一种换热器及船舶废气余热的海水淡化装置

1.本发明属于换热器领域，特别提供在船舶使用条件下，以烟气为淡化热源的海水淡化装置


背景技术：

2.换热器被广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业，由于世界性的能源危机，为了降低能耗，工业生产中对换热器的需求量也越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。近几十年来，虽然紧凑式换热器(板式、板翅式、压焊板式换热器等)、热管式换热器、直接接触式换热器等得到了迅速的发展，但由于管壳式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性，其仍占据产量和用量的统治地位，据相关统计，目前工业装置中管壳式换热器的用量仍占全部换热器用量的70％左右。
3.目前海水淡化技术主要有热法和膜法两类，其中热法以多效蒸馏法(mee)与多级闪蒸法(msf)为代表，膜法以ro反渗透法为代表；多效蒸馏法通过对于蒸汽热量的反复利用，使得整体的热量利用率较高，但由于多效蒸发器的存在因此装置体积庞大，常在沿海的陆地上建设，生产淡水；多级闪蒸法通过先加热海水，再把海水通入到压强逐级减小的蒸馏罐里，利用水的沸点随压强的降低而降低的特点进行逐级蒸馏，由于加热与蒸馏分开进行，有效减少了海水结垢，但由于需要负压装置使得其能耗较高，同时体积也较为庞大；ro反渗透法是通过半透膜对水分子的半透性，对海水加压，利用压差原理使水分子透过半透膜，完成水与盐的分离，反渗透法淡化效率高且工作稳定因而被大范围推广，但由于利用的是高品位的电能，对于船舶这种能源携带有限的使用场景来讲，能源的使用成本较高。
4.船舶的主机使用的是柴油机，燃油在柴油机内燃烧产生的热量仅仅有45％～50％转化为机械能，燃烧所释放的能量约有50％作为废热散失，其中废气约带走25％～30％的热量，大量余热直接排放到空气中,不仅会造成能源浪费,还会造成环境污染。
5.由于船舶主机排出的烟气中有大量低品位热能未被利用，同时以热法为海水淡化原理的装置中需要直接的热源来提供淡化能量，因此以船舶废气作为淡化热源的想法应运而生，同时结合多效蒸馏法与多级闪蒸法的优势与特点，设计出本装置。
6.在海水淡化装置中，换热器作为非常常见的一种装置普遍采用。但是目前的换热器在海水淡化应用中，存在排出苦水效能不高的问题。因此本技术对换热器进行了改进，使其适合海水淡化的应用。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于利用船舶排放烟气中的余热，为基于多效蒸馏法的海水淡化装置提供热源，在船舶上高效节能的生产淡水。
8.本发明技术方案如下：所述换热器包括壳体以及设置在壳体内的热管和分隔板，分隔板将热管分隔为位于上部的热端和位于下部的冷端，其特征在于，烟气进入分隔板下方，海水喷淋到分隔板上方，分隔板为沿着烟气流动方向向下倾斜布置，分隔板上表面雕刻
苦水的排出的纹路，苦水排水口位于靠近倾斜板下端、分隔板上方的壳体上。
9.作为优选，分隔板有两层且由不锈钢制成，两板之间由隔热材料填充。
10.作为优选，换热器壳体为方形，四周导有圆角，由单层双相不锈钢制成，外部涂刷复合硅酸盐保温涂料；上端密封盖可以拆卸。
11.一种基于船舶废气余热的海水淡化装置，其特征在于，所述装置包括一效蒸馏器、二效蒸馏器、管壳式换热器和淡水仓，所述一效蒸馏器连接二效蒸馏器，二效蒸馏器连接管壳式换热器，所述淡水仓设置在二效蒸馏器和管壳式换热器的下部，所述一效蒸馏器内设置一效热管和一效分隔板，一效分隔板将一效热管分隔为位于上部的热端和位于下部的冷端，所述二效蒸馏器内设置二效热管和二效分隔板，二效分隔板将二效热管分隔为位于上部的热端和位于下部的冷端，所述烟气通入第一效蒸馏器的冷端，烟气热量通过高温热管的冷端传递到上方热端，对喷淋下来的冷海水进行蒸馏，一效蒸馏器蒸馏出的水蒸气导入二效蒸馏器的冷端，一方面水蒸气遇冷液化成淡水流入下方淡水仓，另一方面水蒸气的液化潜热通过二效热管传递到二效热管上方热端，对二效蒸馏器的喷淋海水进行蒸馏，二效蒸馏器蒸馏出来的水蒸气通入管壳式换热器，在管壳式换热器中与冷海水换热，水蒸气在预热海水的同时液化成淡水流入下方淡水仓。
12.作为优选，一效分隔板和二效分隔板有两层且由不锈钢制成，两板之间由隔热材料填充。
13.作为优选，二效蒸馏器的二效热管冷端中设置蒸汽导流板；蒸汽导流板呈现为波纹状穿插于热管之间。
14.作为优选，管壳式换热器竖直布置于淡水仓之上，壳体内通入海水，管体内吸入二效蒸馏器中蒸馏出的水蒸气，水蒸气在管体内液化，流入下方淡水仓，与此同时壳体内海水被预热，预热后的海水通过喷淋装置进入一效和二效蒸馏器中。
15.作为优选，还包括喷淋管路，所述喷淋管路的入口连接管壳式换热器的海水出口，喷淋管路的出口连接一效和二效蒸馏器。
16.作为优选，还包括除垢剂储存罐，除垢剂储存罐位于一效蒸馏器(1)与二效蒸馏器(2)的上方，内部存储有除垢剂，并与喷淋装置相连。
17.作为优选，包括文丘里射流器，其安装在一效蒸馏器的喷淋管路上，抽气端连接淡水仓。
18.作为优选，包括捕沫网，安装在一效蒸馏器热端与二效蒸馏器冷端之间的管路上，以及二效蒸馏器热端与管壳式换热器的连接管路上。
19.作为优选，包括烟气过滤器，其设置在烟气进入一效蒸馏器的进口前段。
20.作为优选，包括均温装置，所述均温装置设置在烟气进入一效蒸馏器的管路上。
21.本发明的有益效果为：
22.1、本发明提供的换热器内的分隔板通过倾斜的布置使得下方烟气具有变径加速的特点，烟气流动更加顺畅；同时结合上表面雕刻的纹路使得苦水的排出更加顺畅。
23.2、本发明提供的融合多效蒸馏以及多级闪蒸法思路的二效减压蒸馏装置，在第一效吸收烟气的热量对海水进行蒸馏，蒸馏出的水蒸气导入二效蒸馏器，水蒸气一方面释放液化潜热给热管，一方面液化成淡水；而二效蒸馏器中蒸馏出的水蒸气又与管壳式换热器换热，同样在液化成淡水的同时，将液化潜热释放给未处理的海水，起到预热的作用；因此
此装置一方面利用了废烟气的热能作为淡化的热源，提高了内燃机能量的利用效率，另一方面对于传导到水蒸汽的热量进行了充分的利用，通过液化放热蒸发吸热的互补关系，极大地提高了热能的利用效率。
24.3、本发明提供的文丘里管射流器在海水喷淋管路的使用，使得借助流动的海水即可实现装置内的负压要求，满足了二效蒸馏器内负压蒸馏的要求，避免了大功率真空泵的使用，减少了能量的消耗；同时抽出来的空气又会使得喷淋管路内的压强增大，一效蒸馏器内喷淋器的流速更大，海水雾化效果也更好。
25.4、本发明提供的化学除垢剂为聚天冬氨酸，这是一种环境友好型阻垢剂，通过螯合溶解和晶格畸变，使得无机盐易于脱离物体表面，其阻垢能力强、无毒无害并且能在环境中自动降解，不会对环境产生污染。
26.5、本发明提供了一种新的均温装置，通过在在烟气管内设置引流板，使得烟气一部分沿着引流板流动引导至相反的方向，与相反方向进入的烟气充分混合，从而实现烟气的温度均匀，以实现进一步换热需要，提高产品使用寿命。
附图说明
27.图1为本发明的装置原理简图
28.图2为本发明的三维模型轴测图
29.图3是本发明烟气管设置引流板的轴向切面图；
30.图4是本发明烟气管设置引流板的尺寸示意图。
31.图5是每层设置1块引流板的立体示意图。
32.图6是每层设置3块引流板的立体示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行补充说明。
34.一种基于船舶废气余热的海水淡化装置，如图1所示，所述装置包括一效蒸馏器1、二效蒸馏器2、管壳式换热器3和淡水仓4，所述一效蒸馏器1连接二效蒸馏器2，二效蒸馏器2连接管壳式换热器3，所述淡水仓4设置在二效蒸馏器2和管壳式换热器3的下部，所述一效蒸馏器1内设置一效热管11和一效分隔板13，一效分隔板13将一效热管11分隔为位于上部的热端和位于下部的冷端，所述二效蒸馏器2内设置二效热管21和二效分隔板，二效分隔板将二效热管分隔为位于上部的热端和位于下部的冷端，所述烟气通入第一效蒸馏器1的冷端，烟气热量通过高温热管11的冷端传递到上方热端，对喷淋下来的冷海水进行蒸馏，一效蒸馏器1蒸馏出的水蒸气导入二效蒸馏器2的冷端，一方面水蒸气遇冷液化成淡水流入下方淡水仓4，另一方面水蒸气的液化潜热通过二效热管21传递到二效热管21上方热端，对二效蒸馏器2的喷淋海水进行蒸馏，二效蒸馏器2蒸馏出来的水蒸气进入管壳式换热器3，在管壳式换热器3中与冷海水换热，水蒸气在预热海水的同时液化成淡水流入下方淡水仓4。
35.本发明提供的融合多效蒸馏以及多级闪蒸法思路的二效减压蒸馏装置，在第一效吸收烟气的热量对海水进行蒸馏，蒸馏出的水蒸气导入二效蒸馏器，水蒸气一方面释放液化潜热给热管，一方面液化成淡水；而二效蒸馏器中蒸馏出的水蒸气又与管壳式换热器换
热，同样在液化成淡水的同时，将液化潜热释放给未处理的海水，起到预热的作用；因此此装置一方面利用了废烟气的热能作为淡化的热源，提高了内燃机能量的利用效率，另一方面对于传导到水蒸汽的热量进行了充分的利用，通过液化放热蒸发吸热的互补关系，极大地提高了热能的利用效率。
36.作为优选，一效分隔板13和二效分隔板有两层且由不锈钢制成，两板之间由隔热材料14填充。隔热材料的材质优选为陶瓷棉。作为优选，分隔板上表面刻有波纹状纹路，以便导流海水淡化后的苦水。
37.作为优选，一效分隔板13和二效分隔板为倾斜布置。本发明提供的蒸馏器内的分隔板通过倾斜的布置使得下方烟气具有变径加速的特点，烟气流动更加顺畅；同时结合上表面雕刻的纹路使得苦水的排出更加顺畅。
38.作为优选，一效蒸馏器内设置烟气换热翅片12，用于强化传热。
39.作为优选，二效蒸馏器的二效热管冷端中设置蒸汽导流板22；蒸汽导流板22呈现为波纹状穿插于热管之间。蒸汽导流板22优选是由聚苯醚材料制成。同构设置波纹状蒸汽导流板，引导蒸汽流动，提高蒸汽的冷凝和换热。
40.作为优选，管壳式换热器3竖直布置于淡水仓4之上，壳体内通入海水，管体内吸入二效蒸馏器中蒸馏出的水蒸气，水蒸气在管体内液化，流入下方淡水仓，与此同时壳体内海水被预热，预热后的海水通过喷淋装置进入一效和二效蒸馏器中。
41.作为优选，还包括喷淋管路，所述喷淋管路的入口连接管壳式换热器的海水出口，喷淋管路的出口连接一效和二效蒸馏器。通过管壳式换热器加热的海水进入喷淋管路，充分利用了蒸汽的余热，提高了海水的淡化效率。
42.作为优选，还包括除垢剂储存罐5，除垢剂储存罐位于一效蒸馏器1与二效蒸馏器2的上方，内部存储有除垢剂，并与喷淋装置相连。优选内部存储有聚天冬氨酸除垢剂，并与下方喷淋装置相连，在需要大范围除垢时喷淋聚天冬氨酸除垢剂。本发明提供的化学除垢剂为聚天冬氨酸，这是一种环境友好型阻垢剂，通过螯合溶解和晶格畸变，使得无机盐易于脱离物体表面，其阻垢能力强、无毒无害并且能在环境中自动降解，不会对环境产生污染。
43.作为优选，包括文丘里射流器7，其安装在一效蒸馏器的喷淋管路上，抽气端连接淡水仓。当海水流动时，通过文丘里效应，一方面为淡水仓抽负压，另一方面增大喷淋压力，使得一效喷淋更加高效。
44.本发明提供的文丘里管射流器在海水喷淋管路的使用，使得借助流动的海水即可实现装置内的负压要求，满足了二效蒸馏器内负压蒸馏的要求，避免了大功率真空泵的使用，减少了能量的消耗；同时抽出来的空气又会使得喷淋管路内的压强增大，一效蒸馏器内喷淋器的流速更大，海水雾化效果也更好。
45.文丘里管抽气端连接淡水仓，当海水流经文丘里管时由于文丘里效应淡水仓的部分空气抽入管内，由文丘里管射入一效蒸馏器中，使得淡水仓处于负压状态；由于淡水仓、管壳式换热器与二效蒸馏器蒸发端通过管路相互连通，因而导致二效蒸馏器的蒸发段也处于负压状态，同时能将蒸馏出的水蒸气抽入管壳式换热器内，因此既满足蒸馏装置的负压要求，又能将水蒸气顺利导出进行冷凝。
46.作为优选，包括捕沫网，安装在一效蒸馏器热端与二效蒸馏器冷端之间的管路上，以及二效蒸馏器热端与管壳式换热器的连接管路上。优选是由聚丙烯构成的网状结构，用
于气液分离
47.作为优选，包括烟气过滤器，其设置在烟气进入一效蒸馏器的进口前段。优选由304不锈钢纤维烧结毡和编制网构成的不锈钢折叠滤芯。
48.作为优选，如图1所示，一效蒸馏器的海水入口管设置第一阀门。工作时，首先由海水进出口的阀门控制进行一效蒸馏器内喷淋补水，当控制器检测的一效蒸馏器内的海水高度达到一定时，停止喷淋；当控制器检测的一效蒸馏器内蒸发后的苦水达到一定浓度时，一效蒸馏器苦水排水阀门打开，苦水排出，待废弃苦水排尽后，苦水出口处阀门关闭，再次进行补水和喷淋。
49.作为优选，如图2所示，二效蒸馏器的海水入口管设置第二阀门。工作时，首先由海水进出口的阀门控制进行二效蒸馏器内喷淋补水，当控制器检测的二效蒸馏器内的海水高度达到一定时，停止喷淋；当控制器检测的二效蒸馏器内蒸发后的苦水达到一定浓度时，二效蒸馏器苦水排水阀门打开，苦水排出，待废弃苦水排尽后，苦水出口处阀门关闭，再次进行补水和喷淋。
50.通过设置自动控制排水和喷淋，能够实现海水最大程度上转化为淡水，实现最大的利用效果，减少结垢。
51.所述喷淋头7是雾化喷头。
52.作为优选，一效蒸馏器和/或二效蒸馏器内设置苦水浓度检测装置，用于检测苦水的浓度，控制器根据检测的苦水浓度自动控制排海水。如果测量的苦水浓度超过一定数值，则控制器控制蒸馏器下部的苦水出口打开，苦水经由苦水出口排出。
53.作为优选，一效蒸馏器和/或二效蒸馏器内内设置水位检测装置，用于检测一效蒸馏器和/或二效蒸馏器内的水位高度。当水位低于一定数据时，则控制器控制第一阀门和/或第二阀门开度增加，增加进入的喷淋水数量。
54.作为优选，当水位高度超过一定数据时，例如水位高度过高，则控制器控制第一阀门和/或第二阀门开度降低或者关闭，减少进入的喷淋水数量或者停止进入喷淋水。
55.作为优选，喷淋头7是环形的圆管结构，圆管上分布多个喷头。
56.通过上述喷淋结构及其设置，能够实现智能化操作，同时提高了海水淡化的效率。
57.作为优选，包括均温装置，所述均温装置设置在烟气进入一效蒸馏器的管路上。
58.作为一个改进，均温装置如图3所示，所述烟气管道内设置从烟气管道内壁51向烟气管道中心延伸的引流板52，所述引流板52包括从内壁延伸的第一直线壁521和第二直线壁522，其中第一直线壁521与内壁形成的锐角小于第二直线壁522与内壁形成的锐角，第一直线壁521和第二弯曲522壁朝向烟气流动方向延伸，第一壁直线521和第二直线壁522的交点523位于第一直线壁521与内壁51连接处的下游，同时位于第二直线壁522与内壁连接处的下游。引流板52的形状是第一直线壁521和第二直线壁522以及内壁沿着烟气管道轴线旋转形成的形状。
59.烟气在传输过程中因为不同位置保温不同以及对流原因，会导致分层出现温差，尤其对于多口输入烟气，利用烟气余热情况下，导致蒸馏器内换热不均匀，影响产品的换热以及寿命。本发明提供了通过在在烟气管道内设置引流板，使得烟气一部分沿着引流板流动引导至相反的方向，与相反方向进入的烟气充分混合，从而实现烟气的温度均匀，以实现进一步换热需要，提高产品使用寿命。而且通过设置第二直线壁，而且第二直线壁的倾斜度
小，使得从对面方向导流过来的烟气也能沿着第二直线壁方向向上方向运动，增加缓冲，减少流动阻力。
60.本发明引流板分别设置第一直线壁和第二直线壁，通过设置两个直线壁，使得烟气的扰动效果更好，而且使得引流板接触内壁的面积增加，增加了稳定性。
61.作为优选，交点523位置处第一直线壁521与烟气管道的轴线形成30-60
°
的夹角，优选夹角是45
°
。通过设置这一夹角，使得流体能够快速引导到对面的下游位置，而且还能进一步减少流动阻力。
62.作为优选，如图3所示，沿着烟气的流动方向，烟气管道内壁设置多层引流板52，相邻层的引流板错列分布。通过相邻排的引流板的错列分布，使得烟气能够在烟气管道内充分的互相运动到相反位置，保证充分混合均匀。例如图3、5展示的每层引流板设置一块，这一块的总弧度是150-180
°
。当然每层引流板可以设置多块，例如图5的每层设置三块的总弧度是150－180
°
。
63.作为优选，交点与烟气管道内壁的距离为烟气管道直径的0.3-0.5倍，优选0.4倍。通过这一设置使得空气在充分混合基础上较少流动阻力。
64.作为优选，第一直线壁的长度大于第二直线壁的长度。
65.作为优选，同一层的引流板与内壁连接的圆弧的总弧度是150－180
°
。通过这一参数设置保证在满足阻力要求的充分混合。例如图2展示的每层引流板设置一块，这一块的总弧度是150-180
°
。当然每层引流板可以设置多块，例如设置两块的总弧度是150－180
°
，或者设置四块，四块的总弧度是150－180
°
。
66.作为优选，a层引流板设置多块，a引流板之间设置间隔，a引流板等间隔设置，b层是a层的相邻排，从流动方向观察，b层引流板设置在a层的间隔位置处。通过相邻层的引流板位置互补，能够使得烟气能够在烟气管道内充分的互相运动到相反位置，保证充分混合均匀。需要说明的，此处a层b层不是不是具体明确指定那一层，a、b仅仅是作为一个区别，将其作为相邻层进行区别。
67.作为优选，沿着烟气的流动方向，烟气管道内壁设置多个引流板，沿着烟气的流动方向，引流板的分布密度越来越小。因为随着烟气的不断运动，烟气的混合程度越来越好，因此需要设置分布密度越来越小，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。
68.作为优选，沿着烟气的流动方向，沿着烟气的流动方向，引流板的分布密度越来越小的幅度不断增加。上述效果是通过大量数值模拟以及实验研究的结果，通过研究发现，该规律符合烟气运动的规律，在阻力进一步减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。
69.作为优选，沿着烟气的流动方向，烟气管道内壁设置多个引流板，沿着烟气的流动方向，引流板的尺寸越来越小。因为随着烟气的不断运动，烟气的混合程度越来越好，因此需要设置尺寸越来越小，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。
70.作为优选，沿着烟气的流动方向，烟气管道内壁设置多个引流板，沿着烟气的流动方向，引流板的尺寸越来越小的幅度不断增加。上述效果是通过大量数值模拟以及实验研究的结果，通过研究发现，该规律符合烟气运动的规律，在阻力进一步减小以及材料成本节
省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。
71.通过大量的数值模拟和实验研究发现，引流板的角度以及尺寸对于换热以及混合均匀具有很大的影响，引流板与内壁夹角偏小，会导致混合效果变差，而且导致引流板尺寸过大，影响流动阻力，夹角偏大，导致搅动流体效果不好，阻力变大，混合效果变差，引流板的间距过大，会导致扰流效果不好，间距过小会导致增加运动阻力，因此本技术通过大量的数据模拟和实验得到了最近的引流板结构尺寸优化关系。
72.作为优选，第一直线壁的长度l2，第二直线壁的长度l1，第一线与内壁的锐角是a2，第二线与内部的锐角是a1，沿着烟气的流动方向上相邻引流板结构的间距s，即相邻引流板在内壁的中心点之间的距离，中心点就是第一直线壁、第二直线壁与内壁的连接点连线的中点，满足如下要求：
73.n＝a-b*ln(m)，其中n＝(l1+l2)/s，m＝sin(a2)/sin(a1)；ln是对数函数，
74.0.3125《a《0.3130，0.1268《b《0.1272；
75.作为优选，0.25《m《0.75,0.34《n《0.44,45《a1《75
°
，15《a2《65
°
,350《s《500mm，70《l2《130mm，30《l1《90mm。
76.由上述各式可以进行引流板结构的最优的设计要求。上述的结构优化公式是本发明的一个主要改进点，是通过大量的数值模拟和实验研究的出来的最有的优化公式，并不是本领域的公知常识。
77.进一步优选，a＝0.3128，b＝0.1270。
78.在数据模拟以及实验中发现，引流板之间的间距必须大于一定距离，否则会导致流体通过上一个引流板引导到对面方向，但是如果引流板之间的间距过小，会导致烟气在对面流动，还没充分充满整个管道，此时设置引流板，起不到混合效果，引流板仅仅起到是一个折流板作用，没有引导混合的作用，只能增加流动阻力。因此本技术通过大量的研究，提出了一个引流板最小间距的设计方案，对于此种引流板的设计具有一定的指导意义。
79.交点523在内壁上的垂点，交点与垂点形成的线是第三线，第一直线壁与内壁的连接点与垂点的距离为h，烟气管道的内管径为r，距离s采用如下方式设计：
80.s1》＝a*h+b*((h)2+r2)
(1/2)
；
81.其中2.5《a《3.5,1.552《c《1.560，
82.作为优选，a＝3.2,c＝1.557；
83.本发明通过大量的实验以及数值模拟，得到了引流板最小的设计距离，通过上述设计距离使得阻力降低，同时能够此充分混合。
84.如图2所示，二效蒸馏器2与管壳式换热器3并排叠在淡水仓4之上，一效蒸馏器1排放在其侧，管壳式换热器3上方的管路分为两路分别引入蒸馏室内，与蒸馏室内的雾化喷淋器相连，并在一效的喷淋管路上加装文丘里射流器，抽气端与淡水仓相连，海水经过过滤后，由离心泵泵入管壳式换热器3的壳体部分，再经由上述管路喷淋到蒸馏室内。烟气由主机排气管路旁路引出，过滤后通过鼓风机吹入一效蒸馏器1下部，再由另一端排出。一效蒸馏器1蒸发出来的水蒸气通过玻璃钢管路通入二效蒸馏器2下部冷端，在此段管路接近一效蒸馏器处加装捕沫网，以除去蒸汽中混杂的雾化海水；同样在二效蒸馏器2与管壳式换热器3连接的管路上也设有相同的结构，作用相同。在两个蒸馏器分隔板倾斜方向的底端连接管
路并最终汇成一路以用于排放苦水。
85.所述装置工作时，pid控制系统6控制烟气的流通量以及海水的喷淋量；当烟气通入第一效蒸馏器1的热端时，烟气热量通过高温热管11传递到上方热端，对喷淋下来的冷海水进行蒸馏，一效蒸馏出的水蒸气导入第二效蒸馏器2的冷端，一方面水蒸气遇冷液化成淡水流入下方淡水仓4，另一方面水蒸气的液化潜热通过二效热管21传递到热管上方热端，对第二效的喷淋海水进行蒸馏，二效蒸馏出来的水蒸气通入管壳式换热器3与冷海水换热，在预热海水的同时液化成淡水流入下方淡水仓4，因此淡水的来源由两部分：一部分来自于第二效蒸馏器内热管冷端的水蒸气液化，另一部分来自于管壳式换热器内液化的淡水。蒸馏剩余的苦水由分隔板倾斜的下端引出，两路合流之后向外排出。
86.所述一效蒸馏器1罐体为方形，四周导有圆角，由单层双相不锈钢制成，外部涂刷复合硅酸盐保温涂料；上端密封盖可以拆卸，四周由八根螺栓密封；罐体顶部布置有阻垢剂储存罐，内部存放聚天冬氨酸阻垢剂，罐体下方通过管路与蒸馏器内的喷淋器相连；在阻垢剂喷淋器的周向均布有雾化喷淋器进行海水的喷淋；蒸馏器内竖直布置高温热管阵列；分隔板倾斜布置，并且上半部分表面刻有导流纹路，以便将苦水快速导出；两层分隔板之间填充有玻璃棉材质进行隔热。高温热管下部分焊有横向翅片。
87.所述二效蒸馏器2整体结构与一效蒸馏器类似，但在热管的选用和热端翅片的选用有所不同；二效蒸馏器的热管采传统热管；热管的下部分竖直布置聚苯醚材料制成的波纹状导流板，穿插在热管阵列之间，以便提供扰流使得蒸汽与热管高效换热并在液化之后顺利流入下方淡水仓。
88.所述管壳式换热器3内部分为管体和壳体，二者为互相独立的空间，管体为直管，上下联通，其内部由上到下通入二效蒸馏器中的蒸汽；壳体内装有左右交替布置的扰流板，由下到上通入海水；蒸汽与海水其中换热，蒸汽液化成淡水，海水被提前预热。
89.所述淡水仓4由304不锈钢制成，布置在二效蒸馏器和管壳式换热器之下，同时在侧面开孔与海水喷淋管路上的文丘里射流器的吸入端通过软管连接，在海水流动时会将淡水仓内抽成负压，有利于蒸馏出来的水蒸气流动进而液化；同时由于管路间的联通，负压也会使得二效蒸馏器的蒸馏端压强降低，降低海水沸点。
90.所述装置对于海水结垢的控制分为两个部分，在正常工作时通过传感器数据，根据结垢情况决定是否进行喷淋除垢，通过加大海水喷淋量与开放苦水导出口，主要让蒸馏时粘附在热管上的氯化钠通过溶解随海水排出；当传感器检测热管表面有过多溶解度较小的无机盐如硫酸镁硫酸钙等时，会自动喷淋阻垢剂进行化学除垢，同时配合大喷淋量的海水冲洗，除去水垢。
91.作为优选，所述换热器还包括除垢剂储存罐，除垢剂储存罐位于换热器的上方，内部存储有除垢剂，并与喷淋装置通过阀门相连。
92.作为优选，除垢系统由控制系统进行控制，蒸馏器内设置漫反射光纤传感器。控制流程如下：在装置正常运行时，通漫反射光纤传感器，感知热管上的结垢情况，当结垢量过大时，加大海水的喷淋量，并同时打开苦水排放电磁阀，通过定时器定时冲刷时间，对热管上的氯化钠等可溶性盐类通过溶解法除去；当传感器检测到经过多次冲刷后结垢量仍处于较高值时，将会喷淋聚天冬氨酸阻垢剂，以通过螯合溶解和晶格畸变原理去除如硫酸镁、硫酸钙等溶解度较小的盐类。
93.作为优选，控制系统由传感器、微处理器以及pid模块组成；各传感器将如烟气温度、烟气流量、海水温度、海水流量、蒸发室温度等数据传递给微控制器，微控制器根据内部编译好的算法，精确计算出所需烟气的流量以及海水的喷淋量，并将数据反馈给pid模块，通过由pid模块组成的比例-积分-微分闭环控制系统实现对于烟气流量和海水喷淋量的精确控制，使得装置在复杂的外界环境下仍能按照预期产水量，高效稳定的生产淡水。
94.热管蒸发端与冷凝端的换热系数分别为k1,k2；热管蒸发端与冷凝端的换热面积分别为a1,a2；根据平壁传热传热系数与肋壁传热传热系数计算公式；根据平壁传热传热系数与肋壁传热传热系数计算公式通过材料以及冷热流体的物性参数，结合传热特征数求的相应参数代入上述公式得出热管蒸发端与冷凝端的换热系数k1,k2；由温度传感器得烟气与海水的温度差分别为δt1,δt2；因此可以算得烟气热流量q1＝k1a1δt1；海水吸收热量q2＝k2a2δt2；继而确定烟气量海水喷淋量
95.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种换热器，所述换热器包括壳体以及设置在壳体内的热管和分隔板，分隔板将热管分隔为位于上部的热端和位于下部的冷端，其特征在于，烟气进入分隔板下方，海水喷淋到分隔板上方，分隔板为沿着烟气流动方向向下倾斜布置，分隔板上表面雕刻苦水的排出的纹路。2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，分隔板有两层且由不锈钢制成，两板之间由隔热材料填充。3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，换热器壳体为方形，四周导有圆角，由单层双相不锈钢制成，外部涂刷复合硅酸盐保温涂料；上端密封盖可以拆卸。4.一种基于船舶废气余热的海水淡化装置，其特征在于，所述装置包括一效蒸馏器、二效蒸馏器、管壳式换热器和淡水仓，所述一效蒸馏器连接二效蒸馏器，二效蒸馏器连接管壳式换热器，所述淡水仓设置在二效蒸馏器和管壳式换热器的下部，所述一效蒸馏器就是权利要求1-3之一所述的换热器，所述二效蒸馏器内设置二效热管和二效分隔板，二效分隔板将二效热管分隔为位于上部的热端和位于下部的冷端，所述烟气通入第一效蒸馏器的冷端，烟气热量通过高温热管的冷端传递到上方热端，对喷淋下来的冷海水进行蒸馏，一效蒸馏器蒸馏出的水蒸气导入二效蒸馏器的冷端，一方面水蒸气遇冷液化成淡水流入下方淡水仓，另一方面水蒸气的液化潜热通过二效热管传递到二效热管上方热端，对二效蒸馏器的喷淋海水进行蒸馏，二效蒸馏器蒸馏出来的水蒸气通入管壳式换热器，在管壳式换热器中与冷海水换热，水蒸气在预热海水的同时液化成淡水流入下方淡水仓。5.如权利要求4所述的海水淡化装置，其特征在于，管壳式换热器竖直布置于淡水仓之上，壳体内通入海水，管体内吸入二效蒸馏器中蒸馏出的水蒸气，水蒸气在管体内液化，流入下方淡水仓，与此同时壳体内海水被预热，预热后的海水通过喷淋装置进入一效和二效蒸馏器中。6.如权利要求4所述的海水淡化装置，其特征在于，还包括喷淋管路，所述喷淋管路的入口连接管壳式换热器的海水出口，喷淋管路的出口连接一效和二效蒸馏器。

技术总结
本发明公开了一种换热器及船舶废气余热的海水淡化装置，所述换热器包括壳体以及设置在壳体内的热管和分隔板，分隔板将热管分隔为位于上部的热端和位于下部的冷端，其特征在于，烟气进入分隔板下方，海水喷淋到分隔板上方，分隔板为沿着烟气流动方向向下倾斜布置，分隔板上表面雕刻苦水的排出的纹路。本发明提供的换热器内的分隔板通过倾斜的布置使得下方烟气具有变径加速的特点，烟气流动更加顺畅；同时结合上表面雕刻的纹路使得苦水的排出更加顺畅。更加顺畅。更加顺畅。


技术研发人员：郭春生 刘淼 吴奇政 逯晓康 李佳航 席双军 王学良 田鑫 周泽宇 王志诚
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2020.11.13
技术公布日：2022/3/7