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利用发动机尾气余热结合低压多效闪蒸法蒸馏淡化海水点击：2002 日期：[ 2014-04-26 21:35:43 ] |
| 利用发动机尾气余热结合低压多效闪蒸法蒸馏淡化海水 蔡庆安 (河海大学机电工程学院,江苏 南京 213022) 摘 要:通过对发动机尾气热值的理论计算,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;蒸馏 中图分类号:TE09 文献标识码:A 文章编号:1002-6339 (2007) 03-0250-03 0 引言 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%被发动机冷却水带走,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。 利用发动机尾气余热结合低压多效闪蒸法蒸馏淡化海水在大中型船舶上有广泛的应用前景和深远的意义。 1·计算方法 1.1 尾气能量计算 发动机排烟口处尾气具有的热能为 Qy= VyCyTy= BVnhy= Hy(kJ/h) 换热器排气口处尾气具有的热能为 Q0= V0C0T0= BV0h0= H0(kJ/h) 经过换热器交换的热量为 Q = Qy- Q0= VyCyTy- V0C0T0= Hy-H0(kJ/h) (1) 式中 Vy———尾气量,m3/h; Ty———尾气温度,℃; T0———排放温度,℃; Cy———尾气平均定压比热容,Cy=1.34+0.000 163Ty kJ/(m3·℃); B———发动机燃料消耗量,kg/h; Vn———单位燃料产生的尾气量,m3/kg; hy———在Ty温度下尾气的单位焓,kJ/m3; h0———在T0温度下尾气的单位焓,kJ/m3; 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下的比热为(Cp)时,它所具有的火用值,即温度火用由以下计算得： 当T>T0时,由于温度的不平衡所具有的可用能即为其温度火用,当其定压比热容Cp近似地视为常数时, 1.2 换热器中的传热计算 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;冷液体的质量流量为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 当不计换热器内的流动阻力时,进出口焓、火用的变化可以只计算温度火用的变化。则: 1.3 有效交换热量计算 Qη= exT-Ic= Qη-Ic(3) 1.4 造水量计算 换热器制造热水水量计算: 2·模型设计及工作模拟 2.1 尾气采集过程 发动机排出的尾气一部分通过调节阀进入换热器,另一部分通过调节阀经消声器排出。换热器为一管式换热器,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过。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℃时,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,可以保证换热器的出水温度维持在85℃左右。 此种尾气采集装置主要由管式换热器、尾气通道、消声器、风门、自动温控系统组成。发动机尾气经气道风门调节后有以下三种工况: (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)排气回流管阀门部分开启,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。 风门的开启度,由自动控制系统根据循环水温的高低自动调节,以保持水温在80~85℃之间。 2.2 管式换热器 2.3 管式换热器工作特点: (1)传热强度高。在传热管与壳体之间加装了导流板,加速了热量的交换。 (2)结构紧凑。由于传热管成密集形排列,使结构紧凑轻巧,制造安装简便。 (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。 进出水口的水量调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。 2.4 低压多效闪蒸法蒸馏 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开启度,从而自动控制出水温度。 3 推广应用 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,利用燃油发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,如办公大楼、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,对现有船舶的改造方便,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,经济效益可观的优势。 参考文献 〔1〕范作民,傅巽权.热力过程计算与燃气表〔M〕.北京:国防工业出版社,1987.11. 〔2〕蔡兆麟.能源与动力装置基础〔M〕.北京:中国电力出版社,2004.6. 〔3〕汤学忠.热能转换与利用(第二版)〔M〕.北京:冶金工业出版社,2002.3. 〔4〕焦树建.燃气-蒸汽联合循环〔M〕.北京:机械工业出版社,2000.2. 〔5〕古大田,方子风.废热锅炉〔M〕.北京:化学工业出版社,2002.9. 〔6〕徐业鹏.能量转换与新能源〔M〕.北京:冶金工业出版社,1990.9. 〔7〕童钧耕,卢万成.热工基础〔M〕.上海:上海交通大学出版社,2001.1. |
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