CN101708871A

CN101708871A - 一种梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统

Info

Publication number: CN101708871A
Application number: CN200910227267A
Authority: CN
Inventors: 招玉春; 王�华; 邹家宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: CN101708871B

Abstract

本发明公开了一种梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，包括热源装置、蒸发装置、发电装置和由多个余热换热器串接而成的海水预热装置；所述热源装置包括一个储热罐，储热罐存储热源供给的热能，并加热进入储热罐内腔的海水，海水进入储热罐之前需经过海水预热装置预热；所述发电装置为一个发电透平机，该发电透平机的进液口与储热罐内腔相连；所述蒸发装置包括一个闪蒸罐和多级蒸发罐；加热的海水经过多级蒸发冷凝，每一级凝结的淡水的余热通过余热换热器对进入储热罐的海水预热；本发明克服现有技术海水淡化技术效率低、成本高的缺点，不仅能生产电能和淡水、而且节能环保；适用于利用太阳能和舰船发动机余热对海水进行淡化同时发电。

Description

一种梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，尤其是涉及一种梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统。

背景技术

随着人类社会的高速发展，能源的过度消耗以及所带来的环境破坏已经成为当今世界的重大现实问题。而地球所储存的可开发能源又非常有限，因此开发和利用干净、无污染、资源丰富的太阳能就成为整个人类生存和发展的必由之路。与能源问题同样威胁人类的环境污染也是急需解决的重大问题之一，工业革命以来人类在开发利用自然资源时所产生的各种有毒、有害物质已经污染了大量的淡水资源，正严重影响着人们的身体健康。而地球上的海水资源是非常丰富的，因此海水淡化是解决水源污染问题的最好途径。将两者综合考虑，利用太阳能进行海水淡化的方法已经被提出、实现并正在推广应用。但是现有的技术主要依赖于太阳的光照进行能量转换，受地域、气候、时间的影响很大，而且能量转换效率低，海水在淡化过程中的热能没有充分利用，设备占用场地大、造价高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，克服现有技术海水淡化技术效率低、成本高的缺点，不仅能生产电能和淡水、而且节能环保。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统包括热源装置、蒸发装置、发电装置；和一套由多个余热换热器串接而成的海水预热装置；

所述热源装置包括一个储热罐，储热罐存储热源供给的热能，并加热进入储热罐内腔的海水，海水进入储热罐之前需经过海水预热装置预热；

所述发电装置为一个发电透平机，该发电透平机的进液口与储热罐内腔相连；

所述蒸发装置包括一个闪蒸罐和多级蒸发罐；闪蒸罐和各蒸发罐均与海水预热装置中的余热换热器一一对应；各蒸发罐内腔均设置有蒸发罐换热器和蒸发喷嘴；第一级蒸发罐的换热器的蒸汽入口与闪蒸罐的蒸汽出口相连，第一级蒸发罐的换热器的液体出口与闪蒸罐对应的余热换热器的进液口相连，第一级蒸发罐的蒸发喷嘴与闪蒸罐的液体出口相连；第二级蒸发罐的换热器的蒸汽入口与第一级蒸发罐的蒸汽出口相连，第二级蒸发罐的换热器的液体出口与第一级蒸发罐对应的余热换热器的进液口相连，第二级蒸发罐的蒸发喷嘴与第一级蒸发罐的液体出口相连；其余蒸发罐均采用等同于第一级蒸发罐与第二级蒸发罐的连接方式逐级相连，最末一级蒸发罐的蒸汽出口与倒数第二级蒸发罐对应的余热换热器的进液口相连；闪蒸罐内腔气压大于第一级蒸发罐内的气压，第一级蒸发罐内的气压大于第二级蒸发罐内的气压，以后各级蒸发罐内的气压逐级降低。

进一步，闪蒸罐的液体出口还与储热罐的内腔相连。

进一步，所述的热源采用太阳能，所述热源装置还包括一个热管式太阳能集热器阵列，该集热器阵列为加热储热罐内腔的海水提供热能。

进一步，所述的热源还可以采用舰船发动机余热。

进一步，所述多级蒸发罐设置三级以上。

进一步，发电机透平机的喷嘴采用反射式缩放喷嘴或蝶式缩放喷嘴。

进一步，碟式缩放喷嘴的蒸汽喷射路径曲线采用等速螺线。

本发明的有益效果是：

本发明利用热管式太阳能集热器阵列或者舰船发动机等余热等加热压力式储罐中的海水，加热的温度可以超过100℃；被加热的海水进入闪蒸罐，经过发电机透平机的缩放喷嘴，闪蒸、膨胀，被加速的汽液混合物，产生反向推力推动缩放喷嘴，继而推动发电机的旋转发电；出了缩放喷嘴的蒸汽通过闪蒸罐蒸汽出口进入多级蒸发罐进行多级多效能蒸发，出了蒸发罐的蒸汽首先进入第一级蒸发罐的换热器，经过该换热器后凝结为淡水，凝结的淡水中的预热进一步经过海水预热装置的换热器对海水进行预热；闪蒸罐中其它较浓的盐水部分被泵送到第一蒸发罐内再次蒸发，再次蒸发的蒸汽接入第二级蒸发罐的换热器作为第二级蒸发罐的热源，第一蒸发罐内再次蒸发的蒸汽经过第二级蒸发罐的换热器后冷凝成淡水，此处淡水带有的余热也通过海水预热装置的换热器对海水进行预热；第一级蒸发罐的浓盐水送入第二级蒸发罐在更低的压力下被进一步蒸发，所产生的水蒸汽和浓盐水被分别送入下一级的蒸发器中，依次进行，直到完成所有的蒸发过程。从各级蒸发罐经过热交换器中被冷凝后的淡水，因具有不同的温度，用来对将要进入压力储罐的海水进行梯级预热；这种采用梯级顺序降压蒸发、梯级加热的方式可以将一次能源进行多级利用，热能通过热力循环的方式被多次重复利用，从而能够非常显著地提高热源热量的利用效率。

本发明的主要优点是：

1、本发明利用蒸发罐换热管蒸汽冷凝后的剩余热量对海水进行多次梯度预热，从而使海水在达到较高的温度后再进行蒸发淡化，因此热源能量利用率高，可以快速高效的加热海水使其达到沸点温度，大大提高海水的蒸发效率和热能的利用率。

2、本发明系统中被加热到沸点的海水蒸汽在推动发电透平机涡轮旋转发电后，利用其在冷凝过程中所释放的汽化潜热再次作为热源，送到下一级热能循环利用单元中，通过气压的降低再完成一次热量的利用。这样采用梯度蒸发或闪蒸的技术，只要消耗一次循环的热源就能够顺序实现一系列的单级热力学循环，不但大量的节约了加热海水热源的能量，还节省了大量的冷却水消耗。

3、本发明利用洁净的太阳能对海水进行梯度预热、多级闪蒸时，在进行海水淡化的同时还可以生产电能，实现了太阳能的高效多级循环利用，该技术投入人们生活中应用推广将产生显著的经济效益和社会效益，该系统采用太阳能既不用消耗地球上储量有限的煤炭、石油等能源，又不会排放温室气体污染环境，既可以产生电能，又可以生产淡水，实现了太阳能的多效开发和利用

4、本发明还可以舰船发动机的废气余热同样实现低成本高效率进行海水淡化，并且其所发的电能节约了对舰船燃料能源消耗，有利于节能环保。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本发明实施例一的系统连接示意图。

图1中附图标记分别为：1热管式太阳能集热器阵列，2压力式储液罐，3Hero’s式或碟式缩放喷嘴，4发电机，5液滴过滤器，6蒸汽及淡水管道，7较浓盐水管道，8淡水余热利用热交换器，9第一效蒸发换热器，10第一效蒸发罐喷嘴，11第一效蒸发罐，12淡水余热利用热交换器，13第二效蒸发换热器，14第二效蒸发罐喷嘴，15第二效蒸发罐，16淡水余热利用热交换器，17第三效蒸发换热器，18第三效闪蒸罐喷嘴，19第三效蒸发罐，20最后一效蒸汽冷凝热交换器，21最后一效蒸汽管道，22浓盐水管道，23浓盐水存储罐，24待处理盐水水源，25待处理盐水存储罐，26真空泵，27淡水存储罐，28闪蒸罐。

具体实施方式

实施例一

利用热管式太阳能集热器阵列的海水淡化与发电的集成系统

利用在第一部分反射式或碟式缩放喷嘴3和压力式储热罐之间的节流阀或者其他的排气阀将储热罐的压力控制在270.1kPa，相应的饱和温度在1300℃。本发明采用闪蒸罐配合后续的多级蒸发罐实现太阳能的充分利用；本实施例以闪蒸罐28配合三级蒸发罐11、15、19为例，闪蒸罐28、蒸发罐11、蒸发罐15、蒸发罐19分别与余热换热器8、12、16、20一一对应。

系统工作时，设定透平机喷嘴蒸发温度为750℃，第一级蒸发罐的蒸发温度为600℃，第二级蒸发罐的蒸发温度为450℃，第三级蒸发罐的蒸发温度为300℃，相应的压力分别为38.58kPa、19.94kPa、9.59kPa和4.25kPa。系统工作过程如下：

海水或其它待处理的水被泵送到进口管线，经各级余热换热器20、16、12和8预热后进入压力式储热罐2，在压力储热罐2中被进一步由热管式太阳能集热器阵列1加热至设定的温度。储热罐2中的海水由于压力差进入缩放喷嘴3，本实施例采用Hero’s式缩放喷嘴，当然还可以采用碟式缩放喷嘴，海水经过闪蒸、膨胀、加速，从而推动发电机4发电，上升的蒸汽经液滴过滤器5过滤，再经管道6进入第一级蒸发换热器9，冷凝后淡水进入余热热交换器8进一步降温送到淡水存储罐27储存；从缩放喷嘴3喷出的较高浓度的盐水一部分被泵送到进口管线再次进入压力式储热罐2，另一部分进入第一级蒸发罐11经过第一级蒸发罐喷嘴10喷出后蒸发，产生的蒸汽进入第二级蒸发罐换热器13、淡水余热余热热交换器12冷凝、降温，送到淡水存储罐27储存；同时，从第一级蒸发罐喷嘴10下落的液滴被第一级蒸发换热器9加热、蒸发，产生的蒸汽进入第二级蒸发罐换热器13、淡水余热余热热交换器12冷凝、降温，送到淡水存储罐27储存。以后的各级蒸发罐重复上面的工作过程，直至最后的一级蒸发罐；本实施例中最后一级蒸发罐即第三级蒸发罐19中下落的浓盐水被送至浓盐水存储罐存储进一步利用，产生的蒸汽直接送入与其对应的余热交换器20降温，凝结的淡水进入淡水存储罐27。本实施例中，经过闪蒸罐28可以获得淡水9.28％，发电效率可以达6.5％。第一级蒸发罐11可以获得淡水11.88％，第二级蒸发罐15可以获得淡水14.44％，第三级蒸发罐19可以获得淡水16.85％，总的淡水获得率将达到52％。可以看出，由于利用蒸汽的相变潜热及梯度加热等技术，该装置的能级利用非常高，同时还可以发电，是一套完全没有温室气体的零排放海水淡化与发电装置。随着级数的增加，淡水获得率会进一步地提高，典型的工业应用可以考虑到20多级。当配套的太阳能集热器面积为1000平方米时，对中国大部分地区典型的日照强度为每平方米800瓦时，发电功率可以达到10.4千瓦。当调整透平机喷嘴蒸发温度为450℃时，发电功率可以达到16.9千瓦。

实施方式二：利用舰船发动机的废气余热作为热源，此时，储热罐中的温度可以高达200℃。仍然以三级为例，除了将储热罐的压力控制在1553.8kPa，相应的饱和温度在2000℃外，其它的参数同上。此时除了淡水获得率进一步获得提高外，发电级率将提高到25％，从而该装置的优势进一步体现出来。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，包括热源装置、蒸发装置和发电装置，其特征在于：

该海水淡化发电系统还包括由多个余热换热器串接而成的海水预热装置；

2.根据权利要求1所述的梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，其特征在于：闪蒸罐的液体出口还与储热罐的内腔相连。

3.根据权利要求2所述的梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，其特征在于：所述的热源采用太阳能，所述热源装置还包括一个热管式太阳能集热器阵列，该集热器阵列为加热储热罐内腔的海水提供热能。

4.根据权利要求2所述的梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，其特征在于：采用舰船发动机余热作为热源。

5.根据权利要求1-4任一项所述的梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，其特征在于：所述多级蒸发罐设置三级以上。

6.根据权利要求5所述的梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，其特征在于：发电机透平机的喷嘴采用反射式缩放喷嘴或碟式缩放喷嘴。

7.根据权利要求6所述的梯度预热多级蒸发式海水淡化发电系统，其特征在于：碟式缩放喷嘴的蒸汽喷射路径曲线采用等速螺线。