一種節能型轉輪餘熱回收裝置及使用方法與流程
2023-07-03 20:30:51
本發明涉及餘熱回收領域，尤其涉及一種節能型轉輪餘熱回收裝置及使用方法。
背景技術：
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船舶消耗能源的主要設備是船舶柴油主機，它是船舶動力的來源，耗費的能量佔據了整個船舶能源消耗總量的70%-80%，但由於結構及技術方面的不足，船舶柴油主機的熱效率一直維持在較低的水平，即使經過了多年的發展，其熱效率也只達到了50%的水平。主機其餘的燃燒熱量以多種形式散發到環境中，如廢氣、廢液和用來散熱的冷卻介質等，其中都包含了大量能量。船舶排出的氣體的溫度最低值為260攝氏度，而其有140攝氏度左右溫差可以利用，其中包含廢熱的能量約佔燃油等化石燃料包含總能量的30%。由此可知煙氣中包含了大量的熱量，而這部分廢熱的利用傳統上採用加熱鍋爐內的水來進行回收利用，加熱鍋爐產生的高溫蒸汽可以滿足船舶上的人們的供暖及日常所需。船舶上的柴油機功率普遍較大，可供利用的熱也是很多的，而這部分的熱量遠遠超出了加熱、取暖和日常生活雜用所需要的熱量需求之和，另外一般情況下廢氣熱量沒有經過合理的利用就排到了大氣中，不僅能量沒有得到合理的利用，而且大量的熱量會影響環境，所以船舶主機運行中產生的高溫煙氣有必要進行回收利用。綜合看來，船舶柴油機廢氣餘熱溫度很高，包含的熱量很大，現有的利用方式只維持在一個較低的水準，回收利用的空間很廣闊。如果能充分利用回收這部分的熱量，不僅可以減少船舶運行時對環境的影響，還能提高對廢熱的回收利用率，降低船舶的運行成本，同時也起到了節能和減排的作用。
技術實現要素：
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為了解決上述問題，本發明提供了一種結構合理，能夠提高對船舶廢熱的利用率，降低船舶的運行成本，能夠對餘熱進行回收利用，起到了節能和減排的作用的技術方案：
一種節能型轉輪餘熱回收裝置，主要包括煙氣除溼裝置、熱管換熱器，煙氣除溼裝置包括圓柱形管道，圓柱形管道底部設有底座，左分隔板將圓柱形通道分為煙氣部分和空氣部分，在圓柱形通道的後半部分設有除溼轉輪，除溼轉輪裡放置高強度的吸水材料，高強度的吸水材料為複合乾燥劑，除溼轉輪與主分隔板之間設有一個高壓氣體防竄器，熱管換熱器與煙氣除溼裝置相連接。
作為優選，熱管換熱器包括端蓋、吸液芯和管殼，管殼為圓柱形結構，中間設有蒸汽通道，管殼表面鑲嵌著多孔的毛細吸液芯,吸液芯浸滿呈液體狀態的工質,其餘的空間容納著氣體狀態的工質，蒸汽通道從前往後依次分為蒸發段、絕熱段和冷凝段。
作為優選，熱管換熱器一端通入再生空氣，另一端連接煙氣除溼裝置，煙氣除溼裝置連接排風風機，室外空氣和迴風通過第一蒸發器進入煙氣除溼裝置，海水通過第一冷凝器進入第一蒸發器，煙氣除溼裝置輸出端接海水冷卻器通過第二蒸發器、送風風機進入船艙室，海水通過第二冷凝器進入第二蒸發器。
作為優選，除溼轉輪分為再生區和處理區，再生區佔整個除溼轉輪的1/4；處理區佔整個除溼轉輪的3/4。
節能型轉輪餘熱回收裝置中的除溼轉輪除溼方法包括以下步驟：
A、船艙室內待處理空氣進入除溼轉輪中，當複合乾燥劑表面水蒸氣壓力小於空氣中水蒸氣壓力時， 空氣中水蒸氣被複合乾燥劑吸收，空氣變得乾燥，當複合乾燥劑表面水蒸氣壓力大於空氣中水蒸氣壓力時，複合乾燥劑中的水分被再生區中的煙氣蒸發到空氣中,在此過程中，複合乾燥劑的吸溼能力得到再生；
B、除溼轉輪不斷轉動，再生區經煙氣加熱，複合乾燥劑在處理區中的水分被蒸發從而實現再生，然後轉到處理區，複合乾燥劑吸收空氣中的溼負荷，空氣得到乾燥；
C、除溼轉輪轉至再生區，實現再生；
D、繼續上述過程，複合乾燥劑的再生過程和空氣的處理過程在此過程中會同時發生。
節能型轉輪餘熱回收裝置中的熱管換熱器工作過程包括以下步驟：
A、外部熱源經過熱管換熱器的管壁和吸液芯中的液態工質，熱源的熱量被傳遞到氣液分界面；
B、在蒸發段內的，液體在液－汽分界面上進行蒸發；
C、蒸發段內的蒸汽經絕熱段流至冷凝段；
D、蒸汽在冷凝段內的液汽分界面上凝結；
E、在冷凝段氣液分界面上，通過吸液芯管壁將熱量傳遞給冷源；
F、在吸液芯的毛細作用和重力共同作用下，冷凝後的工質從冷凝段流至蒸發段。
本發明的有益效果在於：
（1）本發明結構合理，能夠提高對船舶廢熱的利用率，降低船舶的運行成本，能夠對餘熱進行回收利用，起到了節能和減排的作用。
（2）本發明的煙氣除溼裝置橫截面為圓形，無死角、納汙能力低，改變了傳統除溼機為方形的慣例，同時也大大降低了材料的使用。
（3）本發明煙氣除溼裝置中採用主分隔板與高壓氣體防竄器，加強了對煙氣與空氣之間的隔離，有效的防止了煙氣汙染了新風，增加新風的潔淨度。
（4）本發明結合煙氣溫度高、密度小；新風溫度低、密度大等特點，利用密度的特點，新風在下煙氣在上，這樣可以降低兩種氣體的互混程度方便轉輪的使用，再通過溫度將轉輪在新風中吸收的水分蒸發到空氣當中。
附圖說明：
圖1為本發明的煙氣除溼裝置結構圖；
圖2為本發明的熱管換熱器結構圖；
圖3為本發明的除溼轉輪結構圖；
圖4為本發明的系統工作原理圖；
圖5為本發明的高壓氣體防竄器主視圖；
圖6為本發明的高壓氣體防竄器左視圖。
具體實施方式：
為使本發明的發明目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的實施方式作進一步地詳細描述。
如圖1-6所示，一種節能型轉輪餘熱回收裝置，主要包括煙氣除溼裝置1、熱管換熱器2，所述煙氣除溼裝置包括圓柱形管道3，圓柱形管道3底部設有底座31，所述左分隔板4將圓柱形通道分為煙氣部分和空氣部分，且用主分隔板5隔離，在圓柱形通道的後半部分設有除溼轉輪6，所述除溼轉輪6裡放置高強度的吸水材料，高強度的吸水材料為複合乾燥劑，所述除溼轉輪6與所述主分隔板5的之間設有一個高壓氣體防竄器7，在與除溼轉輪6接觸那一面裝有高強度的毛細纖維61，降低高壓氣體防竄器7與除溼轉輪6之間的摩擦，也可以防止煙氣與新風的混合，所述熱管換熱器2與所述煙氣除溼裝置1相連接。
本實施例中，除溼轉輪中的空氣通道分為兩部分，一部分是用來對空氣進行乾燥的處理區，另外一部分是用來對吸溼後的轉輪材料進行乾燥的再生區。空氣經過處理區時，空氣中水分被乾燥劑吸收，轉輪轉動時帶動著那部分吸收了水分的轉輪，當轉到再生區中時，再生區中煙氣高溫會將乾燥劑在處理區中吸收的水分蒸發到空氣中。除溼轉輪6不斷轉動，當處理區中轉輪內的乾燥劑不能繼續吸收水分，處於飽和狀態時，利用煙氣來恢復它的吸溼能力。煙氣具有較高的溫度，通過加熱乾燥劑，實現解析。中心軸是轉輪轉動的中心，除溼轉輪6分為再生區和處理區，再生區佔整個除溼轉輪6的1/4；處理區佔整個除溼轉輪6的3/4。當轉輪吸收了處理區中的水分轉到再生區中時，再生區中高溫煙氣會將轉輪在處理區吸收的水分蒸發掉。。
本實施例中採用的複合乾燥劑是將金屬離子摻雜到矽膠中的提高的吸附性能，通過加入鋁、鈦等金屬離子提高矽膠的除溼能力和機械強度，運用溶膠-凝膠工藝法製造複合乾燥劑，高幹燥劑的耐熱性，將矽膠吸附材料添加在鈦中，利用矽膠的物理吸附作用及二氧化鈦的光催化分解作用，清除空氣中的揮發性有機化合物，能夠提高船艙內的空氣品質，保護人體的健康。
除溼轉輪除溼方法包括以下步驟：
A、船艙室內待處理空氣進入除溼轉輪6中，當複合乾燥劑表面水蒸氣壓力小於空氣中水蒸氣壓力時，空氣中水蒸氣被複合乾燥劑吸收，空氣變得乾燥，當複合乾燥劑表面水蒸氣壓力大於空氣中水蒸氣壓力時，複合乾燥劑中的水分被再生區中的煙氣蒸發到大氣中,在此過程中，複合乾燥劑的吸溼能力得到再生；
B、除溼轉輪6不斷轉動，再生區經乾燥空氣加熱實現再生，然後轉到處理區，複合乾燥劑吸收空氣中的溼負荷，空氣得到乾燥；
C、除溼轉輪6轉至再生區，實現再生；
D、繼續上述過程，複合乾燥劑的再生過程和空氣的處理過程在此過程中會同時發生。
本實施例中，熱管換熱器2包括端蓋8、吸液芯9和管殼10，管殼10為圓柱形結構，中間設有蒸汽通道11，所述管殼10表面鑲嵌著多孔的毛細吸液芯9,所述吸液芯9浸滿呈液體狀態的工質,其餘的空間容納著氣體狀態的工質，所述蒸汽通道11從前往後依次分為蒸發段12、絕熱段13和冷凝段14。熱管換熱器2具有設備體積小，傳熱效率高、等溫性優良、熱流密度可變、熱流的方向可變、抗腐蝕能力極強、布置靈活、 工作可靠的優點。
熱管換熱器2工作過程包括以下步驟：
A、外部熱源經過熱管換熱器2的管壁和吸液芯9中的液態工質，熱源的熱量被傳遞到氣液分界面；
B、在蒸發段12內的，液體在液－汽分界面上進行蒸發；
C、蒸發段12內的蒸汽經絕熱段13流至冷凝段14；
D、蒸汽在冷凝段14內的液汽分界面上凝結；
E、在冷凝段14氣液分界面上，通過吸液芯9管壁將熱量傳遞給冷源；
F、在吸液芯9的毛細作用和重力共同作用下，冷凝後的工質從冷凝段14流至蒸發段12。
由此形成一定的壓力力差將蒸汽從熱管換熱器2的蒸發段12推送至冷凝段14，蒸汽在冷凝段14凝結，釋放出氣化時吸收的潛熱。工質液化後，受到自身重力和毛細壓力的雙重影響，又流回蒸發段12，進行新一輪的循環。通過這種連續不斷的氣化-液化循環，工質從蒸發段12流到冷凝段14，再回到蒸發段12，使得吸液芯9不會被燒乾。只要工質的流通路徑不被阻塞，冷凝段14的工質能夠順利地回流到蒸發段12，這個循環往復的過程將一直持續進行。
工作時，熱管換熱器2一端通入再生空氣，另一端連接煙氣除溼裝置1，煙氣除溼裝置1連接排風風機15，室外空氣和迴風通過第一蒸發器16進入煙氣除溼裝置1，海水通過第一冷凝器17進入第一蒸發器16，煙氣除溼裝置1輸出端接海水冷卻器18通過第二蒸發器19、送風風機20進入船艙室，海水通過第二冷凝器21進入第二蒸發器19，當處理空氣在25℃左右的時候,除溼轉輪的處理效果比較好，比較適合舒適性空調系統的除溼，新風和迴風混合後進入到除溼轉輪除溼，同時溫度上升，然後先經過海水冷卻再通過第一16蒸發器降溫來降低制冷機組的負荷，通過溫控系統調節到設定的溫度後，送到各個艙室。除溼經過一段時間後，複合乾燥劑吸溼能力逐漸減弱，需要對複合乾燥劑進行加熱，去除其水汽，恢復其吸溼能力。迴風經過熱管換熱器與煙氣除溼裝置進行熱量交換，溫度升高到120℃後用來對乾燥劑進行再生，然後排出室外。
本發明的有益效果在於：本發明結構合理，能夠提高船舶對廢熱的利用率，降低船舶的運行成本，能夠對餘熱進行回收利用，起到了節能和減排的作用，採用的煙氣除溼裝置橫截面為圓形，無死角、納汙能力低，改變了傳統除溼機為方形的慣例，大大降低了材料的使用，採用左分隔板，加強了對煙氣與空氣之間的隔離，有效的防止了煙氣汙染了新風，增加新風的潔淨度。並且結合煙氣溫度高、密度小，新風溫度低、密度大等特點，利用密度的特點，新風在下煙氣在上，這樣可以降低兩種氣體的互混程度方便轉輪的使用，再通過溫度將轉輪在新風中吸收的水分蒸發到空氣當中，從而有效的利用煙氣把吸水材料中的溼氣蒸發到空氣當中。
上述實施例只是本發明的較佳實施例，並不是對本發明技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本發明專利的權利保護範圍內。