一种热膜耦合船用供能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种热膜耦合船用供能系统，涉及海水淡化与节能减排领域。该系统的反渗透海水淡化供给组件包括海水预处理装置、热回收装置和反渗透装置；降膜蒸发海水淡化组件包括水轮机、压缩机和热法淡化装置、以及复用于反渗透海水淡化供给组件的反渗透装置；水轮机的输入端通过管道与反渗透装置的盐水输出端连通，水轮机的输出端通过管道与热法淡化装置的盐水输入端连通，水轮机与压缩机连接；压缩机与热法淡化装置形成蒸汽循环通路。本实用新型专利技术能够将反渗透膜法造水功能和热法造水功能进行耦合，进而利用反渗透膜法造水时的盐水余压能耦合热法实现蒸发造水，以此显著降低能耗和成本，非常适于推广。

A thermal film coupled marine energy supply system

The utility model discloses a thermal membrane coupling energy supply system for ships, which relates to the field of seawater desalination, energy saving and emission reduction. The reverse osmosis seawater desalination supply component of the system includes seawater pretreatment device, heat recovery device and reverse osmosis device, and the falling film evaporative seawater desalination component includes water turbine, compressor and thermal desalination device, and reverse osmosis installation reused in reverse osmosis desalination supply components. The brine output end of the reverse osmosis device is connected. The output end of the turbine is connected to the brine input end of the heat process desalination device through the pipe. The turbine is connected with the compressor, and the compressor and the thermal desalination device form a steam circulation path. The utility model can combine the water making function of the reverse osmosis membrane method and the heat making water making function, and then use the saline residual pressure energy of the reverse osmosis membrane method to realize the evaporation and water making, which can significantly reduce the energy consumption and cost, and is very suitable for popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种热膜耦合船用供能系统
本技术涉及海水淡化与节能减排领域，具体涉及一种热膜耦合船用供能系统。
技术介绍
与能源一样，水是人类生产、生活的基本需求之一，每人每天最少要保证25升的生活用水(5升的饮用淡水+20升的洗涤用水)，而在炎热地区，需求量更大，最低生活用水为10升/天。船舶作为独立的个体，远离陆地航行，船员、设备需要消耗大量淡水，对于100人编制的海上船舶，每天需生活用水至少3吨，而设备用水(船舶设备工作所需的水，例如锅炉补充水等)更多；对于大型蒸汽动力船舶而言，锅炉补充水量约为动力系统蒸汽耗量的1％。由此可知，船舶在航行时的淡水需求非常大，因此单靠船舶自身携带的淡水是远远不够的。为了保证船舶的淡水需求和续航能力，大中型船舶都配备有海水淡化装备，用于提供生活用水和设备用水。由于生活用水和设备用水对水质的要求程度不同，为节约不同用水需求下的淡水成本，因此上述船舶海水淡化设备通常包括用于将海水淡化为生活用水的反渗透法造水装置(例如反渗透船用造水机)、以及用于将海水淡化为设备用水的热法海水淡化装置。但是，反渗透法造水装置和热法海水淡化装置存在以下缺陷：(1)反渗透法造水装置和热法海水淡化装置两者的体积，会占用船舶较大的空间，压缩了原本就紧张的船舶空间，进而为船舶操作人员造成了诸多不便；与此同时，反渗透法造水装置和热法海水淡化装置存在相同的设备(例如两者都有排水泵和海水预处理装置)，重复的设备增加了能耗和成本，不利于建设绿色船舶概念。(2)反渗透法造水装置工作时，反渗透装置将通过海水预处理装置后的海水分离为浓盐水和生活用水。但反渗透装置的产水量受进水温度影响较大(尤其是冬季)，通常在膜的允许使用温度范围内，水温每增加1℃，水的透过速度约增加2％～3％，在冬季，通常需要耗费大量的能量对海水进行预热以保证反渗透膜的造水量；与此同时，反渗透装置工作过程中70％的高压海水能量通过浓盐水直接损失。(3)热法海水淡化装置工作时，通过热源对淡化系统中海水进行加热蒸发淡化。然而，为了节约安装空间，船舶上的热法海水淡化装置难以像陆地上一样设置有多级多效淡化系统，一般只设置有1级淡化系统，但1级淡化系统加热海水时的热效率较低，因此船舶上热法海水淡化装置的热源成本成为了造水的主要成本，甚至高达近百元/吨。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本技术解决的技术问题为：如何将反渗透膜法造水功能和热法造水功能进行耦合，本技术能够利用反渗透膜法造水时的盐水余压能耦合热法实现蒸发造水，以此显著降低能耗和成本，非常适于推广。为达到以上目的，本技术提供的热膜耦合船用供能系统，包括反渗透海水淡化供给组件和降膜蒸发海水淡化组件；反渗透海水淡化供给组件包括海水预处理装置、热回收装置和反渗透装置；海水预处理装置的输出端通过管道与热回收装置的输入端连通，热回收装置的输出端通过管道与反渗透装置的输入端连通，反渗透装置包括盐水输出端和生活用水输出端；降膜蒸发海水淡化组件包括水轮机、压缩机、热法淡化装置、以及复用于反渗透海水淡化供给组件的反渗透装置；水轮机的输入端通过管道与反渗透装置的盐水输出端连通，水轮机的输出端通过管道与热法淡化装置的盐水输入端连通，热法淡化装置的盐水输出端与1根贯穿热回收装置的管道连通，水轮机与压缩机连接；压缩机的蒸汽输入端通过管道与热法淡化装置的热法蒸汽输出端连通，压缩机的蒸汽输出端通过管道与热法淡化装置的热法蒸汽输入端连通；热法蒸汽输出端和热法蒸汽输入端，通过位于热法淡化装置内部的换热管连通。在上述技术方案的基础上，所述热回收装置与反渗透装置之间的管道上安装有增压泵。在上述技术方案的基础上，所述反渗透装置的生活用水输出端连通有生活用水管道。在上述技术方案的基础上，所述热法淡化装置还包括设备用水输出端，设备用水输出端设置有设备用水管道，设备用水管道的输出端即为设备用水出口。在上述技术方案的基础上，所述水轮机与压缩机连接的方式为：水轮机通过连杆驱动压缩机。与现有技术相比，本技术的优点在于：(1)本技术能够对反渗透海水淡化供给组件和降膜蒸发海水淡化组件进行了充分和深度耦合，具体为：以反渗透装置中排出的浓盐水压力能为耦合点，降膜蒸发海水淡化组件的水轮机能够对回收浓盐水的能量(与现有技术中回收率约为40％的压力能回收装置相比，水轮机效率高达90％以上)；水轮机回收能量后驱动压缩机，压缩机将热法淡化装置内盐水产生的蒸汽压缩产生新的蒸汽，新蒸汽在与盐水热交换后冷凝为设备用水，解决了热法淡化过程中能耗大成本高的瓶颈，热法淡化装置无需独立设置热源、冷凝器及冷却水循环设备，对冷凝热实现彻底回收，将热法海水淡化造水能耗成本降低10倍以上。因此，本技术可成数量级降低了热法制水成本，同时还实现了对海水的二次浓缩，提高了海水浓缩率。(2)本技术的热法淡化装置内未蒸发的高温盐水能够经过热回收装置排出，进而能够与热回收装置中的进料海水发生热交换，提高了进料海水的温度，以此提高了反渗透装置的出水量，反渗透装置的膜法淡化不再受季节的限制；经测试，与现有技术中的反渗透法造水装置相比，同等输入功情况下，特别在冬季可使膜法造水量提高10％-20％，即膜法造水成本降低约15％。参见(1)和(2)可知，本技术能够解决膜法在进水温度低产水量小和热法冷凝热损失导致淡化成本高的瓶颈问题，并实现对海水的梯级浓缩；根据不同淡化技术特点膜法产水可用于船舶生活用水、热法产水可用于船舶动力设备用水，而且反渗透海水淡化供给组件和降膜蒸发海水淡化组件高度集成，在使用时能够相互提供运行动力，不需要额外的电力输入，显著降低了海水淡化的能耗和运行成本。(3)本技术的反渗透海水淡化供给组件和降膜蒸发海水淡化组件复用一套海水预处理装置，进而显著减小了整个耦合船用供能系统的体积和工作所需的人力成本，使其能够满足船舶的空间要求，利于建设绿色船舶概念。附图说明图1为本技术实施例中的热膜耦合船用供能系统的结构示意图。图中：1-海水预处理装置，2-热回收装置，3-增压泵，4-反渗透装置，5-水轮机，6-压缩机，7-热法淡化装置，7a-热法蒸汽输入端，7b-热法蒸汽输出端。具体实施方式以下结合附图及实施例对本技术作进一步详细说明。参见图1所示，本技术实施例中的热膜耦合船用供能系统，包括反渗透海水淡化供给组件和降膜蒸发海水淡化组件。反渗透海水淡化供给组件包括海水预处理装置1、热回收装置2(实际中可以为一般的换热器)和反渗透装置4；海水预处理装置1的输入端即为海水进口，海水预处理装置1的输出端通过管道与热回收装置2的输入端连通，热回收装置2的输出端通过管道与反渗透装置4的输入端连通，热回收装置2与反渗透装置4之间的管道上安装有增压泵3，反渗透装置4包括盐水输出端和生活用水输出端，生活用水输出端连通有生活用水管道，生活用水管道的输出端即为生活用水出口。参见图1所示，降膜蒸发海水淡化组件包括水轮机5、压缩机6、热法淡化装置7、以及复用于反渗透海水淡化供给组件的反渗透装置4。水轮机5的输入端通过管道与反渗透装置4的盐水输出端连通，水轮机5的输出端通过管道与热法淡化装置7的盐水输入端连通，盐水在热法淡化装置7顶部喷淋到换热管上；热法淡化装置7的盐水输出端通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热膜耦合船用供能系统，包括反渗透海水淡化供给组件和降膜蒸发海水淡化组件；其特征在于：反渗透海水淡化供给组件包括海水预处理装置(1)、热回收装置(2)和反渗透装置(4)；海水预处理装置(1)的输出端通过管道与热回收装置(2)的输入端连通，热回收装置(2)的输出端通过管道与反渗透装置(4)的输入端连通，反渗透装置(4)包括盐水输出端和生活用水输出端；降膜蒸发海水淡化组件包括水轮机(5)、压缩机(6)、热法淡化装置(7)、以及复用于反渗透海水淡化供给组件的反渗透装置(4)；水轮机(5)的输入端通过管道与反渗透装置(4)的盐水输出端连通，水轮机(5)的输出端通过管道与热法淡化装置(7)的盐水输入端连通，热法淡化装置(7)的盐水输出端与1根贯穿热回收装置(2)的管道连通，水轮机(5)与压缩机(6)连接；压缩机(6)的蒸汽输入端通过管道与热法淡化装置(7)的热法蒸汽输出端(7b)连通，压缩机(6)的蒸汽输出端通过管道与热法淡化装置(7)的热法蒸汽输入端(7a)连通；热法蒸汽输出端(7b)和热法蒸汽输入端(7a)，通过位于热法淡化装置(7)内部的换热管连通。

【技术特征摘要】
1.一种热膜耦合船用供能系统，包括反渗透海水淡化供给组件和降膜蒸发海水淡化组件；其特征在于：反渗透海水淡化供给组件包括海水预处理装置(1)、热回收装置(2)和反渗透装置(4)；海水预处理装置(1)的输出端通过管道与热回收装置(2)的输入端连通，热回收装置(2)的输出端通过管道与反渗透装置(4)的输入端连通，反渗透装置(4)包括盐水输出端和生活用水输出端；降膜蒸发海水淡化组件包括水轮机(5)、压缩机(6)、热法淡化装置(7)、以及复用于反渗透海水淡化供给组件的反渗透装置(4)；水轮机(5)的输入端通过管道与反渗透装置(4)的盐水输出端连通，水轮机(5)的输出端通过管道与热法淡化装置(7)的盐水输入端连通，热法淡化装置(7)的盐水输出端与1根贯穿热回收装置(2)的管道连通，水轮机(5)与压缩机(6)连接；压缩机(6)的蒸汽输入端通过管道与热法淡化装置(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：章先涛，闻心怡，彭晓钧，陈刚，孙海军，蔡如桦，程萍，乔磊，胡锦文，刘婷，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：新型
国别省市：湖北,42