)后膨胀做功，通过联轴器与发电机Ⅱ联接，输出电能用以补充船舶抛锚或停运状态下，主机功率较小所导致的超临界CO2动力循环发电系统输出电能不足的情况。导热油在动力循环蒸发器(43)中释放热能后，由动力循环蒸发器(43)热流体侧出口流出，通过供热换热器(48)热流体侧进口处流入后，加热由水箱(40)流出的淡水，实现热水供给需求；在供热换热器(48)中释放热能后，从海水淡化换热器(34)热流体侧进口处进入海水淡化换热器(34)，加热由海水泵Ⅲ(33)加压后的海水，释放热能后，进入导热油泵(42)加压，然后进入蓄热系统，对蓄热材料进行加热，蓄热材料采用45％NaNO3+55％KNO3,可在230℃～550℃范围内工作。蓄热材料可在热泵蒸发器(49)中，加热CO2工质，CO2工质由热泵蒸发器(49)冷流体侧进口处流入热泵蒸发器(49)后，吸收能量，从热泵蒸发器(49)冷流体侧出口处流出，由压缩机Ⅲ(50)进口处进入压缩机Ⅲ(50)，压缩后进入热泵换热器(51)，输出热能用于持续供热，然后进入膨胀阀Ⅲ(52)，节流后通过热泵蒸发器(49)冷流体侧进口处进入热泵蒸发器(49)，完成循环。导热油释放热能后，由热泵蒸发器热流体侧出口处流出，回到FPC集热器(53)。
本发明具有以下优势：
(1)本发明引入CO2作为循环工质，利用超临界CO2物性，改善了系统换热温度匹配程度，并可以采用CO2基混合工质，扩大工质遴选范围，实现不同工质组元的优势互补。
(2)本发明在冷电联产系统采用再热式回热超临界CO2动力循环与跨临界CO2制冷循环耦合，并在制冷循环中加入涡流管，利用Ranque-Hilsch效应，对离开气体冷却器的工质进一步冷却，有效提高了制冷循环能效系数的同时，降低成本，减少能量的消耗。
(3)本发明充分利用船舶柴油机废气能量，同时引入太阳能，实现多能互补驱动冷热电联产与海水淡化系统，可以满足船舶在多种工况下的生活用水、供冷、供热以及供电需求，实现了热能高效梯级利用，实现了节能减排。
(4)本发明能用于回收所有的余热资源，包括工业废气、废水、生物质热能、太阳能以及地热等各种形式的余热。
附图说明
图1是本发明一种船舶冷热电联供耦合海水淡化系统结构示意图；
图1中各标号：热能回收器Ⅰ(1)、膨胀机Ⅰ(2)、膨胀机Ⅱ(3)、发电机Ⅰ(4)、动力循环回热器(5)、混合器Ⅰ(6)、气体冷却器Ⅰ(7)、分流阀Ⅰ(8)、压缩机Ⅰ(9)、制冷循环中间冷却器(10)、膨胀阀Ⅰ(11)、涡流管(12)、减温器(13)、混合器Ⅱ(14)、压缩机Ⅱ(15)、气液分离器(16)、膨胀阀Ⅱ(17)、制冷循环蒸发器(18)、海水泵Ⅰ(19)、分流阀Ⅱ(20)、热能回收器Ⅱ(21)、热能回收器Ⅲ(22)、用于减压的可变孔板(23)、除雾器(24)、冷却管(25)、闪蒸箱(26)、淡水收集装置(27)、分流阀Ⅲ(28)、分流阀Ⅳ(29)、混合器Ⅲ(30)、海水泵Ⅱ(31)、混合器Ⅳ(32)、海水泵Ⅲ(33)、海水淡化换热器(34)、混合阀(35)、淡水泵(36)、混合器Ⅴ(37)、止回阀Ⅰ(38)、止回阀Ⅱ(39)、水箱(40)、海水泵Ⅳ(41)、导热油泵(42)、动力循环蒸发器(43)、膨胀机Ⅲ(44)、发电机Ⅱ(45)、气体冷却器Ⅱ(46)、压缩机Ⅳ(47)、供热换热器(48)、热泵蒸发器(49)、压缩机Ⅲ(50)、热泵换热器(51)、膨胀阀Ⅲ(52)。FPC集热器(53)、分流阀Ⅴ(54)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：如图1所示，一种船舶冷热电联供耦合海水淡化系统，包括超临界CO2动力循环发电系统、跨临界CO2制冷系统、MSF(Multi-stage flashing distillation，多级闪发蒸馏)海水淡化系统、太阳能热电联供系统；
循环工质采用CO2，膨胀机Ⅰ(2)与膨胀机Ⅱ(3)均采用IT10螺杆式膨胀机，净输出功率为10kW，热能回收器Ⅱ(21)冷流体侧出口处CO2工质压力为20MPa，温度为550℃；所有压缩机均采用SPT42活塞式压缩机，功率范围30kW；
MSF系统采用冷却管束横流布置的OT-MSF(直流式多级闪蒸)系统，共五级闪蒸室，第一级闪蒸室闪蒸压力为107.5kPa，相邻两级闪蒸室之间压力差ΔP为20kPa；
所有热能回收器、气体冷却器、海水淡化换热器(34)和供热换热器(48)均采用管壳式换热器，制冷循环蒸发器(18)、动力循环蒸发器(43)、热泵蒸发器(49)均采用翅片管式蒸发器，动力循环回热器(5)与制冷循环中间冷却器(10)均采用微通道管式换热器；
所有海水泵与淡水泵均采用高压屏蔽泵。
超临界CO2动力循环管路连接顺序为：热能回收器Ⅱ(21)冷流体侧出口经管道与膨胀机Ⅰ(2)进口相连接，膨胀机Ⅰ(2)出口经管道与热能回收器Ⅰ(1)冷流体侧进口相连接，热能回收器Ⅰ(1)冷流体侧出口经管道与膨胀机Ⅱ(3)进口相连接，膨胀机Ⅱ(3)出口经管道与动力循环回热器(5)热流体侧进口相连接，动力循环回热器(5)热流体侧出口经管道与混合器Ⅰ(6)进口相连接，混合器Ⅰ(6)出口经管道与气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧出口经管道与分流阀Ⅰ(8)进口相连接，分流阀Ⅰ(8)出口Ⅰ经管道与压缩机Ⅰ(9)进口相连接，压缩机Ⅰ(9)出口经管道与动力循环回热器(5)冷流体侧进口相连接，动力循环回热器(5)冷流体侧出口经管道与热能回收器Ⅱ(21)冷流体进口相连接，膨胀机Ⅰ(2)和膨胀机Ⅱ(3)通过联轴器与发电机Ⅰ(4)连接。
跨临界CO2制冷循环管路连接顺序为：分流阀Ⅰ(8)出口Ⅱ经管道与制冷循环中间冷却器(10)热流体侧进口连接，制冷循环中间冷却器(10)热流体侧出口经管道与膨胀阀Ⅰ(11)进口相连接，膨胀阀Ⅰ(11)出口经管道与气液分离器(16)进口相连接，气液分离器(16)出口Ⅰ经管道与制冷循环中间冷却器(10)冷流体侧进口相连接，气液分离器(16)出口Ⅱ经管道与膨胀阀Ⅱ(17)进口相连接，制冷循环中间冷却器(10)冷流体侧出口经管道与涡流管(12)进口相连接，涡流管(12)出口Ⅰ经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，涡流管(12)出口Ⅱ经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，膨胀阀Ⅱ(17)出口经管道与制冷循环蒸发器(18)冷流体侧进口相连接，制冷循环蒸发器(18)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，混合器Ⅱ(14)出口经管道与压缩机Ⅱ(15)进口相连接，压缩机Ⅱ(15)出口经管道与混合器Ⅰ(6)进口相连接，混合器Ⅰ(6)出口经管道与气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧出口经管道与分流阀Ⅰ(8)进口相连接。
MSF(Multi-stage flashing distillation，多级闪发蒸馏)海水淡化系统管路连接顺序为：海水泵Ⅰ(19)出口经管道与分流阀Ⅱ(20)进口相连接，分流阀Ⅱ(20)出口Ⅰ经管道与气体冷却器Ⅰ(7)冷流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)冷流体侧出口经管道与分流阀Ⅲ(28)进口相连接，分流阀Ⅲ(28)出口Ⅰ经管道与热能回收器Ⅲ(22)冷流体侧进口相连接，热能回收器Ⅲ(22)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，分流阀Ⅲ(28)出口Ⅱ经管道与混合器Ⅴ(37)相连接，分流阀Ⅱ(28)出口Ⅲ经管道与气体冷却器Ⅱ(46)冷流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅱ(46)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，混合器Ⅳ(32)出口经管道与海水泵Ⅲ(33)进口相连接，海水泵Ⅲ出口经管道与海水淡化换热器(34)冷流体侧进口相连接，海水淡化换热器(34)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅴ(37)进口相连接，混合器Ⅴ(37)出口经管道与高压级闪蒸箱(26)进口相连接，低压级闪蒸箱(26)出口Ⅰ经管道与混合器Ⅲ(30)进口相连接，低压级闪蒸箱(26)出口Ⅱ经管道与海水泵Ⅳ(41)进口相连接，海水泵Ⅳ(41)出口经管道与冷却管(25)相连接，冷却管(25)出口Ⅰ经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，淡水收集装置(27)出口经管道与止回阀Ⅰ(38)进口相连接，止回阀Ⅰ(38)出口经管道与淡水泵(36)进口相连接，淡水泵(36)出口与分流阀Ⅴ(54)进口相连接，分流阀Ⅴ(54)出口Ⅰ经管道与混合阀(35)进口相连接，混合阀出口经管道与冷却管(25)进口相连接，冷却管(25)出口经管道与分流阀Ⅳ(29)进口相连接，分流阀Ⅳ(29)出口经管道与混合器Ⅲ(30)出口相连接，混合器Ⅲ(30)出口经管道与海水泵Ⅱ(31)进口相连接分流阀Ⅴ(54)出口Ⅱ经管道与止回阀Ⅱ(39)进口相连接，止回阀Ⅱ(39)出口经管道与水箱(40)进口相连接，水箱(40)出口经管道与供热换热器(48)相连接。
太阳能热电联供系统管路连接顺序为：集热器出口经管道与动力循环蒸发器(43)热流体侧进口相连接，动力循环蒸发器(43)热流体侧出口经管道与供热换热器(48)热流体侧进口相连接，供热换热器(48)热流体侧出口经管道与海水淡化换热器(34)热流体侧进口相连接，海水淡化器(34)热流体侧出口经管道与导热油泵(42)进口相连接，导热油泵(42)出口经管道与热泵蒸发器(49)热流体侧进口相连接，热泵蒸发器(49)热流体侧出口经管道与集热器(53)进口相连接，动力循环蒸发器(43)冷流体侧进口经管道与膨胀机Ⅲ(44)进口相连接，膨胀机Ⅲ(44)出口经管道与气体冷却器Ⅱ(46)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅱ(46)热流体侧出口经管道与压缩机Ⅳ(47)进口相连接，压缩机Ⅳ(47)出口经管道与动力循环蒸发器(43)冷流体侧进口相连接，热泵蒸发器(49)冷流体侧出口经管道与压缩机Ⅲ(50)进口相连接，压缩机Ⅲ(50)出口经管道与热泵换热器(51)热流体侧进口相连接，热泵换热器(51)热流体侧出口经管道与膨胀阀Ⅲ(52)进口相连接，膨胀阀Ⅲ(52)出口经管道与热泵蒸发器(49)冷流体侧进口相连接。
以上所有设备配件按图1连接，安装完成后，进行管道的氮气吹扫，对超临界CO2动力循环发电系统、跨临界CO2制冷系统、MSF(Multi-stage flashing distillation，多级闪发蒸馏)海水淡化系统、太阳能热电联供系统回路抽真空。并分别按要求向相应管路内充入CO2、导热油及海水。
实施例2：如图1所示，一种船舶冷热电联供耦合海水淡化系统，本实施例与实施例1相同，其中所述超临界CO2动力循环发电系统、跨临界CO2制冷系统、MSF(Multi-stageflashing distillation，多级闪发蒸馏)海水淡化系统、太阳能热电联供系统回路循环工质采用戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷、异丁烷与二氧化碳的有机工质。
下面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (1)
1.一种船舶冷热电联供耦合海水淡化系统，其特征在于包括超临界CO2动力循环发电系统、跨临界CO2制冷系统、多级闪发蒸馏MSF系统海水淡化系统、太阳能热电联供系统；
超临界CO2动力循环管路连接顺序为：热能回收器Ⅱ(21)冷流体侧出口经管道与膨胀机Ⅰ(2)进口相连接，膨胀机Ⅰ(2)出口经管道与热能回收器Ⅰ(1)冷流体侧进口相连接，热能回收器Ⅰ(1)冷流体侧出口经管道与膨胀机Ⅱ(3)进口相连接，膨胀机Ⅱ(3)出口经管道与动力循环回热器(5)热流体侧进口相连接，动力循环回热器(5)热流体侧出口经管道与混合器Ⅰ(6)进口相连接，混合器Ⅰ(6)出口经管道与气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧出口经管道与分流阀Ⅰ(8)进口相连接，分流阀Ⅰ(8)出口Ⅰ经管道与压缩机Ⅰ(9)进口相连接，压缩机Ⅰ(9)出口经管道与动力循环回热器(5)冷流体侧进口相连接，动力循环回热器(5)冷流体侧出口经管道与热能回收器Ⅱ(21)冷流体进口相连接，膨胀机Ⅰ(2)和膨胀机Ⅱ(3)通过联轴器与发电机Ⅰ(4)连接；
跨临界CO2制冷循环管路连接顺序为：分流阀Ⅰ(8)出口Ⅱ经管道与制冷循环中间冷却器(10)热流体侧进口连接，制冷循环中间冷却器(10)热流体侧出口经管道与膨胀阀Ⅰ(11)进口相连接，膨胀阀Ⅰ(11)出口经管道与气液分离器(16)进口相连接，气液分离器(16)出口Ⅰ经管道与制冷循环中间冷却器(10)冷流体侧进口相连接，气液分离器(16)出口Ⅱ经管道与膨胀阀Ⅱ(17)进口相连接，制冷循环中间冷却器(10)冷流体侧出口经管道与涡流管(12)进口相连接，涡流管(12)出口Ⅰ经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，涡流管(12)出口Ⅱ经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，膨胀阀Ⅱ(17)出口经管道与制冷循环蒸发器(18)冷流体侧进口相连接，制冷循环蒸发器(18)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅱ(14)进口相连接，混合器Ⅱ(14)出口经管道与压缩机Ⅱ(15)进口相连接，压缩机Ⅱ(15)出口经管道与混合器Ⅰ(6)进口相连接，混合器Ⅰ(6)出口经管道与气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)热流体侧出口经管道与分流阀Ⅰ(8)进口相连接；
MSF系统海水淡化系统管路连接顺序为：海水泵Ⅰ(19)出口经管道与分流阀Ⅱ(20)进口相连接，分流阀Ⅱ(20)出口Ⅰ经管道与气体冷却器Ⅰ(7)冷流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅰ(7)冷流体侧出口经管道与分流阀Ⅲ(28)进口相连接，分流阀Ⅲ(28)出口Ⅰ经管道与热能回收器Ⅲ(22)冷流体侧进口相连接，热能回收器Ⅲ(22)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，分流阀Ⅲ(28)出口Ⅱ经管道与混合器Ⅴ(37)相连接，分流阀Ⅱ(20)出口Ⅲ经管道与气体冷却器Ⅱ(46)冷流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅱ(46)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，混合器Ⅳ(32)出口经管道与海水泵Ⅲ(33)进口相连接，海水泵Ⅲ出口经管道与海水淡化换热器(34)冷流体侧进口相连接，海水淡化换热器(34)冷流体侧出口经管道与混合器Ⅴ(37)进口相连接，混合器Ⅴ(37)出口经管道与高压级闪蒸箱(26)进口相连接，低压级闪蒸箱(26)出口Ⅰ经管道与混合器Ⅲ(30)进口相连接，低压级闪蒸箱(26)出口Ⅱ经管道与海水泵Ⅳ(41)进口相连接，海水泵Ⅳ(41)出口经管道与冷却管(25)相连接，冷却管(25)出口Ⅰ经管道与混合器Ⅳ(32)进口相连接，淡水收集装置(27)出口经管道与止回阀Ⅰ(38)进口相连接，止回阀Ⅰ(38)出口经管道与淡水泵(36)进口相连接，淡水泵(36)出口与分流阀Ⅴ(54)进口相连接，分流阀Ⅴ(54)出口Ⅰ经管道与混合阀(35)进口相连接，混合阀出口经管道与冷却管(25)进口相连接，冷却管(25)出口经管道与分流阀Ⅳ(29)进口相连接，分流阀Ⅳ(29)出口经管道与混合器Ⅲ(30)出口相连接，混合器Ⅲ(30)出口经管道与海水泵Ⅱ(31)进口相连接分流阀Ⅴ(54)出口Ⅱ经管道与止回阀Ⅱ(39)进口相连接，止回阀Ⅱ(39)出口经管道与水箱(40)进口相连接，水箱(40)出口经管道与供热换热器(48)相连接；
太阳能热电联供系统管路连接顺序为：集热器出口经管道与动力循环蒸发器(43)热流体侧进口相连接，动力循环蒸发器(43)热流体侧出口经管道与供热换热器(48)热流体侧进口相连接，供热换热器(48)热流体侧出口经管道与海水淡化换热器(34)热流体侧进口相连接，海水淡化换热器(34)热流体侧出口经管道与导热油泵(42)进口相连接，导热油泵(42)出口经管道与热泵蒸发器(49)热流体侧进口相连接，热泵蒸发器(49)热流体侧出口经管道与集热器(53)进口相连接，动力循环蒸发器(43)冷流体侧进口经管道与膨胀机Ⅲ(44)进口相连接，膨胀机Ⅲ(44)出口经管道与气体冷却器Ⅱ(46)热流体侧进口相连接，气体冷却器Ⅱ(46)热流体侧出口经管道与压缩机Ⅳ(47)进口相连接，压缩机Ⅳ(47)出口经管道与动力循环蒸发器(43)冷流体侧进口相连接，热泵蒸发器(49)冷流体侧出口经管道与压缩机Ⅲ(50)进口相连接，压缩机Ⅲ(50)出口经管道与热泵换热器(51)热流体侧进口相连接，热泵换热器(51)热流体侧出口经管道与膨胀阀Ⅲ(52)进口相连接，膨胀阀Ⅲ(52)出口经管道与热泵蒸发器(49)冷流体侧进口相连接。
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2022
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