一种节能型转轮余热回收装置及使用方法与流程

本发明涉及余热回收领域，尤其涉及一种节能型转轮余热回收装置及使用方法。

背景技术：
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船舶消耗能源的主要设备是船舶柴油主机，它是船舶动力的来源，耗费的能量占据了整个船舶能源消耗总量的70%-80%，但由于结构及技术方面的不足，船舶柴油主机的热效率一直维持在较低的水平，即使经过了多年的发展，其热效率也只达到了50%的水平。主机其余的燃烧热量以多种形式散发到环境中，如废气、废液和用来散热的冷却介质等，其中都包含了大量能量。船舶排出的气体的温度最低值为260摄氏度，而其有140摄氏度左右温差可以利用，其中包含废热的能量约占燃油等化石燃料包含总能量的30%。由此可知烟气中包含了大量的热量，而这部分废热的利用传统上采用加热锅炉内的水来进行回收利用，加热锅炉产生的高温蒸汽可以满足船舶上的人们的供暖及日常所需。船舶上的柴油机功率普遍较大，可供利用的热也是很多的，而这部分的热量远远超出了加热、取暖和日常生活杂用所需要的热量需求之和，另外一般情况下废气热量没有经过合理的利用就排到了大气中，不仅能量没有得到合理的利用，而且大量的热量会影响环境，所以船舶主机运行中产生的高温烟气有必要进行回收利用。综合看来，船舶柴油机废气余热温度很高，包含的热量很大，现有的利用方式只维持在一个较低的水准，回收利用的空间很广阔。如果能充分利用回收这部分的热量，不仅可以减少船舶运行时对环境的影响，还能提高对废热的回收利用率，降低船舶的运行成本，同时也起到了节能和减排的作用。

技术实现要素：
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为了解决上述问题，本发明提供了一种结构合理，能够提高对船舶废热的利用率，降低船舶的运行成本，能够对余热进行回收利用，起到了节能和减排的作用的技术方案：

一种节能型转轮余热回收装置，主要包括烟气除湿装置、热管换热器，烟气除湿装置包括圆柱形管道，圆柱形管道底部设有底座，左分隔板将圆柱形通道分为烟气部分和空气部分，在圆柱形通道的后半部分设有除湿转轮，除湿转轮里放置高强度的吸水材料，高强度的吸水材料为复合干燥剂，除湿转轮与主分隔板之间设有一个高压气体防窜器，热管换热器与烟气除湿装置相连接。

作为优选，热管换热器包括端盖、吸液芯和管壳，管壳为圆柱形结构，中间设有蒸汽通道，管壳表面镶嵌着多孔的毛细吸液芯,吸液芯浸满呈液体状态的工质,其余的空间容纳着气体状态的工质，蒸汽通道从前往后依次分为蒸发段、绝热段和冷凝段。

作为优选，热管换热器一端通入再生空气，另一端连接烟气除湿装置，烟气除湿装置连接排风风机，室外空气和回风通过第一蒸发器进入烟气除湿装置，海水通过第一冷凝器进入第一蒸发器，烟气除湿装置输出端接海水冷却器通过第二蒸发器、送风风机进入船舱室，海水通过第二冷凝器进入第二蒸发器。

作为优选，除湿转轮分为再生区和处理区，再生区占整个除湿转轮的1/4；处理区占整个除湿转轮的3/4。

节能型转轮余热回收装置中的除湿转轮除湿方法包括以下步骤：

A、船舱室内待处理空气进入除湿转轮中，当复合干燥剂表面水蒸气压力小于空气中水蒸气压力时， 空气中水蒸气被复合干燥剂吸收，空气变得干燥，当复合干燥剂表面水蒸气压力大于空气中水蒸气压力时，复合干燥剂中的水分被再生区中的烟气蒸发到空气中,在此过程中，复合干燥剂的吸湿能力得到再生；

B、除湿转轮不断转动，再生区经烟气加热，复合干燥剂在处理区中的水分被蒸发从而实现再生，然后转到处理区，复合干燥剂吸收空气中的湿负荷，空气得到干燥；

C、除湿转轮转至再生区，实现再生；

D、继续上述过程，复合干燥剂的再生过程和空气的处理过程在此过程中会同时发生。

节能型转轮余热回收装置中的热管换热器工作过程包括以下步骤：

A、外部热源经过热管换热器的管壁和吸液芯中的液态工质，热源的热量被传递到气液分界面；

B、在蒸发段内的，液体在液－汽分界面上进行蒸发；

C、蒸发段内的蒸汽经绝热段流至冷凝段；

D、蒸汽在冷凝段内的液汽分界面上凝结；

E、在冷凝段气液分界面上，通过吸液芯管壁将热量传递给冷源；

F、在吸液芯的毛细作用和重力共同作用下，冷凝后的工质从冷凝段流至蒸发段。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明结构合理，能够提高对船舶废热的利用率，降低船舶的运行成本，能够对余热进行回收利用，起到了节能和减排的作用。

（2）本发明的烟气除湿装置横截面为圆形，无死角、纳污能力低，改变了传统除湿机为方形的惯例，同时也大大降低了材料的使用。

（3）本发明烟气除湿装置中采用主分隔板与高压气体防窜器，加强了对烟气与空气之间的隔离，有效的防止了烟气污染了新风，增加新风的洁净度。

（4）本发明结合烟气温度高、密度小；新风温度低、密度大等特点，利用密度的特点，新风在下烟气在上，这样可以降低两种气体的互混程度方便转轮的使用，再通过温度将转轮在新风中吸收的水分蒸发到空气当中。

附图说明：

图1为本发明的烟气除湿装置结构图；

图2为本发明的热管换热器结构图；

图3为本发明的除湿转轮结构图；

图4为本发明的系统工作原理图；

图5为本发明的高压气体防窜器主视图；

图6为本发明的高压气体防窜器左视图。

具体实施方式：

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

如图1-6所示，一种节能型转轮余热回收装置，主要包括烟气除湿装置1、热管换热器2，所述烟气除湿装置包括圆柱形管道3，圆柱形管道3底部设有底座31，所述左分隔板4将圆柱形通道分为烟气部分和空气部分，且用主分隔板5隔离，在圆柱形通道的后半部分设有除湿转轮6，所述除湿转轮6里放置高强度的吸水材料，高强度的吸水材料为复合干燥剂，所述除湿转轮6与所述主分隔板5的之间设有一个高压气体防窜器7，在与除湿转轮6接触那一面装有高强度的毛细纤维61，降低高压气体防窜器7与除湿转轮6之间的摩擦，也可以防止烟气与新风的混合，所述热管换热器2与所述烟气除湿装置1相连接。

本实施例中，除湿转轮中的空气通道分为两部分，一部分是用来对空气进行干燥的处理区，另外一部分是用来对吸湿后的转轮材料进行干燥的再生区。空气经过处理区时，空气中水分被干燥剂吸收，转轮转动时带动着那部分吸收了水分的转轮，当转到再生区中时，再生区中烟气高温会将干燥剂在处理区中吸收的水分蒸发到空气中。除湿转轮6不断转动，当处理区中转轮内的干燥剂不能继续吸收水分，处于饱和状态时，利用烟气来恢复它的吸湿能力。烟气具有较高的温度，通过加热干燥剂，实现解析。中心轴是转轮转动的中心，除湿转轮6分为再生区和处理区，再生区占整个除湿转轮6的1/4；处理区占整个除湿转轮6的3/4。当转轮吸收了处理区中的水分转到再生区中时，再生区中高温烟气会将转轮在处理区吸收的水分蒸发掉。。

本实施例中采用的复合干燥剂是将金属离子掺杂到硅胶中的提高的吸附性能，通过加入铝、钛等金属离子提高硅胶的除湿能力和机械强度，运用溶胶-凝胶工艺法制造复合干燥剂，高干燥剂的耐热性，将硅胶吸附材料添加在钛中，利用硅胶的物理吸附作用及二氧化钛的光催化分解作用，清除空气中的挥发性有机化合物，能够提高船舱内的空气品质，保护人体的健康。

除湿转轮除湿方法包括以下步骤：

A、船舱室内待处理空气进入除湿转轮6中，当复合干燥剂表面水蒸气压力小于空气中水蒸气压力时，空气中水蒸气被复合干燥剂吸收，空气变得干燥，当复合干燥剂表面水蒸气压力大于空气中水蒸气压力时，复合干燥剂中的水分被再生区中的烟气蒸发到大气中,在此过程中，复合干燥剂的吸湿能力得到再生；

B、除湿转轮6不断转动，再生区经干燥空气加热实现再生，然后转到处理区，复合干燥剂吸收空气中的湿负荷，空气得到干燥；

C、除湿转轮6转至再生区，实现再生；

D、继续上述过程，复合干燥剂的再生过程和空气的处理过程在此过程中会同时发生。

本实施例中，热管换热器2包括端盖8、吸液芯9和管壳10，管壳10为圆柱形结构，中间设有蒸汽通道11，所述管壳10表面镶嵌着多孔的毛细吸液芯9,所述吸液芯9浸满呈液体状态的工质,其余的空间容纳着气体状态的工质，所述蒸汽通道11从前往后依次分为蒸发段12、绝热段13和冷凝段14。热管换热器2具有设备体积小，传热效率高、等温性优良、热流密度可变、热流的方向可变、抗腐蚀能力极强、布置灵活、 工作可靠的优点。

热管换热器2工作过程包括以下步骤：

A、外部热源经过热管换热器2的管壁和吸液芯9中的液态工质，热源的热量被传递到气液分界面；

B、在蒸发段12内的，液体在液－汽分界面上进行蒸发；

C、蒸发段12内的蒸汽经绝热段13流至冷凝段14；

D、蒸汽在冷凝段14内的液汽分界面上凝结；

E、在冷凝段14气液分界面上，通过吸液芯9管壁将热量传递给冷源；

F、在吸液芯9的毛细作用和重力共同作用下，冷凝后的工质从冷凝段14流至蒸发段12。

由此形成一定的压力力差将蒸汽从热管换热器2的蒸发段12推送至冷凝段14，蒸汽在冷凝段14凝结，释放出气化时吸收的潜热。工质液化后，受到自身重力和毛细压力的双重影响，又流回蒸发段12，进行新一轮的循环。通过这种连续不断的气化-液化循环，工质从蒸发段12流到冷凝段14，再回到蒸发段12，使得吸液芯9不会被烧干。只要工质的流通路径不被阻塞，冷凝段14的工质能够顺利地回流到蒸发段12，这个循环往复的过程将一直持续进行。

工作时，热管换热器2一端通入再生空气，另一端连接烟气除湿装置1，烟气除湿装置1连接排风风机15，室外空气和回风通过第一蒸发器16进入烟气除湿装置1，海水通过第一冷凝器17进入第一蒸发器16，烟气除湿装置1输出端接海水冷却器18通过第二蒸发器19、送风风机20进入船舱室，海水通过第二冷凝器21进入第二蒸发器19，当处理空气在25℃左右的时候,除湿转轮的处理效果比较好，比较适合舒适性空调系统的除湿，新风和回风混合后进入到除湿转轮除湿，同时温度上升，然后先经过海水冷却再通过第一16蒸发器降温来降低制冷机组的负荷，通过温控系统调节到设定的温度后，送到各个舱室。除湿经过一段时间后，复合干燥剂吸湿能力逐渐减弱，需要对复合干燥剂进行加热，去除其水汽，恢复其吸湿能力。回风经过热管换热器与烟气除湿装置进行热量交换，温度升高到120℃后用来对干燥剂进行再生，然后排出室外。

本发明的有益效果在于：本发明结构合理，能够提高船舶对废热的利用率，降低船舶的运行成本，能够对余热进行回收利用，起到了节能和减排的作用，采用的烟气除湿装置横截面为圆形，无死角、纳污能力低，改变了传统除湿机为方形的惯例，大大降低了材料的使用，采用左分隔板，加强了对烟气与空气之间的隔离，有效的防止了烟气污染了新风，增加新风的洁净度。并且结合烟气温度高、密度小，新风温度低、密度大等特点，利用密度的特点，新风在下烟气在上，这样可以降低两种气体的互混程度方便转轮的使用，再通过温度将转轮在新风中吸收的水分蒸发到空气当中，从而有效的利用烟气把吸水材料中的湿气蒸发到空气当中。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。