CN101081706A - 电、盐、水联产海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

一种能够利用燃气发电余热生成过热蒸汽和热空气，使高盐度海水雾滴在过热蒸汽和热空气中完全蒸发制取盐，利用热空气的余热将海水进行加热、蒸发、浓缩，获得高盐度海水和淡化水的电、盐、水联产海水淡化系统。该系统由燃气发电、水蒸汽发生、蒸汽干燥、热空气干燥、海水热空气浓缩、海水低温多效真空浓缩、盐粉冷却、海水预处理和淡化水处理等子系统所组成。通过上述各子系统的有机接合，在对系统输入气体或液体燃料和海水的情况下，系统将产出电网需求的电力、盐和淡化水；当燃料为煤、秸秆等固体燃料时，增加部分气化子系统和调整水蒸汽发生子系统模式，进一步利用气化过程中的余热，会更加有利于电、盐、水联产海水淡化系统的经济运行。

Description

电、盐、水联产海水淡化系统

技术领域  本发明涉及燃气发电、蒸馏制盐和海水淡化技术。

背景技术  已知的燃气发电技术热效率只有30％～40％，50％左右的余热常常被浪费掉；已知的蒸馏制盐技术热效率低，亟待余热利用的条件降低成本；已知海水淡化的成熟技术有：反渗透，多级闪蒸，低温多效等方法，这些方法都是从取得的海水中部分地获取淡化水，而将浓缩的剩余部分排回大海或进行其它方面的综合利用，在海水的淡化过程中，没有实现海水中盐的直接提取。

发明内容  本发明的目的是综合燃气发电、蒸馏制盐和海水淡化技术，提供一种能够利用燃气发电余热生成过热蒸汽和热空气，使高盐度海水雾滴在过热蒸汽和热空气中完全蒸发制取盐，利用热空气的余热将海水进行加热、蒸发、浓缩，获得高盐度海水和淡化水的电、盐、水联产海水淡化系统。

该系统由燃气发电、水蒸汽发生、蒸汽干燥、热空气干燥、海水热空气浓缩、海水低温多效真空浓缩、盐粉冷却、海水预处理和淡化水处理等子系统所组成。燃气发电子系统由燃料供给、空气过滤、发电机组、变配电和烟气排放等部分组成，为电、盐、水联产海水淡化系统提供电力、烟气余热和向电网输送多余的电力。水蒸汽发生子系统是利用燃气发电子系统提供的烟气余热，生产过热水蒸汽；其给水预热器能够把烟气冷却到稍高于烟气酸露点温度后排放，其蒸发器产生饱和水蒸汽，过热器将水蒸汽进行过热加热，水蒸汽发生子系统能够对水蒸气进行再热加热。蒸汽干燥子系统是利用过热水蒸汽把高盐度的海水雾滴汽化，将其中的盐分干燥为盐的细小颗粒的装置；过热水蒸汽吸收水分达到趋向饱和的程度，部分进入蒸汽冷凝器凝结为水，同时向热空气干燥子系统输送热量。热空气干燥子系统的空气在冷却蒸汽的同时，自身获得热量成为热空气；热空气同样可以把高盐度的海水雾滴汽化，将其中的盐分干燥为盐的细小颗粒，热空气在海水热空气浓缩子系统雾化混合器的作用力下，进入海水热空气浓缩子系统；控制热空气干燥子系统热空气的温度和湿度，能够实现对海水盐度的调节，当系统需要盐度更高的海水时，热空气干燥子系统的功能可以转化为海水热空气浓缩子系统的功能。海水热空气浓缩子系统是将来自热空气干燥子系统的热空气进行加湿处理，由壳体、雾化混合器、盐水池、盐水泵、盐水沉淀池、结晶器等部分组成；热空气在由具有海水雾化和海水喷射的作用力能够带动其风扇叶片旋转功能的雾化混合器的推动下，与海水雾滴充分接触到接近饱和的状态；热空气直接与海水换热，避免了通过换热器换热而使换热表面结垢现象的发生，为浓缩高盐度盐水、提高造水比和调整沉淀池结晶物的产出创造了条件；雾化混合器的压力海水来自于盐水泵；热空气通过海水低温多效真空浓缩子系统海水加热器时，热空气中的水分在加热器表面遇冷凝结为水。被冷却后的空气重新回到蒸汽干燥子系统的蒸汽冷凝器加热成为热空气，空气的加热还可以在燃气发电子系统烟气排放部分的烟气冷却器等处进行，或者在燃气发电机组的机油冷却器得到预热，以求更大程度地利用余热；为热空气不断加湿的海水因失去部分水分而得到浓缩，成为高盐度海水——蒸汽、热空气干燥子系统的原料；控制海水浓缩比和生成物的产出或注入添加剂，能够实现调控蒸汽干燥子系统、热空气干燥子系统和海水沉淀池产盐品种的目的，这种控制可以通过一个或多个电、盐、水联产海水淡化系统来完成。海水低温多效真空浓缩子系统加热海水的热量，是来自于海水热空气浓缩子系统高湿度的热空气，并使热空气中的水分在其海水加热器表面凝结，生成淡化水。在盐水泵的推动下，冷却热空气的低温海水得到热量成为热海水后，进入海水低温多效真空浓缩子系统。海水低温多效真空浓缩子系统是使热海水在多级蒸馏器的真空环境里雾化、蒸发，将显热转化为水汽化的潜热，从而实现海水降温、浓缩和其蒸发汽被冷却为淡化水的系统；系统内的真空度依靠设于海水管道上的水射器来维持。盐粉冷却子系统是将蒸汽干燥子系统和热空气干燥子系统所产生的温度较高的盐粉冷却成为常温盐粉而便于盐粉包装的系统，经过过滤处理的环境空气带着从盐粉中得到的热量和水分，进入海水热空气浓缩子系统，一方面回收盐粉中的热量，一方面维持海水热空气浓缩子系统和热空气干燥子系统的空气氛围。海水预处理子系统为海水低温多效真空浓缩子系统和海水热空气浓缩子系统提供清洁的海水。淡化水处理子系统包括冷却降温和水质调整两部分，新鲜海水经过滤后，在给淡化水冷却降温的同时，完成了本身的预热，进入海水低温多效真空浓缩子系统之中；淡化水被新鲜海水冷却到略高于新鲜海水的温度后，根据淡化水用途进入淡化水水质调整的系统或直接输出使用。通过上述各子系统的有机接合，在对系统输入气体或液体燃料和海水的情况下，系统将产出电网需求的电力、盐和淡化水；当燃料为煤、秸秆等固体燃料时，增加部分气化子系统和调整水蒸汽发生子系统模式，进一步利用气化过程中的余热，会更加有利于电、盐、水联产海水淡化系统的经济运行；当部分气化子系统向外界输出燃气时，整个系统将成为气、电、盐、水联产的海水淡化系统。

电、盐、水联产海水淡化系统能够实现调峰供电，燃气发电余热的高效梯级利用，海水的无污染淡化，和电、盐、水产品的低成本生产。所述系统不仅可以用来处理海水，它还可以用来处理能够进行压力雾化，其中水分能够被过热蒸汽和热空气蒸发，产生的固体物能够与过热蒸汽和湿空气分离的各种液体。

具体实施方式  燃气发电、水蒸汽发生、蒸汽干燥、热空气干燥、海水热空气浓缩、海水低温多效真空浓缩、盐粉冷却、海水预处理和淡化水处理等子系统，乃至煤、秸秆的部分气化系统，都具有成熟的技术；以往它们都是在各自的经济技术领域以单独或少量组合的方式，发挥着或发电、或蒸馏制盐、或海水淡化等相对单一的作用，缺乏跨领域、跨行业的技术、资源优势互补。本案是将这些子系统互补性地重新整合成为能够调峰供电、高效梯级利用余热、生产盐和淡化水的联产系统，并且增加了必要的温度、湿度、流量、压力、盐度、重量等参数的随机检测和自动调控装置，以保证系统能够在无人职守条件下的正常运行。

燃气发电以建设周期短、投资省、热效率高、清洁、启停灵活和适用于调峰发电的特点而著称，其烟气余热的利用主要有：烟气再热+余热锅炉+蒸汽发电、余热锅炉+蒸汽发电、余热锅炉+蒸汽、余热锅炉+热水供暖等几种方式，受燃气发电排烟温度的限制，前两种在综合投资和收益方面与燃煤蒸汽发电相比，并无明显优势；后两种受项目环境需求、气候因素的局限，往往用少舍多、入不敷出；发电成本高、余热实际利用效率低使燃气发电的优势难以在目前煤电为主和经济技术领域划分的局面下展现。

当燃气发电系统融入电、盐、水联产海水淡化系统之后，局面大为改观：

——电、盐、水联产海水淡化系统为燃气发电系统烟气余热提供了稳定的、无限制的利用空间和理想的蒸汽凝结潜热利用条件。

——燃气发电系统为电、盐、水联产海水淡化系统提供了温度适宜、而且已经取得了发电收益因而廉价的热源。

——电、盐、水联产海水淡化系统是热电联产型的系统，充分体现了燃气发电建设周期短、投资省、热效率高、清洁、启停灵活和适用于调峰发电的技术优势。

电、盐、水联产海水淡化系统本身，具备热能高效梯级利用的条件：

——电、盐、水联产海水淡化系统中水蒸汽发生子系统的蒸汽回热功能，能够最大限度地把燃气发电子系统排出的500℃左右烟气的热量，用于水蒸汽的过热加热过程，而不是常规意义上的更多地用于水的蒸发，提高了换热功效；

——蒸汽干燥子系统在把高盐度海水蒸发，获取了固体盐之后，除去不可避免的管道、设备、物料热损失以外，再把热量送到空气干燥子系统，重复海水蒸发，获取固体盐的过程，实现了水蒸汽显热、凝结潜热和淡化水的回收；

——热空气在完成高盐度海水干燥过程之后，进入海水热空气浓缩子系统与高盐度海水雾滴充分接触，使相对湿度接近饱和；热空气获得的显热在无热阻条件下，最大程度地转化为高盐度海水中水分蒸发的潜热；

——相对湿度接近饱和的热空气中的水分在海水低温多效真空浓缩子系统的加热器表面遇冷凝结为淡化水的同时，把热量传递给海水低温多效真空浓缩子系统的海水，实现了热量的再次梯级利用过程。

——被冷却后的空气重新回到蒸汽干燥子系统的蒸汽冷凝器加热成为热空气，空气的加热还可以同时在燃气发电子系统烟气排放部分的烟气冷却器等处进行，或者在燃气发电机组的机油冷却器得到预热，以求更大程度地利用余热。

——高温海水在海水热空气浓缩子系统由不同的真空压力环境所组成的多级蒸发室中雾化、蒸发，蒸发过程把海水的显热变为水分蒸发的潜热，其水蒸汽又在下一级被温度更低的海水冷却；如此反复几个过程，高温海水又成为低温海水，蒸发的水蒸汽又成为了淡化水；不但获取了淡化水，浓缩了海水，而且节省了常规由冷却塔完成冷却的投资和费用。

通常，蒸馏法海水淡化技术，是把蒸汽的热量直接传递给海水，重复真空蒸发制取淡化水的过程；没有蒸汽、热空气干燥，海水热空气浓缩等几个环节。因此，即使拥有高位能的蒸汽热源，也不得不降低到130℃以下时，才能用于蒸馏法海水淡化系统；形成蒸馏法廉价热源获取困难，淡化水生产成本居高不下的困境。目前，低温多效法海水淡化技术的经济造水比为9左右。

电、盐、水联产海水淡化系统是一种不排出高盐度海水的海水淡化系统，综合造水比受所取海水盐度的影响在5～7范围变化，输入低盐度的海水或苦咸水时，造水比还可以提高；海水热空气浓缩子系统能够在海水盐度＞10的工况下正常运行，是其重要的特点，也为海水中各种盐类和微量元素的提取创造了机会。就低温多效法海水淡化技术的造水比为10，电、盐、水联产海水淡化系统的造水比为5和目前淡化水、原盐的市场价格情况对比而言，低温多效法海水淡化系统的收益为：50元人民币/吨蒸汽，电、盐、水联产海水淡化系统水和盐的收益为：87.5元人民币/吨蒸汽，后者是前者收益的1.75倍。另外，电、盐、水联产海水淡化系统可以自成体系地单独建设与高效运行，没有廉价热源获取技术方面的障碍，没有因淡化海水给环境造成污染等特征，是其它单一的发电、蒸馏制盐、海水淡化技术所无法比拟的。

电、盐、水联产海水淡化系统综合了燃气发电、蒸馏制盐和海水淡化的技术和资源优势以后，成为了可调峰供电、高效节能、环保产出盐和淡化水的系统。这样的项目建设在滨海地区，可以给滨海地区带来稳定的电力、纯净的水、食用盐和盐化工资源，不用太长的时间，就可以把滨海地区变成黄金海岸；建设在沙漠地区，不用太长的时间，就可以把沙漠地区变成百业俱兴的绿洲；建设在大、中型项目之中，或许决策者不用再为项目的选址和水体污染问题而苦恼。向大海要淡水，要海洋化工资源，排除严重缺水和电力、化工资源短缺的困扰；净化苦咸水，开发大西北；等等所述，电、盐、水联产海水淡化系统都有着广泛的应用前景。

Claims (9)

1.一种能够利用燃气发电余热生成过热蒸汽和热空气，使高盐度海水雾滴在过热蒸汽和热空气中完全蒸发制取盐，利用热空气的余热将海水进行加热、蒸发、浓缩，获得高盐度海水和淡化水的电、盐、水联产海水淡化系统；由燃气发电、水蒸汽发生、蒸汽干燥、热空气干燥、海水热空气浓缩、海水低温多效真空浓缩、盐粉冷却、海水预处理和淡化水处理等子系统所组成；燃气发电子系统为电、盐、水联产海水淡化系统提供电力、烟气余热和向电网输送多余的电力；水蒸汽发生子系统利用燃气发电子系统提供的烟气余热，生产过热水蒸汽；蒸汽干燥子系统是利用过热水蒸汽把高盐度的海水雾滴汽化，将其中的盐分干燥为盐的细小颗粒的装置；热空气干燥子系统中的空气在冷却蒸汽的同时，自身获得热量成为热空气，热空气同样可以把高盐度的海水雾滴汽化，将其中的盐分干燥为盐的细小颗粒，热空气吸收水分达到一定的湿度后，进入海水热空气浓缩子系统，控制热空气干燥子系统热空气的温度和湿度，能够实现对海水盐度的调节，当系统需要盐度更高的海水时，热空气干燥子系统的功能可以转化为海水热空气浓缩子系统的功能；海水热空气浓缩子系统用来对热空气进行加湿处理，湿度接近饱和的热空气中的水分在海水低温多效真空浓缩子系统的空气冷却器表面遇冷凝结为淡化水；被冷却后的空气重新回到蒸汽干燥子系统的蒸汽冷凝器加热成为热空气，空气的加热还可以同时在燃气发电子系统烟气排放部分的烟气冷却器等处进行，或者在燃气发电机组的机油冷却器得到预热，以求更大程度地利用余热；海水低温多效真空浓缩子系统是使热海水在多级的真空环境里雾化、蒸发，将显热转化为水汽化的潜热，从而实现海水降温、浓缩和其蒸发汽被冷却为淡化水的系统；盐粉冷却子系统是将蒸汽干燥子系统和热空气干燥子系统所产生的温度较高的盐粉冷却成为常温盐粉而便于盐粉包装的系统，经过过滤处理的环境空气带着从盐粉中得到的热量和水分，进入海水热空气浓缩子系统，一方面回收盐粉中的热量，一方面维持海水热空气浓缩子系统和热空气干燥子系统的空气氛围；海水预处理子系统为海水低温多效真空浓缩子系统提供清洁的海水；淡化水处理子系统包括冷却降温和水质调整两部分，淡化水被新鲜海水冷却到略高于新鲜海水的温度后，根据淡化水用途进入淡化水水质调整的系统或直接输出使用；通过上述各子系统的有机接合，在对系统输入气体或液体燃料和海水的情况下，系统将产出电网需求的电力、盐和淡化水。

2.权利要求1所述的系统，其特征在于水蒸汽发生子系统能够对水蒸汽进行再热加热。

3.权利要求1所述的系统，其特征在于海水热空气浓缩子系统能够在海水盐度＞10的工况下正常运行，能够生产高盐度海水，并控制产生或不产生结晶物。

4.权利要求1所述的系统，其特征在于控制海水热空气浓缩子系统海水生成物的产出或注入添加剂，能够实现调控蒸汽干燥子系统、热空气干燥子系统和海水沉淀池等产盐品种的目的。

5.权利要求1所述的系统，其特征在于海水热空气浓缩子系统的雾化混合器，能够为电盐水联产海水淡化系统中空气的流动提供动力。

6.权利要求1所述的系统，其特征在于被冷却后的空气重新回到蒸汽干燥子系统的蒸汽冷凝器加热成为热空气，空气的加热还可以同时在燃气发电子系统烟气排放部分的烟气冷却器等处进行，或者在燃气发电机组的机油冷却器得到预热，以求更大程度地利用余热。

7.权利要求1所述的系统，其特征在于海水低温多效真空浓缩子系统多级蒸馏器的真空度，依靠设于海水管道中的水射器来维持。

8.权利要求1所述的系统，其特征在于当燃料为煤、秸秆等固体燃料时，增加部分气化子系统和调整水蒸汽发生子系统模式，进一步利用气化过程中的余热，会更加有利于电盐水联产海水淡化系统的经济运行；当气化子系统向外界输出燃气时，整个系统将成为气电盐水联产的海水淡化系统。

9.权利要求1所述的系统，其特征在于该系统不仅可以用来处理海水，它还可以用来处理能够进行压力雾化，其中水分能够被过热蒸汽和热空气蒸发，产生的固体物能够与过热蒸汽和湿空气分离的各种液体。