一種船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置的製作方法

2023-05-02 15:24:01

專利名稱：一種船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種海水淡化裝置，具體地，涉及一種船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置。
背景技術：
目前船舶的淡水主要來自陸地，靠儲備會佔用船的空間並且增加負荷，利用海水製取淡水為一種較為理想的制水方式，海水淡化主要有反滲透法，閃蒸法，蒸餾法等。船用半透膜反滲透法裝置複雜，成本較高，海水需要預處理，淡水產水率以及淡水品質受到進水水質影響較大。閃蒸法的原理是將加熱後的海水輸入到負壓容器進行蒸發，目前船用海水淡化器是利用柴油機缸套冷卻水餘熱將海水加熱後送入真空室進行真空蒸發冷凝成淡水，由於缸套冷卻水溫度在80°C左右，所以被加熱的海水只有在負壓狀態下才能蒸發，而產生負壓需要動力以及負壓裝置，結構複雜且成本高，在應用上受到限制，一般小型民用船隻很少應用。同時由於缸套循環水量有 限，該海水淡化器僅用於大功率遠洋船或者軍用船隻。蒸餾法是一種傳統的原理簡單的方法，其方法是將海水加熱至沸騰，將產生的蒸汽冷凝後獲得淡水。蒸餾法是目前許多船舶製備淡水的主要方法，蒸餾法製備淡水的設備較為簡單無需製造負壓的動力設備，對海水的品質要求不高，無需進行海水預處理，由於製取過程是將海水蒸發後冷凝，其製備淡水的出水品質較高。蒸餾法的主要缺點是設備結垢嚴重，並且能耗很高。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於海水淡化領域的根據傳熱學相關原理高效利用船用輪機尾氣餘熱進行海水淡化的裝置。為了達到上述目的，本發明提供了一種船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的該海水淡化裝置包含蒸汽發生器、第一冷凝換熱器、第二冷凝換熱器、排汙換熱器、淡水儲存器、輸送管道以及PID控制器(Proportion IntegrationDifferentiation,比例-積分-微分控制器)。所述的蒸汽發生器為罐狀，內部下方設有煙氣加熱器，內部上方設有收水器，在其內還設有水位控制器和溫度感應器；所述的溫度感應器與設在蒸汽發生器外部的數據採集儀相連，所述的數據採集儀向PID控制器輸入數據；所述的輸送管道包含海水輸送管道、蒸汽輸送管道以及排汙管道；所述的海水管道分別與第一冷凝換熱器和第二冷凝換熱器相連接，第一冷凝換熱器的另一端通過海水輸送管道依次與排汙換熱器以及蒸汽發生器相連接，第二冷凝換熱器的另一端為海水排出管道；所述的排汙換熱器新鮮海水出口與蒸汽發生器之間的海水輸送管道上還依次設有PID控制閥和水位控制閥；所述的PID控制閥與PID控制器相連，所述的水位控制閥與水位控制器相連；所述的蒸汽輸送管道設置在所述蒸汽發生器的頂端，並依次從第一冷凝換熱器的內部和第二冷凝換熱器的內部穿過，管道內部加設翅片，所述蒸汽輸送管道的末端與淡水儲存器連接；所述的排汙管道設置在所述蒸汽發生器的底端，並從所述排汙換熱器的內部穿過，所述排汙管道的末端為排汙口。所述的該海水淡化裝置的海水升溫為雙級升溫，分別通過冷凝換熱器和排汙換熱器進行。第一冷凝換熱器是利用的蒸汽輸送管道中的蒸汽潛熱實現新鮮海水第一級升溫；排汙換熱器是利用的蒸汽發生器排出的廢水的顯熱實現新鮮海水第二級升溫。即第一級是新鮮海水與冷凝換熱器換熱升溫，這一級換熱是海水吸收從蒸汽發生器中蒸發出來的水蒸氣的汽化潛熱；第二級是新鮮海水與排汙出的高濃度鹽水換熱，這一級新鮮海水吸收的是排汙水的顯熱熱量。所述的該海水淡化裝置的蒸汽冷凝為雙級冷凝，蒸汽在第一冷凝換熱器中被首先冷凝，為確保蒸汽全部冷凝成液態水，再通過第二冷凝換熱器，進而將製得的淡水儲存在淡水儲存器中。即，第一級冷凝時新鮮海水被加熱使得其溫度升高，該第一級主要是要求保證新鮮海水溫度的升高，第二級冷凝是通過大量的海水冷凝蒸汽，第二級是為了保證蒸發出的水蒸氣都能冷凝成液態水，即使得通過第一冷凝換熱器後尚未冷凝的水蒸汽強化冷凝，從而提聞廣水率。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的海水輸送管道上從起始一端依次設有過濾網、補給水泵、海水預處理器以及第一流量調節閥，第一流量調節閥另一端的海水輸送管道分別與第一·冷凝換熱器和第二冷凝換熱器相連。海水經過補給水泵升壓後進入海水預處理器進行初步處理，防止泥沙帶入蒸汽發生器。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的第一冷凝換熱器與第一流量調節閥之間的海水輸送管道上還設有第二流量調節閥。第二流量調節閥和第一流量調節閥用來分配海水進入第一冷凝換熱器、第二冷凝換熱器的水流量。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的排汙口前方的排汙管道上設有排汙控制閥。本裝置採用差量水位補給，蒸汽發生器蒸發水量為進入水位控制閥與排汙控制閥的水量差值。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的蒸汽發生器通過所述的排汙控制閥進行強制連續排汙，排汙量為進入蒸汽發生器新鮮海水量的5 15%，避免發生器中鹽分濃度升高，從而減緩和防止結垢現象。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的PID控制器還控制所述的煙氣加熱器的煙氣進入量，所述的煙氣為輪船發動機尾氣，其溫度高於200°C均可滿足傳熱要求。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的溫度感應器為PtlOO或者鎧裝T型熱電偶的溫度感應器，設在所述煙氣加熱器上。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的溫度感應器測得的溫度低於105°C時，所述的PID控制器通過PID控制閥減少海水進水量；當所述測得的溫度高於120°C時，通過所述的PID控制器，增加海水進水量或減少煙氣進入量。從而將蒸汽發生器中的沸騰狀態控制在核態沸騰狀態，避免過度沸騰影響換熱，或者溫度低於核態沸騰而引起蒸汽產出率低。即，當溫度小於105°C時，此時蒸汽發生器中屬於對流換熱，蒸汽產出量小，應減少海水的供入，當溫度達到105 115°C時，進入核態沸騰，此時蒸汽產生量較大，屬於穩定狀態。當溫度超過120°C時，蒸汽發生器內達到過度沸騰，出現沸騰危機，此時通過PID控制器,迅速加大進水量或減少煙氣通過量。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的收水器上設有波紋通道，通道寬度為2 10_。該收水器可以將蒸汽發生器爆沸帶出的海水水汽俘獲僅讓水蒸氣通過，從而提高蒸餾出水蒸氣的純度和品質。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的水位控制器位於所述的收水器下方，以及水面上方。該水位控制器可以通過水位控制閥控制海水進水量，避免蒸汽發生器中水位過高。上述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其中，所述的第二冷凝換熱器的海水流量為第一冷凝換熱器海水流量的3 10倍。本發明提供的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置具有以下優點:
本發明就是針對現有技術的缺點，採用的是連續強制排汙聯動法，即按照一定的進入海水比例強制連續排汙，避免發生器中鹽分濃度升高，從而減緩和防止結垢現象。同時針對蒸餾法能耗高的特點，利用的是發動機排放的尾氣廢熱作為熱源，目前船用柴油發動機尾氣的熱量約佔總能量的30%以上，其溫度為400°C左右 ，利用這部分能量製取淡水，具有良好的前景和效果。同時採用的是新鮮海水兩級升溫，即一級是新鮮海水與冷凝換熱器換熱升溫，這一級換熱是海水吸收從蒸汽發生器中蒸發出來的水蒸氣的汽化潛熱；第二級是與排汙出的高濃度鹽水換熱，這一級新鮮海水吸收的是排汙水的顯熱熱量。從而提高餘熱的利用率。


圖1為本發明的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步地說明。如圖1所示，本發明提供的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，包含蒸汽發生器1、第一冷凝換熱器2、第二冷凝換熱器3、排汙換熱器4、淡水儲存器5、輸送管道6以及PID控制器7。蒸汽發生器I為罐狀，其內部下方設有煙氣加熱器8，內部上方設有收水器9，其內還設有水位控制器10和溫度感應器11。輸送管道6包含海水輸送管道61、蒸汽輸送管道62以及排汙管道63。海水輸送管道61分別與第一冷凝換熱器2和第二冷凝換熱器3相連接，第一冷凝換熱器2的另一端通過海水輸送管道61依次與排汙換熱器4以及蒸汽發生器I相連接，第二冷凝換熱器3的另一端為海水排出管道611 ;排汙換熱器4新鮮海水的出口與蒸汽發生器I之間的海水輸送管道61上還依次設有PID控制閥13和水位控制閥14 ；PID控制閥13與PID控制器7相連，水位控制閥14與水位控制器10相連。海水輸送管道61上從起始一端依次設有過濾網15、補給水泵16、海水預處理器17以及第一流量調節閥18，第一流量調節閥18另一端的海水輸送管道61分別與第一冷凝換熱器2和第二冷凝換熱器3相連。海水經過補給水泵16升壓後進入海水預處理器17進行初步處理，防止泥沙帶入蒸汽發生器I。第一冷凝換熱器2與第一流量調節閥18之間的海水管道61上還設有第二流量調節閥19。第二流量調節閥19和第一流量調節閥18用來分配海水進入第一冷凝換熱器2、第二冷凝換熱器3的水流量。第二冷凝換熱器3的海水流量為第一冷凝換熱器2海水流量的3 10倍。蒸汽輸送管道62設置在蒸汽發生器I的頂端，並依次從第一冷凝換熱器2的內部和第二冷凝換熱器3的內部穿過，蒸汽輸送管道62內部加設翅片，蒸汽輸送管道62的末端與淡水儲存器5連接。排汙管道63設置在蒸汽發生器I的底端，並從排汙換熱器4的內部穿過，排汙管道63的末端為排汙口 631。排汙口 631前方的排汙管道63上設有排汙控制閥20。蒸汽發生器I通過排汙控制閥10進行強制連續排汙，排汙量為進入蒸汽發生器I新鮮海水量的5 15%，避免發生器中鹽分濃度升高，從而減緩和防止結垢現象。PID控制器7還控制煙氣加熱器8的煙氣進入量，煙氣為輪船發動機尾氣，其溫度高於200°C均可滿足傳熱要求。溫度感應器11與設在蒸汽發生器I外部的數據採集儀12相連，數據採集儀12向PID控制器7輸入數據。溫度感應器11為PtlOO或者鎧裝T型熱電偶的溫度感應器，設在煙氣加熱器8上。溫度感應器11測得的溫度低於105°C時，PID控制器7通過PID控制閥13減少海水進水量；當測得的溫度高於120°C時，通過PID控制器7，增加海水進水量或減少煙氣進入量。收水器9上設有波紋通道，通道寬度為2 10mm。該收水器9可以將蒸汽發生器I爆沸帶出的海水水汽俘獲僅讓水蒸氣通過，從而提高蒸餾出水蒸氣的純度和品質。水位控制器10位於收水器9下方，以及水面上方。該水位控制器10可以通過水位控制閥14控制海 水進水量，避免蒸汽發生器I中水位過高。本發明提供的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置的工作流程如下。蒸汽發生及換熱流程:新鮮海水由補給水泵16打入，進入第一冷凝換熱器2，與蒸汽發生器I產生的蒸汽換熱，隨之新鮮海水進入排汙換熱器4，與強制排出的汙廢水換熱，實現兩級換熱。經過兩級換熱使海水升溫之後進入蒸汽發生器I。新鮮海水在蒸汽發生器I中被輪機尾氣加熱至沸騰蒸發，蒸汽通過安裝在蒸汽發生器I上部的收水器9，該收水器9採用波紋通道，通道寬度2 10_，該收水器9可以將蒸汽發生器I爆沸帶出的海水水汽俘獲僅讓水蒸氣通過，從而提高蒸餾出水蒸氣的純度和品質；之後水蒸汽進入第一冷凝換熱器2冷凝並加熱新鮮海水，水蒸汽冷凝可能並不充分，所以將其再通入第二冷凝換熱器3，這一步驟僅僅是利用海水冷卻，為了確保蒸發出的水蒸氣都能冷凝成液態水，進入第二冷凝換熱器3的海水流量為第一冷凝換熱器2海水流量的3 10倍，通過第二流量調節閥19和第一流量調節閥20來分配。蒸汽發生器I中控制流程:在蒸汽發生器I中安裝有水位控制器10、ptl00或者鎧裝T型熱電偶的溫度感應器11，並通過水位控制閥14以及PID控制閥13控制進水量、煙氣進入量以及蒸汽發生器I中的沸騰狀態，使其溫度保證在105°C 115°C之間的核態沸騰狀態，避免過度沸騰或是溫度太低而蒸發較慢。當溫度小於105°C時，此時蒸汽發生器I中屬於對流換熱，蒸汽產出量小，應減少海水的供入，當溫度達到105°C 115°C時，進入核態沸騰，此時蒸汽產生量較大，屬於穩定狀態。當溫度超過120°C時，蒸汽發生器I內達到過度沸騰，出現沸騰危機，此時通過PID控制器7，迅速加大進水量或減少煙氣通過量。
排汙流程:安裝有排汙控制閥10，採用連續強制排汙法，排汙量設定為進水量的5 15%之間，避免蒸汽發生器I中鹽分濃度升高，從而減緩和防止結垢現象，並使之在排汙換熱器4中二級加熱海水，隨後排入大海。本發明提供的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，首先利用船用輪機產生的煙氣廢熱加熱海水使之沸騰，然後通過利用水蒸氣潛熱以及連續強制排汙的熱量兩級加熱新鮮海水從而提高新鮮海水進入蒸汽發生器I的溫度從而提高廢熱的有效利用。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。 因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，該海水淡化裝置包含蒸汽發生器(I)、第一冷凝換熱器(2)、第二冷凝換熱器(3)、排汙換熱器(4)、淡水儲存器(5)、輸送管道(6)以及PID控制器(7)； 所述的蒸汽發生器(I)為罐狀，內部下方設有煙氣加熱器(8)，內部上方設有收水器(9 )，其內部還設有水位控制器(10 )和溫度感應器(11);所述的溫度感應器(11)與設在蒸汽發生器(I)外部的數據採集儀(12 )相連；所述的數據採集儀(12 )向PID控制器(7 )輸入數據； 所述的輸送管道(6)包含海水輸送管道(61)、蒸汽輸送管道(62)以及排汙管道(63)； 所述的海水輸送管道(61)分別與第一冷凝換熱器(2)和第二冷凝換熱器(3)相連接，第一冷凝換熱器(2)的另一端通過海水輸送管道(61)依次與排汙換熱器(4)以及蒸汽發生器(I)相連接，第二冷凝換熱器(3)的另一端為海水排出管道(611)； 所述的排汙換熱器(4)新鮮海水的出口與蒸汽發生器(I)之間的海水輸送管道(61)上還依次設有PID控制閥(13)和水位控制閥(14);所述的PID控制閥(13)與PID控制器(7)相連，所述的水位控制閥(14)與水位控制器(10)相連； 所述的蒸汽輸送管道(62)設置在所述蒸汽發生器(I)的頂端，並依次從第一冷凝換熱器(2 )的內部和第二冷凝換熱器(3 )的內部穿過，所述蒸汽輸送管道(62 )內部設有翅片，所述蒸汽輸送管道(62)的末端與淡水儲存器(5)連接； 所述的排汙管道(63)設置在所述蒸汽發生器(I)的底端，並從所述排汙換熱器(4)的內部穿過，所述排汙管道(63)的末端為排汙口(631)。
2.如權利要求1所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的海水輸送管道(61)上從起始一端依`次設有過濾網(15)、補給水泵(16)、海水預處理器(17)以及第一流量調節閥(18)，第一流量調節閥(18)另一端的海水管道(61)分別與第一冷凝換熱器(2)和第二冷凝換熱器(3)相連。
3.如權利要求2所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的第一冷凝換熱器(I)與第一流量調節閥(2)之間的海水管道(61)上還設有第二流量調節閥(19)。
4.如權利要求1所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的排汙口(631)前方的排汙管道(63)上設有排汙控制閥(20)。
5.如權利要求4所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的蒸汽發生器(I)通過所述的排汙控制閥(20)進行強制連續排汙，排汙量為進入蒸汽發生器(I)新鮮海水量的5 15%。
6.如權利要求1所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的PID控制器(7)還控制所述的煙氣加熱器(8)的煙氣進入量，所述的煙氣為輪船發動機尾氣，其溫度高於200°C。
7.如權利要求1所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的溫度感應器(11)為PtlOO或者鎧裝T型熱電偶的溫度感應器，設在所述煙氣加熱器(8)上方。
8.如權利要求7所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的溫度感應器(11)測得的溫度低於105°C時，所述的PID控制器(7)通過PID控制閥(13)減少海水進水量；當所述測得的溫度高於120°C時，通過所述的PID控制器(7)，增加海水進水量或減少煙氣進入量。
9.如權利要求1所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的收水器(9)上設有波紋通道，通道寬度為2 10mm。
10.如權利要求1所述的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，其特徵在於，所述的第 二冷凝換熱器(3)的海水流量為第一冷凝換熱器(2)海水流量的3 10倍。
全文摘要
本發明公開了一種船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，該海水淡化裝置包含蒸汽發生器、第一冷凝換熱器、第二冷凝換熱器、排汙換熱器、淡水儲存器、輸送管道以及PID控制器。蒸汽發生器為罐狀，其內部下方設有煙氣加熱器，內部上方設有收水器，蒸汽發生器內還設有水位控制器和溫度感應器；溫度感應器與設在蒸汽發生器外部的數據採集儀相連，數據採集儀向PID控制器輸入數據；輸送管道包含海水管道、蒸汽管道以及排汙管道。本發明提供的船用輪機煙氣廢熱雙級回收海水淡化裝置，首先利用船用輪機產生的煙氣加熱海水使之沸騰，然後通過利用水蒸氣潛熱以及定量排汙的熱量兩級加熱新鮮海水從而提高新鮮海水進入蒸汽發生器的溫度，進而提高廢熱的有效利用。
文檔編號C02F1/16GK103145207SQ20131008617
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月19日 優先權日2013年3月19日
發明者趙惠忠, 李瑩瑩, 魏存, 張津 申請人:上海海事大學