CN207815771U - 利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及低品位能源利用的发电制冷海水淡化联供的循环系统，尤其是一种利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统。包括氨水吸收式制冷循环机组、海水冷冻淡化机组和反渗透海水淡化机组，海水冷冻淡化机组包括产冰装置、分离装置、喷嘴和融冰槽，产冰装置设有氨水进口、氨水出口、海水进口和冰浆出口，产冰装置的冰浆出口与分离装置的冰浆进口连通，分离装置冰浆进口的上方设有喷嘴，喷嘴与反渗透海水淡化机组连通，分离装置的海冰出口与融冰槽的进口连通，融冰槽内设有换热装置，融冰槽的出口与反渗透海水淡化机组连通。其利用烟气余热和太阳能等低品位热能，驱动氨水吸收式制冷循环来进行空调制冷和海水淡化，实现能量的多级利用。

Description

利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统

技术领域

本实用新型涉及低品位能源利用的发电制冷海水淡化联供的循环系统，尤其是一种利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统。

背景技术

随着世界经济的发展以及能耗的增加，能源与环境问题目前已经成为全世界所共同关注的热点问题，而低品位热能来源广泛，太阳能、海洋能、企业生产过程中产生的低品位废热、甚至是烟气排放的热量等，却难以被利用。采用吸收式制冷循环回收利用余热也就具备了明显的经济价值。

冷冻法淡化海水具有低能耗、污染少、腐蚀结垢轻以及适用原水浓度范围广等特点，但该工艺的制冷能耗相对较高、冰晶分离和净化较为困难，使得冷冻法海水淡化成本偏高，产水口感不佳。因此，改技术缺乏市场竞争力，一直难以实现商业化。

反渗透技术是当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小(仅为10A左右)，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97－98％)。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。但是同时反渗透膜的寿命和抗污染能力有限，需定期更换反渗透膜，反渗透膜等重要配件需进口，成本花费较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，其利用烟气余热和太阳能等低品位热能，驱动氨水吸收式制冷循环来进行空调制冷和海水淡化，实现能量的多级利用。

本实用新型的技术方案是：一种利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，包括氨水吸收式制冷循环机组、海水冷冻淡化机组和反渗透海水淡化机组；

所述海水冷冻淡化机组包括产冰装置、分离装置、喷嘴和融冰槽，产冰装置设有氨水进口、氨水出口、海水进口和冰浆出口，产冰装置的冰浆出口与分离装置的冰浆进口连通，分离装置冰浆进口的上方设有喷嘴，喷嘴与反渗透海水淡化机组连通，分离装置的海冰出口与融冰槽的进口连通，融冰槽内设有换热装置，换热装置与冷风机之间为闭环连接，融冰槽的出口与反渗透海水淡化机组连通；

所述氨水吸收式制冷循环机组包括发生器、精馏器、冷却器、吸收器、节流阀和溶液换热器，节流阀包括节流阀Ⅰ和节流阀Ⅱ，发生器的出气口与精馏器的进气口连通，精馏器的气体出口与冷却器的进气口连通，精馏器的液体出口依次通过溶液换热器和节流阀Ⅱ与吸收器的液体进口连通，冷却器的出液口与节流阀Ⅰ的进液口连通，节流阀Ⅰ的出液口与冰浆机的氨水进口连通，冰浆机的氨气出口与吸收器的气体进口连通，吸收器的液体出口依次通过水泵、溶液换热器与发生器的液体进口连通，太阳能集热器与溶液换热器的进液口和出液口连通，吸收器上设有海水进口和海水出口，吸收器的海水出口与冰浆机的海水进口连通；

所述反渗透海水淡化机组包括升温槽和反渗透设备，融冰槽与升温槽的进口连通，升温槽的出口与反渗透设备的原水泵进口连通，喷嘴与反渗透设备的淡水出口连通。

所述发生器的进气口与柴电机组的出气口连通，溶液换热器包括溶液换热器Ⅰ和溶液换热器Ⅱ，精馏器的液体出口依次通过溶液换热器Ⅰ和节流阀Ⅱ与吸收器的液体进口连通，吸收器的液体出口与水泵Ⅰ的进液口连通，水泵Ⅰ的出液口依次通过溶液换热器Ⅰ、溶液换热器Ⅱ与发生器的进液口连通，太阳能集热器与溶液换热器Ⅱ的进液口和出液口连通。

所述产冰装置为冰浆机，分离装置为震动分离器。

所述海水冷冻淡化机组包括一级海水冷冻淡化机组和二级海水冷冻淡化机组；

所述一级海水冷冻淡化机组包括冰浆机Ⅰ、震动分离器Ⅰ、喷嘴Ⅰ和融冰槽Ⅰ，二级海水冷冻淡化机组包括冰浆机Ⅱ、震动分离器Ⅱ、喷嘴Ⅱ和融冰槽Ⅱ，节流阀Ⅰ的出液口与冰浆机Ⅰ的氨水进口连通，冰浆机Ⅰ的氨气出口与吸收器的气体进口连通，融冰槽Ⅰ的出口与冰浆机Ⅱ的海水进口连通，冰浆机Ⅱ的氨水进口与节流阀Ⅰ的出液口连通，冰浆机Ⅱ的氨气出口与吸收器的气体进口连通，融冰槽Ⅱ的出口与升温槽的进口连通。

所述融冰槽内的换热装置为盘管换热器，盘管换热器的出口与冷风机的进口连通，冷风机的出口与盘管换热器的进口连通，盘管内通水，水在盘管换热器与冷风机之间循环流动，

所述升温槽内设有盘管换热器，盘管换热器的出口与冷风机的进口连通，冷风机的出口与盘管换热器的进口连通。

所述震动分离器Ⅰ和震动分离器Ⅱ可以采用旋振筛。

本实用新型的有益效果：

(1)利用柴电机组的烟气余热与太阳能驱动制冷循环来进行海水淡化以及空调制冷，有效利用了低品位热能，降低了柴油发电机组的发电成本，实现了能源的多元利用；

(2)采用了多级海水冷冻淡化系统，通过对海水反复冷冻结晶洗涤融化来获得较低盐度的淡海水，同时回收利用融冰时的冷量来作为空调制冷；

(3)采用了冰浆机来作为海水冷冻淡化的制冷设备，应用了间接冷冻法来制取流态冰，并对流态冰进行洗涤过滤，来达到淡化效果；

(4)采用了多级冷冻与反渗透的结合来实现海水淡化，通过低品位热能驱动制冷循环来进行海水冷冻淡化，解决了冷冻法海水淡化的能源问题，而且有效降低了海水的盐度，采用反渗透进一步海水淡化，一方面可以达到饮用水淡化标准，另一方面对低盐度海水进行反渗透处理可以延长反渗透RO膜的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是氨水吸收式制冷循环系统的结构示意图；

图3是冰浆机Ⅰ的结构示意图；

图4是冷冻法海水淡化循环系统的结构示意图；

图5是震动分离器Ⅰ的结构示意图；

图6是反渗透海水淡化系统的结构示意图；

图中：1柴电机组；2发生器；3精馏器；4冷却器；5节流阀Ⅰ；6冰浆机Ⅰ；7吸收器；8节流阀Ⅱ；9溶液换热器Ⅰ；10水泵Ⅰ；11溶液换热器Ⅱ；12太阳能集热器；13海水；14水泵Ⅱ；15喷嘴Ⅰ；16震动分离器Ⅰ；17融冰槽Ⅰ；18水泵Ⅲ；19冰浆机Ⅱ；20喷嘴Ⅱ；21震动分离器Ⅱ；22融冰槽Ⅱ；23升温槽；24反渗透设备；25冷风机；26成品淡水；27浓海水；28氨水进口；29氨气出口；30海水进口；31冰浆出口；32冰浆进口；33海冰出口；34浓海水出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、图2、图3和图5所示，本实用新型所述的利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统包括氨水吸收式制冷循环机组、海水冷冻淡化机组和反渗透海水淡化机组。海水冷冻淡化系统包括冰浆机、震动分离器、喷嘴和融冰槽，海水冷冻淡化系统通过冰浆机与氨水吸收式制冷循环机组连接，通过融冰槽与反渗透海水淡化机组连接。

如图1和图2所示，氨水吸收式制冷循环机组包括发生器2、精馏器3、冷却器4、节流阀Ⅰ5、吸收器7、水泵Ⅰ10、溶液换热器Ⅰ9、溶液换热器Ⅱ11和节流阀Ⅱ8。将带有余热的烟气通入发生器2的进气口，本实施例中，发生器2的进气口与柴电机组1的尾气出气口连通，发生器2的出气口与精馏器3的进气口连通，精馏器3的出气口与冷却器4的进气口连通，冷却器4的出液口与节流阀Ⅰ5的进液口连通，节流阀Ⅰ5的出液口与冰浆机的氨水进口连通，冰浆机的氨气出口与吸收器7的气体进口连通。精馏器3的液体出口依次通过溶液换热器Ⅰ9和节流阀Ⅱ8与吸收器7的液体进口连通。吸收器7的液体出口与水泵Ⅰ10的进液口连通，水泵Ⅰ10的出液口依次通过溶液换热器Ⅰ9和溶液换热器Ⅱ11与发生器2的进液口连通。太阳能集热器12的出液口与溶液换热器Ⅱ11的进液口连通，太阳能集热器12的进液口与溶液换热器Ⅱ11的出液口连通，对流过溶液换热器Ⅱ11的溶液进行加热。同时，吸收器7上设有海水进口和海水出口，通过海水在吸收器7内的循环，对海水进行冷却。

发生器2内的氨水溶液吸收柴电机组1的烟气余热，生成高温高压的氨气，氨气经过精馏器3精馏后，纯净的高温高压氨气沿气体出口进入冷却器4内，而未蒸发的的稀氨水溶液沿精馏器3的液体出口流出。高温高压的氨气经冷却器4冷却为低温高压的氨水溶液，经过节流阀Ⅰ5降压后成为低温低压的氨水溶液，低温低压的氨水溶液经过冰浆机的氨水进口进入冰浆机内吸热，成为高温低压的氨气，并沿冰浆机的氨气出口进入吸收器7内。从精馏器3的液体出口流出的高温高压的稀氨水溶液经溶液换热器Ⅰ9换热后，成为低温高压的稀氨水溶液，经节流阀Ⅱ8降压后成为低温低压的稀氨水溶液，最后进入吸收器7中。稀氨水溶液与从冰浆机流出的低压制冷剂蒸气即高温低压的氨气相混合，吸收低压制冷剂蒸气后溶液恢复到原来浓度。稀氨水溶液在吸收氨气的过程中吸收热量，从而使流经吸收器7的海水降温，对海水进行冷却。从吸收器7的液体出口流出的低温低压的氨水溶液，经水泵Ⅰ10抽至溶液换热器Ⅰ9内，成为高压低温的氨水溶液，在溶液换热器Ⅰ9内，高压低温的氨水溶液与高温高压的稀氨水溶液换热，使高温高压的稀氨水溶液降温成为低温高压的稀氨水溶液，同时对高压低温的氨水溶液进行加热，之后氨水溶液经过溶液换热器Ⅱ11的加热，成为高温高压的氨水溶液并回流到发生器2内，由此形成氨水吸收式制冷循环。

本实施例中，冷冻法海水淡化机组包括一级海水冷冻淡化机组和二级海水冷冻淡化机组，一级海水冷冻淡化机组和二级海水冷冻淡化机组串联连接。海水经过两级淡化，通入反渗透海水淡化机组，达到净化效果。而实际上，本实用新型中还可以设置一级淡化或者多级淡化，海水冷冻淡化机组的数量主要根据实际海水淡化的需要来决定。

如图4所示，一级海水冷冻淡化系统包括冰浆机Ⅰ6、震动分离器Ⅰ16、喷嘴Ⅰ15和融冰槽Ⅰ17。如图3所示，冰浆机Ⅰ6上设有氨水进口28、氨气出口29、冰浆出口31和海水进口30，节流阀Ⅰ5的出液口与冰浆机Ⅰ的氨水进口28连通，冰浆机Ⅰ的氨气出口29与吸收器7的气体进口连通，冰浆机Ⅰ的海水进口30与吸收器的海水出口连通。如图5所示，震动分离器Ⅰ16包括位于顶部的冰浆进口32、海冰出口33和浓海水出口34。冰浆机Ⅰ的冰浆出口31与震动分离器Ⅰ16的冰浆进口32连通，喷嘴Ⅰ15位于冰浆进口32的上方，喷嘴Ⅰ15通过水泵和流量计与反渗透海水淡化机组连接。震动分离器Ⅰ的海冰出口33与融冰槽Ⅰ17连通，融冰槽Ⅰ17内有盘管换热器，盘管换热器的出口与冷风机25的进口连通，冷风机25的出口与盘管换热器的进口连通，盘管内通水，水在冷风机25和盘管换热器之间形成循环，水在冷风机25内吸收热量，为冷风机25提供冷风，吸收热量后升温的水进入盘管换热器内，海冰吸收热量后，盘管换热器内的水变为冷水，流至冷风机25内吸收热量，从而使冷风机可以用作空调。融冰槽Ⅰ17的出口经过水泵Ⅲ18泵入二级海水淡化系统内。震动分离器Ⅰ16产生的浓海水通过浓海水出口34直接排放。

二级海水冷冻淡化系统包括冰浆机Ⅱ19、震动分离器Ⅱ21、喷嘴Ⅱ20和融冰槽Ⅱ22。如图3所示，冰浆机Ⅱ19上设有氨水进口、氨气出口、冰浆出口和海水进口，冰浆机Ⅱ的氨水进口与节流阀Ⅰ5的出液口连通，冰浆机Ⅱ的氨气出口与吸收器7的气体进口连通，冰浆机Ⅱ的海水进口与融冰槽Ⅰ17的出口连通。冰浆机Ⅱ的冰浆出口与震动分离器Ⅱ21的冰浆进口连通，喷嘴Ⅱ20位于冰浆进口的上方，喷嘴Ⅱ20通过水泵和流量计与反渗透海水淡化机组连接。震动分离器Ⅱ21的海冰出口与融冰槽Ⅱ22连通，融冰槽Ⅱ22内有盘管换热器，盘管换热器的出口与冷风机25的进口连通，冷风机25的出口与盘管换热器的进口连通，盘管内通水，水在冷风机25和盘管换热器之间形成循环，水在冷风机25内吸收热量，为冷风机25提供冷风，吸收热量后升温的水进入盘管换热器内，海冰吸收热量后，盘管换热器内的水变为冷水，流至冷风机25内吸收热量，从而使冷风机可以用作空调。融冰槽Ⅱ22的出口与反渗透海水淡化机组连接。震动分离器Ⅱ21产生的浓海水通过浓海水出口直接排放。

上述震动分离器Ⅰ16和震动分离器Ⅱ21可以采用旋振筛。

海水经过吸收器7冷却后泵入冰浆机Ⅰ6的海水进口30，海水进入冰浆机Ⅰ6内后，与节流阀Ⅰ5降压后的低温低压氨水溶液换热，低温低压的氨水溶液吸收海水的热量，变为低压高温的氨气，并从冰浆机Ⅰ6的氨气出口29进入吸收器7，而海水则冷冻为冰浆溶液，并通过冰浆出口31进入震动分离器Ⅰ16内。在震动分离器Ⅰ16，通过上方喷嘴Ⅰ15的喷淋，将海冰和海冰表面的浓海水进行分离，从而将冰浆溶液分离为浓海水和海冰，浓海水通过浓海水出口34直接排放，海冰通过海冰出口33流入融冰槽Ⅰ17中，海冰经过融冰槽Ⅰ17的盘管换热融化为一次淡化海水，同时盘管换热驱动冷风机用作空调。一次淡化海水再经过水泵Ⅱ18泵入冰浆机Ⅱ19的海水进口，进行二次海水冷冻淡化，其过程同一次海水冷冻淡化。

如图1和图6所示，反渗透海水淡化机组包括升温槽23和反渗透设备24，融冰槽Ⅱ22的出口与升温槽23的进口连通，升温槽23内设有盘管换热器，盘管换热器的出口与冷风机的进口连通，冷风机的出口与盘管换热器的进口连通，升温槽23的出口与反渗透设备24的原水泵进口连通，反渗透设备24设有浓海水出口和成品淡水出口，经反渗透设备生成的浓海水27通过浓海水出口直接排放。其成品淡水出口分别与喷嘴Ⅰ15和喷嘴Ⅱ20连通，因此最终生成的成品淡水26中，要取一部分通入喷嘴Ⅰ15和喷嘴Ⅱ20，对冷冻法海水淡化进行喷淋，并对其余的成品淡水进行收集。

在反渗透海水淡化过程中，二次淡化海水通过升温槽内的盘管换热器达到反渗透设备的入口温度，经由原水泵泵入反渗透设备，依次经过预处理滤瓶、高压泵、RO组件、UV杀菌器、末置活性炭滤芯等，最终生成成品淡水26和浓海水27。

Claims (7)

1.一种利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，其特征在于：包括氨水吸收式制冷循环机组、海水冷冻淡化机组和反渗透海水淡化机组；

所述海水冷冻淡化机组包括产冰装置、分离装置、喷嘴和融冰槽，产冰装置设有氨水进口、氨水出口、海水进口和冰浆出口，产冰装置的冰浆出口与分离装置的冰浆进口连通，分离装置冰浆进口的上方设有喷嘴，喷嘴与反渗透海水淡化机组连通，分离装置的海冰出口与融冰槽的进口连通，融冰槽内设有换热装置，换热装置与冷风机之间为闭环连接，融冰槽的出口与反渗透海水淡化机组连通；

所述氨水吸收式制冷循环机组包括发生器(2)、精馏器(3)、冷却器(4)、吸收器(7)、节流阀和溶液换热器，节流阀包括节流阀Ⅰ(5)和节流阀Ⅱ(8)，发生器(2)的出气口与精馏器(3)的进气口连通，精馏器(3)的气体出口与冷却器(4)的进气口连通，精馏器(3)的液体出口依次通过溶液换热器和节流阀Ⅱ(8)与吸收器(7)的液体进口连通，冷却器(4)的出液口与节流阀Ⅰ(5)的进液口连通，节流阀Ⅰ(5)的出液口与冰浆机的氨水进口连通，冰浆机的氨气出口与吸收器(7)的气体进口连通，吸收器(7)的液体出口依次通过水泵、溶液换热器与发生器(2)的液体进口连通，太阳能集热器与溶液换热器的进液口和出液口连通，吸收器(7)上设有海水进口和海水出口，吸收器的海水出口与冰浆机的海水进口连通；

所述反渗透海水淡化机组包括升温槽(23)和反渗透设备(24)，融冰槽与升温槽的进口连通，升温槽(23)的出口与反渗透设备(24)的原水泵进口连通，喷嘴与反渗透设备(24)的淡水出口连通。

2.根据权利要求1所述的利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，其特征在于：所述发生器(2)的进气口与柴电机组(1)的出气口连通，溶液换热器包括溶液换热器Ⅰ(9)和溶液换热器Ⅱ(11)，精馏器(3)的液体出口依次通过溶液换热器Ⅰ(9)和节流阀Ⅱ(8)与吸收器(7)的液体进口连通，吸收器(7)的液体出口与水泵Ⅰ(10)的进液口连通，水泵Ⅰ(10)的出液口依次通过溶液换热器Ⅰ(9)、溶液换热器Ⅱ(11)与发生器(2)的进液口连通，太阳能集热器与溶液换热器Ⅱ(11)的进液口和出液口连通。

3.根据权利要求1所述的利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，其特征在于：所述产冰装置为冰浆机，分离装置为震动分离器。

4.根据权利要求3所述的利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，其特征在于：所述海水冷冻淡化机组包括一级海水冷冻淡化机组和二级海水冷冻淡化机组；

所述一级海水冷冻淡化机组包括冰浆机Ⅰ(6)、震动分离器Ⅰ(16)、喷嘴Ⅰ(15)和融冰槽Ⅰ(17)，二级海水冷冻淡化机组包括冰浆机Ⅱ(19)、震动分离器Ⅱ(21)、喷嘴Ⅱ(20)和融冰槽Ⅱ(22)，节流阀Ⅰ(5)的出液口与冰浆机Ⅰ的氨水进口(28)连通，冰浆机Ⅰ的氨气出口(29)与吸收器(7)的气体进口连通，融冰槽Ⅰ(17)的出口与冰浆机Ⅱ(19)的海水进口连通，冰浆机Ⅱ(19)的氨水进口与节流阀Ⅰ(5)的出液口连通，冰浆机Ⅱ(19)的氨气出口与吸收器(7)的气体进口连通，融冰槽Ⅱ(22)的出口与升温槽的进口连通。

5.根据权利要求1所述的利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，其特征在于：所述融冰槽内的换热装置为盘管换热器，盘管换热器的出口与冷风机的进口连通，冷风机的出口与盘管换热器的进口连通，盘管内通水，水在盘管换热器与冷风机之间循环流动。

6.根据权利要求1所述的利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，其特征在于：所述升温槽(23)内设有盘管换热器，盘管换热器的出口与冷风机的进口连通，冷风机的出口与盘管换热器的进口连通。

7.根据权利要求4所述的利用烟气余热与太阳能的空调制冷与海水淡化循环系统，其特征在于：所述震动分离器Ⅰ(16)和震动分离器Ⅱ(21)为旋振筛。