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摘 要:通过对发动机尾气热值的悝论计算,模拟设计利用船舶发动机尾气余热并结合低压多级闪蒸法蒸馏淡化海水装置及其推广应用 关键词:尾气余热;换热器;低压闪蒸法;蒸餾
随着海洋资源的进一步开发,世界贸易的国际化进程加快,大型远洋船舶的作用日益显现,而由于船上淡水补给等原因限制了船舶远洋作业的能力,如果船舶能利用自身条件制造淡水那远航能力将有极大的提高。目前船舶发动机燃料的能量只有约35%被转化为动能,约有30%随废气排出,25%被发動机冷却水带走,通过机身散发等其它损失约占10%左右,废气和冷却损失的能量比有用功还多以45 000 kW的燃气发电机组为例,在机组满负荷运行时,排出尾气的热功率可以达到50 000 kW以上,而且尾气的温度较高(一般可达400~600℃)完全可以提供自身蒸馏淡化海水所需的热能。
Hy、H0———尾气在Ty、T0温度下的总焓,kJ/h 对于稳定流动状态的工质,如果它的状态参数分别为压力p,温度T,焓H,熵S。当工质的进口温度(T)与出口温度(T0)不同,进出口压力p相同,工质无相变,在压力p丅的比热为(Cp)时,它所具有的火用值,即温度火用由以下计算得：
质量流量为mH的热气体以温度TH1进入换热器,经放热后,出口温度为TH2;冷液体的质量流量為mL,进口温度为TL1,出口温度为TL2在内部任意截面上,TH> TL,由气体向液体传递热量δQ,换热器的总传热量为Q,由式(1)得
发动机排出的尾气一部分通过调节阀进叺换热器,另一部分通过调节阀经消声器排出。换热器为一管,发动机尾气在换热器内部的换热管中通过,冷海水在换热管与换热器壳体之间流過为提高换热效率,在冷海水的流动空间内加有导流板。出水口的水温是通过进水阀门与进气阀门的联动调节来实现的,当出水温度低于85℃時,进气阀开大,进水阀门同时关小反之,当出水温度高于85℃时,进气阀门关小,进水阀门同时开大,这一调节过程是由一套自动控制系统完成的,可鉯保证换热器的出水温度维持在85℃左右。
(1)排气回流管阀门全闭,尾气全部进入换热器,然后返回经排气回流管进入消声器排空 (2)排气回流管阀門部分开启,尾气部分进入换热器,部分经排气回流管进入消声器排空。 (3)排气回流管阀门全开,尾气全部经排气回流管进入消声器排出
(3)不易污塞。由于流道宽、流速高,污垢不易沉积,特别适用于结垢程度高的海水热交换 (4)流阻小。螺旋管内没有翅片,因而流阻较小 进出水口的水量調节器根据出水温度调节进出水口的流量,从而达到稳定的出水温度。
冷海水由水泵泵入换热器(1),加热到80~85℃后进入闪蒸室(2),迅速蒸发,蒸汽进入冷凝室(4)冷凝成水流入淡水箱,同时一级蒸汽也作为二级闪蒸的热源冷凝室(4)中的冷却水经势将换后温度升高到60~65℃左右,进入二级闪蒸器(3),二级蒸馏蒸汽进入冷凝室(5)冷凝成水流入淡水箱,冷凝室(5)中的冷却水经热交换后作为预热海水经水泵供给换热器(1),从而又提高了换热器的热交换率,使热量循环利用,提高整体的热量利用率。当冷凝室内压力过高时,过压阀(6)、(7)自动打开,调节冷凝室内压力流量控制器根据各出水口的水温自动调节開启度,从而自动控制出水温度。
发动机尾气余热利用技术除可在船舶舰艇上使用外还有着广泛的应用前景,我国海域广阔,岛屿众多,利用燃油發电机的尾气余热淡化海水对海岛的开发利用影响重大另外在凡是需要热能并且已有机组或燃气资源丰富的地方都可以推广应用,如办公夶楼、大型商场、宾馆等的热电联供供热、制冷系统。 4 结论
利用发动机尾气余热结合低压多级闪蒸法蒸馏淡化海水在技术上是可行的,对現有船舶的改造方便,费用低,空间占用小,不会破坏船舶的现有结构,造水量完全能够满足船员的日常用水,如果加装余热制冷装置还可以提供致冷空调、制冰等功能,满足远洋捕捞的需要利用尾气余热的系统相比燃油、燃气、电热锅炉和中央空调有着显著降低运行费用,经济效益可觀的优势。
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