本發(fā)明涉及船舶余熱淡化系統(tǒng)及淡化方法，屬于海水淡化領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

淡水資源的匱乏已成為目前所面臨的主要危機(jī)之一，尤其是在遠(yuǎn)洋船舶用水量消耗巨大和攜帶不便的諸多問題面前，人們對海水淡化越發(fā)地關(guān)心。船用淡水因受船舶自身、外界諸多因素的影響，不能攜帶大量生活淡水，且長期儲存的淡水也容易滋生細(xì)菌，不利于船員的身體健康，因此開發(fā)一種便于海水制淡的裝置是十分重要的?，F(xiàn)有的海水淡化方法根據(jù)原理和方法分類，主要分為蒸餾法、膜法、結(jié)晶法，其中蒸餾法和膜法是較為高效和常用的淡化方法，這些方法都伴隨一定的電能消耗，而船舶上的發(fā)電成本要高于陸地的發(fā)電成本，所以急需一種低電能消耗的、低運(yùn)行成本的淡化裝置。

現(xiàn)有的遠(yuǎn)洋船舶大多數(shù)已配備海水淡化裝置，以提供船用生活水，但這些裝置多存在設(shè)備龐大復(fù)雜、使用壽命短、維護(hù)不便、生產(chǎn)效率低、能耗高、工作環(huán)境要求高的缺點(diǎn)，并且這些淡化裝置無法直接提供90℃以上的高溫?zé)崴?/p>

目前船舶主機(jī)的熱效率只有35％～50％，還有50％以上的熱量以余熱的形式散失掉，雖然現(xiàn)在已對船舶主機(jī)余熱回收做了大量的研究和利用(如wartsila余熱回收技術(shù))，一定程度上提高了余熱利用效率，但仍有大量的熱量以煙氣和氣缸冷卻水的形式散失。

為避免上述海水淡化裝置的缺點(diǎn)并提高船舶主機(jī)的熱效率，有必要研發(fā)一種能夠較好的利用主機(jī)余熱來制備船用100℃以內(nèi)的高、低溫生活淡水的低電能消耗裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種船舶余熱淡化系統(tǒng)及淡化方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、制造簡單、高品質(zhì)、高效率、連續(xù)供應(yīng)的船用余熱蒸汽壓縮自循環(huán)式海水淡化系統(tǒng)及冷熱水制備裝置。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種船舶余熱淡化系統(tǒng)，包含熱回收蒸汽發(fā)生器、蒸汽壓縮機(jī)、有機(jī)工質(zhì)朗肯(orc)循環(huán)、熱水箱、冷水箱、熱水熱回收換熱器和排水熱回收換熱器；所述熱回收蒸汽發(fā)生器由密封板分為上下兩部分，下部分為煙氣熱回收腔，包含熱回收換熱管、煙氣入口、煙氣出口，煙氣入口設(shè)有第一閥門，煙氣出口設(shè)有煙氣凈化器和排放用第二閥門，冷卻介質(zhì)通入熱回收換熱管中換熱；上部分為蒸汽發(fā)生腔，包含噴淋管以及頂部排汽口和底部排水口；噴淋管通過第三閥門與熱回收換熱管出口相連；底部排水口一路通過第四閥門和排水泵與排水熱回收換熱器連通，一路經(jīng)第五閥門和供水泵與熱回收換熱管入口連通；頂部排汽口一路通過第六閥門與真空泵相連，另一路通過第七閥門與蒸汽壓縮機(jī)入口連通；所述蒸汽壓縮機(jī)出口與orc循環(huán)相連，orc循環(huán)分別通過第八閥門和第九閥門與熱水箱及熱水熱回收換熱器連接，熱水熱回收換熱器的出口與冷水箱連通。

作為優(yōu)選，所述orc循環(huán)包含冷凝器、工質(zhì)泵、蒸發(fā)器和膨脹機(jī)，蒸發(fā)器的一個出口與膨脹機(jī)入口連通，膨脹機(jī)出口與冷凝器入口連通，冷凝器出口經(jīng)工質(zhì)泵與蒸發(fā)器入口連通，膨脹機(jī)輸出軸與蒸汽壓縮機(jī)的驅(qū)動軸連接，蒸發(fā)器入口與蒸汽壓縮機(jī)出口連接，在蒸發(fā)器內(nèi)換熱后，蒸發(fā)器另一個出口與熱水箱及熱水熱回收換熱器連接。

作為優(yōu)選，所述冷卻介質(zhì)通過第十閥門、排水熱回收換熱器與供水泵入口相連；補(bǔ)給水管路經(jīng)orc循環(huán)的冷凝器、熱水熱回收換熱器和第十二閥門也與供水泵的入口連通。

作為優(yōu)選，所述所述冷卻介質(zhì)通過第十一閥門與供水泵入口相連。

作為優(yōu)選，所述熱水箱和冷水箱頂部分別設(shè)有不凝結(jié)氣放空閥和閥，底部設(shè)有熱水流量調(diào)節(jié)閥和冷水流量調(diào)節(jié)閥。

作為優(yōu)選，蒸汽壓縮機(jī)和orc循環(huán)蒸發(fā)器之間通過第十三閥門設(shè)置有補(bǔ)汽或放汽支路。

作為優(yōu)選，所述密封板通過連接法蘭連接，熱回收換熱管設(shè)有翅片。

一種上述的船舶余熱淡化系統(tǒng)的淡化方法，包括以下步驟：

步驟一：關(guān)閉第七閥門和第三閥門，打開第六閥門和真空泵對熱回收蒸汽發(fā)生器上部的蒸汽發(fā)生腔抽真空，直至滿足要求，然后關(guān)閉第六閥門和真空泵；

步驟二：打開第十一閥門和供水泵，以及煙氣入口第一閥門和出口第二閥門，使得柴油機(jī)冷卻水進(jìn)入熱回收蒸汽發(fā)生器的熱回收換熱管內(nèi)，回收管外由第一閥門所引入煙氣的余熱，然后打開第三閥門使升溫后的水通過噴淋管進(jìn)入真空狀態(tài)的、熱回收蒸汽發(fā)生器中的蒸汽發(fā)生腔，閃蒸產(chǎn)生蒸汽；被回收熱量后的低溫?zé)煔鈩t經(jīng)煙氣凈化器和第二閥門排放至大氣；

步驟三；待蒸汽發(fā)生腔內(nèi)溫度和壓力達(dá)到一定值時，打開orc循環(huán)的工質(zhì)泵，將有機(jī)工質(zhì)液體泵入蒸發(fā)器，通過第十三閥門引入船舶余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽，使得液體工質(zhì)回收蒸汽冷凝潛熱蒸發(fā)成高溫高壓蒸汽，然后經(jīng)膨脹機(jī)膨脹并輸出膨脹功，膨脹后的低溫、低壓工質(zhì)進(jìn)入冷凝器，被冷凝器管外的低溫補(bǔ)給水吸熱冷凝，隨后繼續(xù)下一個orc循環(huán)；與此同時打開第七閥門，使得蒸汽發(fā)生腔內(nèi)的蒸汽進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)，通過膨脹機(jī)輸出的膨脹功驅(qū)動蒸汽壓縮機(jī)壓縮蒸汽，壓縮后的高溫、高壓蒸汽則進(jìn)入orc循環(huán)的蒸發(fā)器；隨著壓縮蒸汽流量的增加，需逐漸減小經(jīng)第十三閥門所引入的余熱鍋爐蒸汽；

步驟四：高溫壓縮蒸汽及引入的余熱鍋爐蒸汽，經(jīng)orc循環(huán)的冷凝器釋放潛熱后形成的高溫水分兩路，一路需打開第八閥門，使高溫水進(jìn)入高溫水箱；另一路則需打開第九閥門使高溫水經(jīng)過熱水熱回收換熱器釋放熱量并降溫后進(jìn)入冷水箱；同時打開冷、熱水箱頂部的不凝結(jié)氣放空閥和閥；與此同時還需要打開第十二閥門使得經(jīng)orc循環(huán)冷凝器吸熱熱量升溫后的補(bǔ)給水，繼續(xù)進(jìn)入熱水熱回收換熱器，吸收高溫?zé)崴鋮s所釋放的熱量，然后再與柴油機(jī)冷卻水混合后進(jìn)入供水泵；

步驟五：通過噴淋管噴入蒸汽發(fā)生腔內(nèi)未蒸發(fā)的海水濃度會增加，并在腔內(nèi)積存，當(dāng)蒸汽發(fā)生腔內(nèi)液位達(dá)到一定高度后，打開第五閥門使部分海水通過供水泵繼續(xù)參與循環(huán)；為了有效控制腔內(nèi)海水濃度，還需打開第四閥門和排水泵，使部分高濃度海水進(jìn)入排水熱回收換熱器釋放熱量后排出，此時需打開第十閥門使柴油機(jī)冷卻水也進(jìn)入排水熱回收器，吸熱高濃度海水放出的熱量，隨后通過供水泵進(jìn)入系統(tǒng)參與循環(huán)；

步驟六：當(dāng)冷、熱水箱內(nèi)水量達(dá)到一定值后便可通過熱水流量調(diào)節(jié)閥和冷水流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)冷熱水流量，達(dá)到實(shí)際需求的用水溫度，以滿足船舶生活用水需求。

有益效果：本發(fā)明的船舶余熱淡化系統(tǒng)及淡化方法，柴油機(jī)排汽經(jīng)余熱鍋爐熱回收后所排放的煙氣溫度仍高于100℃，通過熱回收換熱器可回收這部分熱量，用于加熱60～70℃的柴油機(jī)冷卻水，升溫后可閃蒸得到低溫蒸汽，然后再有蒸汽壓縮機(jī)壓縮升溫升壓，為得到高溫水并同時解決蒸汽壓縮機(jī)驅(qū)動問題，引入orc循環(huán)回收蒸汽冷凝潛熱后通過膨脹機(jī)驅(qū)動蒸汽壓縮機(jī)，進(jìn)而保證了系統(tǒng)運(yùn)行的低能耗，同時由于柴油機(jī)冷卻水及煙氣余熱的回收，可進(jìn)一步提升柴油的一次能源利用效率；只要壓縮蒸汽壓力大于一個大氣壓，高溫水箱內(nèi)的冷凝水溫度就能達(dá)到100℃，同時可將部分高溫水冷卻至低溫水，通過高低溫水箱的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)100℃以內(nèi)的高、低溫淡水制備；此外，利用低溫補(bǔ)給水回收orc循環(huán)冷凝器釋放的熱量和部分高溫水變低溫水所釋放的熱量，隨后參與淡化系統(tǒng)循環(huán)，還可進(jìn)一步提高系統(tǒng)能源利用效率，避免過度引用柴油機(jī)冷卻水可能引發(fā)的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1—熱回收蒸汽發(fā)生器，1a—過濾網(wǎng)，1b—噴淋管，1c—密封板，1d—熱回收換熱管，1e—煙氣入口，1f—煙氣出口，2—蒸汽壓縮機(jī)，3—膨脹機(jī)，4—蒸發(fā)器，5—冷凝器，6—熱水熱回收換熱器，7—排水熱回收換熱器，8—排水泵，9—供水泵，10—工質(zhì)泵，11—冷水箱，12—熱水箱，13—真空泵，14—第六閥門，15—第一閥門，16—第二閥門，17—第十閥門，18—第十一閥門，19—第三閥門，20—第七閥門，21—第十三閥門，22—第八閥門，23—第九閥門，24、25—不凝結(jié)氣放空閥，26—第四閥門，27—第十二閥門，28—第五閥門，29—熱水流量調(diào)節(jié)閥，30—冷水流量調(diào)節(jié)閥，31—螺栓，32—煙氣凈化器。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種船舶余熱淡化系統(tǒng)，包含熱回收蒸汽發(fā)生器1，蒸汽壓縮機(jī)2，有機(jī)工質(zhì)朗肯(orc)循環(huán)，熱水箱12，冷水箱11、熱水熱回收換熱器6，排水熱回收換熱器7；所述熱回收蒸汽發(fā)生器1由密封板1c分為上下兩部分，通過連接法蘭和螺栓31連接，下部分為煙氣熱回收腔，包含帶翅膀的熱回收換熱管1d、煙氣入口1e、煙氣出口1f，煙氣入口設(shè)有第一閥門15，煙氣出口設(shè)有煙氣凈化器32和排放用第二閥門16；上部分為蒸汽發(fā)生腔，包含噴淋管1b、過濾網(wǎng)1a，以及頂部排汽口和底部排水口；噴淋管1b通過第三閥門19與換熱管1d出口相連；底部排水口一路通過第四閥門26和排水泵8與排水熱回收換熱器7連通，一路經(jīng)第五閥門28和供水泵9與換熱管1d入口連通；頂部排汽口一路通過第六閥門14與真空泵13相連，另一路通過第七閥門20與蒸汽壓縮機(jī)2入口連通；所述蒸汽壓縮機(jī)2出口與orc循環(huán)入口相連，所述orc循環(huán)出口分別通過第八閥門22與熱水箱12連通和第九閥門23及熱水熱回收換熱器6與冷水箱11連通。

在本發(fā)明中，orc循環(huán)由冷凝器5、工質(zhì)泵10、蒸發(fā)器4和膨脹機(jī)3組成，所述蒸發(fā)器4出口與膨脹機(jī)3入口連通，所述膨脹機(jī)3出口與冷凝器5入口連通，所述冷凝器5出口經(jīng)工質(zhì)泵10與蒸發(fā)器4入口連通，所述膨脹機(jī)3輸出軸與蒸汽壓縮機(jī)2的驅(qū)動軸連接，蒸發(fā)器4入口與蒸汽壓縮機(jī)出口連接，在蒸發(fā)器4內(nèi)換熱后，蒸發(fā)器4另一個出口與熱水箱6及熱水熱回收換熱器11連接。

在本發(fā)明中，熱回收用船舶柴油機(jī)冷卻水管路分別通過第十閥門17、排水熱回收換熱器7，和第十一閥門18與供水泵9入口相連；補(bǔ)給水管路經(jīng)orc循環(huán)的冷凝器5、熱水熱回收換熱器6和第十二閥門27也與供水泵9的入口連通。所述熱水箱12和冷水箱11頂部分別設(shè)有不凝結(jié)氣放空閥24和閥25，底部分別設(shè)有熱水流量調(diào)節(jié)閥29和冷水流量調(diào)節(jié)閥30。所述蒸汽壓縮機(jī)2和orc循環(huán)蒸發(fā)器4之間通過第十三閥門21設(shè)置有補(bǔ)汽或放汽支路。

在本發(fā)明中，通過連接法蘭和密封板1c的設(shè)置，可對熱回收蒸汽發(fā)生器1進(jìn)行拆卸，進(jìn)而清洗密封板1c、蒸汽發(fā)生腔內(nèi)壁、熱回收換熱管及翅片1d和熱回收腔內(nèi)壁所形成的水垢和煙氣積灰，保證系統(tǒng)的熱回收效率并延長其使用壽命。

一種船舶余熱淡化系統(tǒng)的淡化方法，包括以下步驟：

步驟一：關(guān)閉第七閥門20和第三閥門19，打開第六閥門14和真空泵13對熱回收蒸汽發(fā)生器1上部的蒸汽發(fā)生腔抽真空，直至真空度基本不發(fā)生變化，然后關(guān)閉第六閥門14和真空泵13；

步驟二：打開第十一閥門18和供水泵9，以及煙氣入口第一閥門15和出口第二閥門16，使得柴油機(jī)冷卻水進(jìn)入熱回收蒸汽發(fā)生器1的換熱管1d內(nèi)，回收管外由第一閥門15所引入煙氣的余熱，然后打開第三閥門19使升溫后的水通過噴淋管1b進(jìn)入真空狀態(tài)的、熱回收蒸汽發(fā)生器1中的蒸汽發(fā)生腔，閃蒸產(chǎn)生蒸汽；被回收熱量后的低溫?zé)煔鈩t經(jīng)煙氣凈化器32和第二閥門16排放至大氣；

步驟三；待蒸汽發(fā)生腔內(nèi)溫度和壓力達(dá)到一定值時，打開orc循環(huán)的工質(zhì)泵10，將有機(jī)工質(zhì)液體泵入蒸發(fā)器4，通過第十三閥門21引入船舶余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽，使得液體工質(zhì)回收蒸汽冷凝潛熱蒸發(fā)成高溫高壓蒸汽，然后經(jīng)膨脹機(jī)3膨脹并輸出膨脹功，膨脹后的低溫、低壓工質(zhì)進(jìn)入冷凝器5，被冷凝器管外的低溫補(bǔ)給水吸熱冷凝，隨后繼續(xù)下一個orc循環(huán)；與此同時打開第七閥門20，使得蒸汽發(fā)生腔內(nèi)的蒸汽進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)2，通過膨脹機(jī)3輸出的膨脹功驅(qū)動蒸汽壓縮機(jī)2壓縮蒸汽，壓縮后的高溫、高壓蒸汽則進(jìn)入orc循環(huán)的蒸發(fā)器4；隨著壓縮蒸汽流量的增加，需逐漸減小經(jīng)第十三閥門21所引入的余熱鍋爐蒸汽；

步驟四：高溫壓縮蒸汽及引入的余熱鍋爐蒸汽，經(jīng)orc循環(huán)的冷凝器4釋放潛熱后形成的高溫水分兩路，一路需打開第八閥門22，使高溫水進(jìn)入高溫水箱；另一路則需打開第九閥門23使高溫水經(jīng)過熱水熱回收換熱器5釋放熱量并降溫后進(jìn)入冷水箱；同時打開冷、熱水箱頂部的不凝結(jié)氣放空閥25和閥24；與此同時還需要打開第十二閥門27使得經(jīng)orc循環(huán)冷凝器吸熱熱量升溫后的補(bǔ)給水，繼續(xù)進(jìn)入熱水熱回收換熱器5，吸收高溫?zé)崴鋮s所釋放的熱量，然后再與柴油機(jī)冷卻水混合后進(jìn)入供水泵9；

步驟五：通過噴淋管1b噴入蒸汽發(fā)生腔內(nèi)未蒸發(fā)的海水濃度會增加，并在腔內(nèi)積存，當(dāng)蒸汽發(fā)生腔內(nèi)液位達(dá)到一定高度后，打開第五閥門28使部分海水通過供水泵9繼續(xù)參與循環(huán)；為了有效控制腔內(nèi)海水濃度，還需打開第四閥門26和排水泵8，使部分高濃度海水進(jìn)入排水熱回收換熱器7釋放熱量后排出，此時需打開第十閥門17使柴油機(jī)冷卻水也進(jìn)入排水熱回收器，吸熱高濃度海水放出的熱量，隨后通過供水泵9進(jìn)入系統(tǒng)參與循環(huán)；

步驟六：當(dāng)冷、熱水箱內(nèi)水量達(dá)到一定值后便可通過熱水流量調(diào)節(jié)閥29和冷水流量調(diào)節(jié)閥30調(diào)節(jié)冷熱水流量，達(dá)到實(shí)際需求的用水溫度，以滿足船舶生活用水需求；只要壓縮蒸汽壓力大于1個大氣壓，冷凝后進(jìn)入高溫水箱內(nèi)的水的溫度就能高達(dá)100℃，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)100℃以下的冷熱水制備。

本發(fā)明的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時，通過蒸汽壓縮機(jī)2和orc循環(huán)蒸發(fā)器之間支路上的第十三閥門21，可引入余熱鍋爐的高溫蒸汽，也可排出部分壓縮機(jī)2出來的壓縮蒸汽，以此實(shí)現(xiàn)膨脹機(jī)輸出功與蒸汽壓縮機(jī)驅(qū)動功的匹配；具體為：當(dāng)壓縮蒸汽冷凝釋放的熱量經(jīng)orc循環(huán)回收后所輸出的功大于蒸汽壓縮機(jī)的驅(qū)動功時，可通過第十三閥門21排出一定的壓縮蒸汽；當(dāng)壓縮蒸汽冷凝釋放的熱量經(jīng)orc循環(huán)回收后所輸出的功小于蒸汽壓縮機(jī)的驅(qū)動功時，需通過第十三閥門21引入部分余熱鍋爐所產(chǎn)生的高溫蒸汽；

本發(fā)明的系統(tǒng)及裝置通過上述流程的重復(fù)，不斷實(shí)現(xiàn)海水的淡化，解決了船用淡水制取麻煩的問題，回收主機(jī)的冷卻水熱量和煙氣熱量，極大的提高了船舶余熱的利用效率。通過orc循環(huán)有效回收蒸汽冷凝潛熱滿足蒸汽壓縮機(jī)驅(qū)動功的需求，極大的減小了系統(tǒng)運(yùn)行能耗。該系統(tǒng)及裝置設(shè)計簡單，便于使用，效率高、產(chǎn)量高，還可以引用到生活中其他余熱、廢熱，污水淡化方面。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。