大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)節(jié)能技術(shù)，具體涉及一種將有機(jī)朗肯循環(huán)與單效蒸餾海水淡化技術(shù)相結(jié)合，對(duì)大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱進(jìn)行回收的系統(tǒng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于大型柴油機(jī)而言，其往往只利用了輸入能量的不到50%，剩下的能量都被尾氣，缸套冷卻水和增壓空氣等帶走，造成了能源的巨大浪費(fèi)。目前對(duì)于尾氣能量的回收利用有很多研究，而事實(shí)上增壓空氣帶走的能量也非常大，幾乎是尾氣所帶走的余熱能的一半。有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)是一種回收低溫?zé)嵩茨芰康挠行Х绞?，如果能用ORC系統(tǒng)把這部分低溫?zé)嵩吹挠酂崮芑厥掌饋?，將?huì)顯著提高柴油機(jī)的效率。此外，研究表明要使ORC系統(tǒng)的效果最佳，并不需要熱源的全部余熱。
[0003]船舶遠(yuǎn)洋航行中其人員設(shè)備都需要大量的淡水，如果單靠船舶自身所攜帶的淡水是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足船舶的淡水需要的，而且淡水貯存在水柜的過程中容易受到細(xì)菌的感染，影響水質(zhì)。因此，大中型遠(yuǎn)洋船舶都配有海水淡化裝置。目前的海水淡化方法主要有:蒸餾法，反滲透法，電析法等等。其中蒸餾法由于采用真空蒸餾，蒸發(fā)溫度往往只有50攝氏度左右，因此可用柴油機(jī)的低溫余熱源作為其加熱源，而不需要消耗額外的能量。
[0004]針對(duì)上述情況，如果能合理分配增壓空氣的余熱能，不但可以使ORC系統(tǒng)的輸出功達(dá)到最大，還可以驅(qū)動(dòng)蒸餾式海水淡化裝置，滿足船舶的淡水需求，大大提高了柴油機(jī)的能源利用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的是能提高大中型遠(yuǎn)洋船舶中柴油余熱的利用率，產(chǎn)生電能并滿足船舶淡水需求。為了解決上述問題，本發(fā)明供了一種大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)，將有機(jī)朗肯循環(huán)與單效蒸餾式海水淡化技術(shù)相結(jié)合，利用增壓空氣的余熱能同時(shí)驅(qū)動(dòng)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生電能和單效蒸餾海水淡化裝置產(chǎn)生淡水，不但可以充分利用了增壓空氣的余熱，提高了柴油機(jī)的效率，還能滿足船舶的淡水需求。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)，由ORC發(fā)電回路、增壓空氣循環(huán)回路和海水淡化裝置組成；
[0007]其中ORC發(fā)電回路由冷凝器、循環(huán)栗、回?zé)崞饕簯B(tài)工質(zhì)側(cè)、預(yù)熱器工質(zhì)側(cè)、蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)、膨脹機(jī)和回?zé)崞鞣ζ麄?cè)依次連接組成；
[0008]增壓空氣循環(huán)回路由蒸發(fā)器空氣側(cè)、預(yù)熱器空氣側(cè)、加熱器空氣側(cè)、冷卻器空氣偵叭柴油機(jī)依次連接構(gòu)成；
[0009]海水淡化裝置由預(yù)熱器、加熱器的氣側(cè)、噴管、濾網(wǎng)、冷凝器、水噴射器、預(yù)熱器的濃鹽水側(cè)、淡水柜、濃鹽水排放管、蒸發(fā)室組成，其中加熱器的氣側(cè)、噴管、濾網(wǎng)、冷凝器依次位于蒸發(fā)室內(nèi)；預(yù)熱器與加熱器的氣側(cè)相連，濾網(wǎng)與冷凝器相連，加熱器中產(chǎn)生的蒸汽上升通過濾網(wǎng)后在冷凝器中凝結(jié)成淡水，淡水在冷凝器中通過淡水管與淡水柜相通；冷凝器的入口通入海水，冷凝器出口分兩路，一路通向舷外，一路通過預(yù)熱器海水側(cè)與蒸發(fā)室內(nèi)的噴管連接；水噴射器位于蒸發(fā)室頂部，蒸發(fā)室下部連接著濃鹽水排放管，濃鹽水排放管一側(cè)與預(yù)熱器的濃鹽水側(cè)相連。
[0010]上述大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)，其中ORC發(fā)電回路為有機(jī)朗肯循環(huán)，所述的ORC發(fā)電回路和海水淡化裝置的熱源均為增壓空氣。
[0011]此外，上述大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)中，所述增壓空氣依次通過了蒸發(fā)器，預(yù)熱器，和加熱器，熱量被梯級(jí)利用。
[0012]在ORC發(fā)電回路中，從冷凝器出來的液態(tài)工質(zhì)被循環(huán)栗加壓后，先進(jìn)入回?zé)崞鞅慌蛎洐C(jī)后的工質(zhì)乏汽初步加熱，然后進(jìn)入預(yù)熱器被增壓空氣加熱到飽和液態(tài)，再進(jìn)入蒸發(fā)器中被增壓空氣加熱成飽和蒸汽，繼而進(jìn)入膨脹機(jī)中膨脹做功，使膨脹機(jī)帶動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生電能，膨脹后的乏汽進(jìn)入回?zé)崞鞒醪筋A(yù)熱液態(tài)工質(zhì)后，進(jìn)入冷凝器被冷凝成液態(tài)。由于要使此ORC系統(tǒng)的輸出功達(dá)到最大，并不需要全部增壓空氣的余熱，因此當(dāng)增壓空氣從預(yù)熱器出來后，仍具有較高的溫度，于是將其繼續(xù)通入單效蒸餾式海水淡化裝置的加熱器中加熱海水。
[0013]在海水淡化裝置中，已知流量的海水經(jīng)過冷凝器，在其中作為冷源來冷凝海水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽，海水吸收蒸汽冷凝放出熱量，溫度升高。經(jīng)過預(yù)熱的海水一部分先經(jīng)過預(yù)熱器被海水蒸發(fā)后所剩的濃鹽水進(jìn)一步預(yù)熱，然后進(jìn)入加熱器中被增壓空氣加熱蒸發(fā)，另外一部分作為冷卻水排出舷外；蒸發(fā)室內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽在海水淡化裝置內(nèi)上升，經(jīng)過濾網(wǎng)分離出所攜帶的水珠，到達(dá)冷凝器中冷凝成淡水，然后進(jìn)入淡水柜中備用；蒸發(fā)室內(nèi)未蒸發(fā)的海水濃度升高成為濃海水，經(jīng)過預(yù)熱器與入料海水換熱后排出舷外.蒸發(fā)室中的不凝氣體，由水噴射器吸收，以保持蒸發(fā)室內(nèi)的蒸發(fā)壓力。
[0014]對(duì)于增壓空氣，其依次通過蒸發(fā)器，預(yù)熱器，加熱器后，溫度還沒有降到柴油機(jī)進(jìn)口所需的溫度，所以最后通過冷卻器冷卻后再最終進(jìn)入柴油機(jī)，構(gòu)成增壓空氣的回路。
[0015]需要注意的是，柴油機(jī)功率越大本系統(tǒng)效果越明顯，因此本發(fā)明適合于大型柴油機(jī)。
[0016]本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是，梯級(jí)利用了增壓空氣的余熱，充分發(fā)揮這部分余熱的作用，不但用其產(chǎn)生電能，還用其滿足船舶的淡水需求，進(jìn)而提高了船舶柴油機(jī)的能量利用率。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中:
[0019]1.冷凝器2.栗3.預(yù)熱器 4.蒸發(fā)器
[0020]5.膨脹機(jī)6.回?zé)崞?.加熱器 8.噴管
[0021]9.濾網(wǎng)10.冷凝器11.水噴射器 12.預(yù)熱器
[0022]13.冷卻器14.柴油機(jī)15.淡水柜 16.濃鹽水排放管
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理與系統(tǒng)做進(jìn)一步的說明。需要說明的是本實(shí)施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]大型船用柴油機(jī)余熱雙效回收系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征是:冷凝器1，循環(huán)栗2，回?zé)崞?液態(tài)工質(zhì)側(cè)，預(yù)熱器3工質(zhì)側(cè)，蒸發(fā)器4工質(zhì)側(cè)，膨脹機(jī)5，和回?zé)崞?乏汽側(cè)依次連接組成ORC發(fā)電回路。蒸發(fā)器4空氣側(cè)，預(yù)熱器3空氣側(cè)，加熱器7空氣側(cè)，冷卻器13空氣側(cè)依次連接構(gòu)成增壓空氣循環(huán)回路在柴油機(jī)外的部分。對(duì)于海水淡化裝置，從預(yù)熱器3出來的增壓空氣直接通過加熱器7的氣側(cè)與海水進(jìn)行換熱，產(chǎn)生的蒸汽上升通過濾網(wǎng)9后在冷凝器10中凝結(jié)成淡水；淡水管連接著冷凝器10，將冷凝淡水引出到淡水柜15中。蒸發(fā)室上部連接著水噴射器11，由水噴射器11維持蒸發(fā)室內(nèi)的真空度；蒸發(fā)室下部連接著濃鹽水排放管16，并通過了預(yù)熱器12的濃鹽水側(cè)，最后排向舷外。冷凝器10入口通海水，出口分兩路，一路通向舷外，一路通過預(yù)熱器12海水側(cè)后，與蒸發(fā)室內(nèi)的噴管8連接。
[0025]本發(fā)明的工作過程為:柴油機(jī)增壓空氣先直接依次進(jìn)入蒸發(fā)器4和預(yù)熱器3，把工質(zhì)加熱成高溫高壓的氣體進(jìn)入膨脹機(jī)5做功，膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從預(yù)熱器3出來的增壓空氣仍具有部分能量，將其通入加熱器7中加熱海水，使海水蒸發(fā)變成蒸汽。蒸汽在蒸發(fā)室內(nèi)上升通過濾網(wǎng)9濾去水珠后到達(dá)冷凝器10，在這里被冷凝成淡水后流出，進(jìn)入淡水柜15中；蒸發(fā)后的濃鹽水從蒸發(fā)室底部濃鹽水排放管16被排走，通過預(yù)熱器12預(yù)熱，排出舷外。冷凝器10內(nèi)的海水冷凝淡水后，溫度升高，一部分排出舷外，一部分通過預(yù)熱器12海水側(cè)進(jìn)入蒸發(fā)室內(nèi)的噴管8，噴向蒸發(fā)室內(nèi)受熱蒸發(fā)。蒸發(fā)室上部連有水噴射器11，以維持蒸發(fā)室內(nèi)的真空度。
[0026]以上對(duì)發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)，其特征在于由ORC發(fā)電回路、增壓空氣循環(huán)回路和海水淡化裝置組成； 其中ORC發(fā)電回路由冷凝器、循環(huán)栗、回?zé)崞饕簯B(tài)工質(zhì)側(cè)、預(yù)熱器工質(zhì)側(cè)、蒸發(fā)器工質(zhì)偵叭膨脹機(jī)和回?zé)崞鞣ζ麄?cè)依次連接組成； 增壓空氣循環(huán)回路由蒸發(fā)器空氣側(cè)、預(yù)熱器空氣側(cè)、加熱器空氣側(cè)、冷卻器空氣側(cè)、柴油機(jī)依次連接構(gòu)成； 海水淡化裝置由預(yù)熱器、加熱器的氣側(cè)、噴管、濾網(wǎng)、冷凝器、水噴射器、預(yù)熱器的濃鹽水側(cè)、淡水柜、濃鹽水排放管、蒸發(fā)室組成，其中加熱器的氣側(cè)、噴管、濾網(wǎng)、冷凝器依次位于蒸發(fā)室內(nèi)；預(yù)熱器與加熱器的氣側(cè)相連，濾網(wǎng)與冷凝器相連，加熱器中產(chǎn)生的蒸汽上升通過濾網(wǎng)后在冷凝器中凝結(jié)成淡水，淡水在冷凝器中通過淡水管與淡水柜相通；冷凝器的入口通入海水，冷凝器出口分兩路，一路通向舷外，一路通過預(yù)熱器海水側(cè)與蒸發(fā)室內(nèi)的噴管連接；水噴射器位于蒸發(fā)室頂部，蒸發(fā)室下部連接著濃鹽水排放管，濃鹽水排放管一側(cè)與預(yù)熱器的濃鹽水側(cè)相連。2.按照權(quán)利要求1所述的大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)，其特征在于所述ORC發(fā)電回路為有機(jī)朗肯循環(huán)，所述ORC發(fā)電回路和海水淡化裝置的熱源均為增壓空氣。3.按照權(quán)利要求1或2所述的大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)，其特征在于所述增壓空氣依次通過了蒸發(fā)器，預(yù)熱器，和加熱器，熱量被梯級(jí)利用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型船用柴油機(jī)增壓空氣余熱雙效回收系統(tǒng)，其技術(shù)方案為：由ORC發(fā)電回路、增壓空氣循環(huán)回路和海水淡化裝置組成。預(yù)熱器后的增壓空氣通過加熱器加熱蒸發(fā)海水形成蒸汽，蒸汽上升通過濾網(wǎng)后在冷凝器中凝結(jié)成淡水，引出到淡水柜中。蒸發(fā)室內(nèi)的真空度由水噴射器維持；蒸發(fā)室下部連接濃鹽水排放管，通過預(yù)熱器后排向舷外。冷凝器中的冷凝海水一部分作為入料海水，一部分作為排放冷卻水。本發(fā)明梯級(jí)利用增壓空氣余熱，在產(chǎn)生電能的同時(shí)，也生產(chǎn)出船舶日常所需的淡水，使船舶的燃油經(jīng)濟(jì)性得到了很大的提高。
【IPC分類】F01K23/08
【公開號(hào)】CN105545392
【申請?zhí)枴緾N201410593531
【發(fā)明人】潘明章, 衛(wèi)海橋, 王軒
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2014年10月29日