CN108751311A - 一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统及方法，所述的系统包括缸套水换热器，一级蒸发室，冷凝器和第一海水泵；在一级蒸发室上设置进气口和排气口，在一级蒸发室内设置海水喷淋装置，在一级蒸发室的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置排水口；在冷凝器上设置进气口和排气口，在冷凝器内安装冷凝管束，在冷凝器的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置淡水排水口。本发明所公开的海水淡化系统及方法，具有造水比高、系统结构和方法流程简单、操作维护方便、成本低等特点。将湿化‑除湿海水淡化方法与船舶发动机循环冷却水冷却系统相集成，利用缸套水换热器回收船舶发动机循环冷却水显热，取得蒸发海水所需的大部分热量，从而提高了船舶能源利用效率，减少了原本要排入海洋和大气中的热污染，经济效益和环保效益显著。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化领域，特别涉及该领域中的一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统及方法。
背景技术
船舶在航行或作业时对淡水的日需求量不大，但对海水淡化装置的可靠性和易维护性要求高。目前比较成熟的船舶余热海水淡化技术主要有沉浸盘管蒸馏和低温多效蒸发两种。沉浸盘管蒸馏技术所用的设备尺寸小、造价低，但制水效率低且加热盘管易结垢；低温多效蒸发技术虽克服了沉浸盘管蒸馏技术加热盘管易结垢的问题，但设备造价高、运行维护复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统及方法。
本发明采用如下技术方案：
一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其改进之处在于：所述的系统包括缸套水换热器，一级蒸发室，冷凝器和第一海水泵；其中缸套水换热器包括海水进口、海水出口、与发动机缸套水出口连通的淡水进口和与发动机缸套水进口连通的淡水出口；在一级蒸发室上设置进气口和排气口，在一级蒸发室内设置海水喷淋装置，在一级蒸发室的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置排水口；在冷凝器上设置进气口和排气口，在冷凝器内安装冷凝管束，在冷凝器的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置淡水排水口；海洋海水经第一海水泵增压后流入冷凝管束的进水口，冷凝管束的出水口连通缸套水换热器的海水进口，缸套水换热器的海水出口连通第一蒸发室的海水喷淋装置，从海水喷淋装置喷出的海水在流入一级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至海洋；一级蒸发室的进气口与发动机排气口连通，一级蒸发室的排气口与冷凝器的进气口连通，冷凝器的排气口与大气连通。
进一步的，所述的系统还包括二级蒸发室和第二海水泵，在二级蒸发室上设置进气口和排气口，在二级蒸发室内设置海水喷淋装置，在二级蒸发室的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置排水口；缸套水换热器的海水出口连通二级蒸发室的海水喷淋装置，从海水喷淋装置喷出的海水在流入二级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至第二海水泵，海水经第二海水泵增压后流入一级蒸发室的海水喷淋装置；一级蒸发室上的排气口与二级蒸发室上的进气口连通，二级蒸发室的排气口与冷凝器的进气口连通。
进一步的，一级蒸发室和二级蒸发室的结构相同，海水喷淋装置设置在蒸发室的顶部，进气口和排气口设置在蒸发室的侧面。
进一步的，在蒸发室内海水喷淋装置和集液槽之间布置填料。
进一步的，填料为陶瓷或塑料材质的规整填料或散堆填料。
进一步的，所述的缸套水换热器为管壳式、板式或热管式换热器。
进一步的，冷凝器内的冷凝管束采用垂直、水平或倾斜布置。
进一步的，在冷凝器的排气口上安装烟气管道，冷凝器内的烟气从排气口排出后经该烟气管道排至大气。
一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化方法，使用上述的系统，其改进之处在于：
海洋海水经第一海水泵增压后通过冷凝管束流入缸套水换热器，被发动机缸套水加热为高温海水后送入二级蒸发室的海水喷淋装置，从二级蒸发室海水喷淋装置喷出的高温海水与二级蒸发室内的烟气传热传质后被降温浓缩为中温浓海水，中温浓海水在流入二级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至第二海水泵，经第二海水泵增压后送入一级蒸发室的海水喷淋装置，从一级蒸发室海水喷淋装置喷出的中温浓海水与一级蒸发室内的烟气传热传质后被进一步降温浓缩，最后在流入一级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至海洋；
发动机排出的烟气在一级蒸发室内与海水喷淋装置喷出的中温浓海水传热传质后变为中温湿烟气进入二级蒸发室，中温湿烟气在二级蒸发室内与海水喷淋装置喷出的高温海水传热传质后变为高温湿烟气进入冷凝器，高温湿烟气在冷凝器内与冷凝管束换热，将冷凝管束内的海洋海水加热为中温海水，同时烟气中的水蒸气在冷凝管束的外表面冷凝为淡水，淡水在流入冷凝器底部的集液槽后经淡水排水口排出，烟气则通过冷凝器的排气口排至大气。
进一步的，在一级蒸发室和二级蒸发室内烟气与海水的流动方向为逆流或叉流；在冷凝器内烟气与冷凝管束中海水的流动方向为逆流或叉流。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的海水淡化系统及方法，具有造水比高、系统结构和方法流程简单、操作维护方便、成本低等特点。将湿化-除湿海水淡化方法与船舶发动机循环冷却水冷却系统相集成，利用缸套水换热器回收船舶发动机循环冷却水显热，取得蒸发海水所需的大部分热量，发动机排出的烟气在蒸发室内降温释放的显热提供蒸发海水所需的小部分热量，冷凝器的冷凝管束还能回收水蒸气冷凝潜热，从而提高了船舶能源利用效率，减少了原本要排入海洋和大气中的热污染，经济效益和环保效益显著。
本发明所公开的海水淡化系统，利用发动机排出的烟气作为蒸发海水和水蒸气冷凝过程中的携气，避免以空气作携气带来的额外动力消耗，既简化了海水淡化方法流程，又减少了海水淡化系统的设备数量和占地面积，节约了建造和维护成本，此外蒸发室内海水对发动机排出烟气的洗涤作用可有效减少烟气中氮氧化物、颗粒物的含量，环保效益显著。
本发明所公开的海水淡化系统有两级蒸发器，利用喷淋装置和陶瓷填料增加蒸发室单位容积内烟气与海水的接触面积，既能使烟气与海水充分接触，又能有效提高蒸发室的紧凑度，强化烟气加湿效果。
本发明所公开的海水淡化系统海水加热装置是冷凝器和缸套换热一体式串联的，相当于只对一份海水加热，可以更有效地提高高温烟气对水蒸气裹挟量。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开海水淡化系统中各部分之间的连接关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据船舶发动机的功率，可采用一级、二级蒸发室串联布置或只采用一级蒸发室，本实施例以一级、二级蒸发室串联布置为例进行说明。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，所述的系统包括缸套水换热器2，一级蒸发室3，二级蒸发室4，冷凝器7，第一海水泵9和第二海水泵10；其中缸套水换热器包括海水进口、海水出口、与发动机1缸套水出口连通的淡水进口和与发动机缸套水进口连通的淡水出口，缸套水换热器的作用一方面是与船舶发动机冷却系统形成封闭的冷却回路以便供循环冷却水通过，另一方面可将循环冷却水的热量传递给自海水进口流入，从海水出口流出的海水；在一级蒸发室上设置进气口和排气口，在一级蒸发室内设置海水喷淋装置6，在一级蒸发室的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置排水口21；在二级蒸发室上设置进气口和排气口，在二级蒸发室内设置海水喷淋装置6，在二级蒸发室的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置排水口；在冷凝器上设置进气口和排气口，在冷凝器内安装冷凝管束8，在冷凝器的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置淡水排水口16；海洋海水经第一海水泵增压后流入冷凝管束的进水口，冷凝管束的出水口连通缸套水换热器的海水进口，缸套水换热器的海水出口连通二级蒸发室的海水喷淋装置，从海水喷淋装置喷出的海水在流入二级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至第二海水泵，海水经第二海水泵增压后流入一级蒸发室的海水喷淋装置，从海水喷淋装置喷出的海水在流入一级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至海洋；一级蒸发室的进气口与发动机排气口连通，一级蒸发室的排气口与二级蒸发室的进气口连通，二级蒸发室的排气口与冷凝器的进气口连通，冷凝器的排气口与大气连通。
在本实施例中，一级蒸发室和二级蒸发室的结构相同，海水喷淋装置设置在蒸发室的顶部，进气口和排气口设置在蒸发室的侧面。在蒸发室内海水喷淋装置和集液槽之间布置填料5。填料为陶瓷或塑料材质的规整填料或散堆填料。冷凝管束设置在冷凝器的顶部，进气口和排气口设置在冷凝器的侧面。
所述的缸套水换热器为管壳式、板式或热管式换热器。冷凝器内的冷凝管束采用垂直、水平或倾斜布置。
在冷凝器的排气口上安装烟气管道，冷凝器内的烟气从排气口排出后经该烟气管道排至大气。
本实施例还公开了一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化方法，使用上述的系统：
海洋海水17经第一海水泵增压后通过冷凝管束流入缸套水换热器，被发动机缸套水22（即船舶发动机冷却系统中的循环冷却水）加热为高温海水19后送入二级蒸发室的海水喷淋装置，从二级蒸发室顶部海水喷淋装置喷出的高温海水与二级蒸发室内的烟气叉流传热传质后被降温浓缩为中温浓海水20，中温浓海水在流入二级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至第二海水泵，经第二海水泵增压后送入一级蒸发室的海水喷淋装置，从一级蒸发室顶部海水喷淋装置喷出的中温浓海水与一级蒸发室内的烟气叉流传热传质后被进一步降温浓缩，最后在流入一级蒸发室底部的集液槽后经排水口21排出至海洋；
发动机排出的烟气12从侧面进入一级蒸发室后与海水喷淋装置从顶部喷出的中温浓海水叉流传热传质后变为中温湿烟气13并从侧面进入二级蒸发室（在烟气与海水接触的过程中，海水中所含的淡水受海水表面与烟气中所含水蒸气分压差的推动蒸发进入烟气，使烟气湿度增加变为湿烟气），中温湿烟气在二级蒸发室内与海水喷淋装置从顶部喷出的高温海水叉流传热传质后变为高温湿烟气14从侧面进入冷凝器，高温湿烟气在冷凝器内与水平布置的冷凝管束叉流换热，将冷凝管束内的海洋海水加热为中温海水18，同时烟气中的水蒸气在冷凝管束的外表面冷凝为淡水，淡水在流入冷凝器底部的集液槽后经淡水排水口16排出，烟气15则通过冷凝器的排气口排至大气。
Claims (10)
1.一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其特征在于：所述的系统包括缸套水换热器，一级蒸发室，冷凝器和第一海水泵；其中缸套水换热器包括海水进口、海水出口、与发动机缸套水出口连通的淡水进口和与发动机缸套水进口连通的淡水出口；在一级蒸发室上设置进气口和排气口，在一级蒸发室内设置海水喷淋装置，在一级蒸发室的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置排水口；在冷凝器上设置进气口和排气口，在冷凝器内安装冷凝管束，在冷凝器的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置淡水排水口；海洋海水经第一海水泵增压后流入冷凝管束的进水口，冷凝管束的出水口连通缸套水换热器的海水进口，缸套水换热器的海水出口连通第一蒸发室的海水喷淋装置，从海水喷淋装置喷出的海水在流入一级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至海洋；一级蒸发室的进气口与发动机排气口连通，一级蒸发室的排气口与冷凝器的进气口连通，冷凝器的排气口与大气连通。
2.根据权利要求1所述的利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其特征在于：所述的系统还包括二级蒸发室和第二海水泵，在二级蒸发室上设置进气口和排气口，在二级蒸发室内设置海水喷淋装置，在二级蒸发室的底部设置集液槽，在集液槽的底部设置排水口；缸套水换热器的海水出口连通二级蒸发室的海水喷淋装置，从海水喷淋装置喷出的海水在流入二级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至第二海水泵，海水经第二海水泵增压后流入一级蒸发室的海水喷淋装置；一级蒸发室上的排气口与二级蒸发室上的进气口连通，二级蒸发室的排气口与冷凝器的进气口连通。
3.根据权利要求2所述的利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其特征在于：一级蒸发室和二级蒸发室的结构相同，海水喷淋装置设置在蒸发室的顶部，进气口和排气口设置在蒸发室的侧面。
4.根据权利要求3所述的利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其特征在于：在蒸发室内海水喷淋装置和集液槽之间布置填料。
5.根据权利要求4所述的利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其特征在于：填料为陶瓷或塑料材质的规整填料或散堆填料。
6.根据权利要求5所述的利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其特征在于：所述的缸套水换热器为管壳式、板式或热管式换热器。
7.根据权利要求6所述的利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其特征在于：冷凝器内的冷凝管束采用垂直、水平或倾斜布置。
8.根据权利要求7所述的利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化系统，其特征在于：在冷凝器的排气口上安装烟气管道，冷凝器内的烟气从排气口排出后经该烟气管道排至大气。
9.一种利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化方法，使用权利要求2所述的系统，其特征在于：
海洋海水经第一海水泵增压后通过冷凝管束流入缸套水换热器，被发动机缸套水加热为高温海水后送入二级蒸发室的海水喷淋装置，从二级蒸发室海水喷淋装置喷出的高温海水与二级蒸发室内的烟气传热传质后被降温浓缩为中温浓海水，中温浓海水在流入二级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至第二海水泵，经第二海水泵增压后送入一级蒸发室的海水喷淋装置，从一级蒸发室海水喷淋装置喷出的中温浓海水与一级蒸发室内的烟气传热传质后被进一步降温浓缩，最后在流入一级蒸发室底部的集液槽后经排水口排出至海洋；
发动机排出的烟气在一级蒸发室内与海水喷淋装置喷出的中温浓海水传热传质后变为中温湿烟气进入二级蒸发室，中温湿烟气在二级蒸发室内与海水喷淋装置喷出的高温海水传热传质后变为高温湿烟气进入冷凝器，高温湿烟气在冷凝器内与冷凝管束换热，将冷凝管束内的海洋海水加热为中温海水，同时烟气中的水蒸气在冷凝管束的外表面冷凝为淡水，淡水在流入冷凝器底部的集液槽后经淡水排水口排出，烟气则通过冷凝器的排气口排至大气。
10.根据权利要求9所述利用船舶发动机余热的蒸发式海水淡化方法，其特征在于：在一级蒸发室和二级蒸发室内烟气与海水的流动方向为逆流或叉流；在冷凝器内烟气与冷凝管束中海水的流动方向为逆流或叉流。
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