CN102060267A - 回热循环和低温多效蒸馏海水淡化热力循环装置及方法 - Google Patents

回热循环和低温多效蒸馏海水淡化热力循环装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的装置，由化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统耦合而成：前者烟气余热被用来生产动力蒸汽驱动后者，后者生产出的淡水供前者反应所需，两者实现了优势互补，系统实现了集成优化。在烟气余热的回收利用过程中，按照温度对口、能量梯级利用原则布置回热器、重整器和余热锅炉，不同的燃料(如天然气、甲醇)重整温度有所变化，需相应地调整系统结构，实现最佳换热匹配。与同样输出的分产系统相比较，效率可提高5～9个百分点，化石能源节约率可达11～19％。可见，本发明具有良好的经济性和广阔的工程应用前景。

Description

回热循环和低温多效蒸馏海水淡化热力循环装置及方法
技术领域
本发明涉及一种结合化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的热力循环装置。
本发明还涉及一种利用上述装置实现化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的方法。
背景技术
目前与本发明相关的技术主要包括利用化学回热循环发电技术和低温多效蒸馏海水淡化技术，其各自技术的发展状况和系统特征如下：
1)利用化学回热循环发电技术
化学回热循环在燃气透平Brayton循环的基础上引进了燃料的化学重整反应，当燃料为甲烷时，反应主要为：
Figure B2009102378485D0000011
ΔH＝206.11kJ/(mol CH4)
Figure B2009102378485D0000012
ΔH＝-41.17kJ/(mol CO)
Figure B2009102378485D0000013
当燃料是甲醇时，反应主要为：
Figure B2009102378485D0000014
ΔH＝49.47kJ/(mol CH3OH)
它们都是吸热反应，压力越小、温度越高、水碳比越高，燃料转化率越高。燃料转化为合成气后，燃料的热值得以改善，相比原来余热锅炉、回热器中对烟气余热的物理回收过程，化学回热循环增添了重整器中对烟气余热的化学回收过程，从而使循环达到较高的效率。尽管甲烷完全重整的温度在800℃以上，但受透平排烟温度限制，化学回热循环中甲烷重整温度通常为500～600℃，也即按照温度对口、能量梯级利用原则，重整器加热侧与透平排烟出口连接；相较而言，甲醇在200～300℃即可实现完全重整，故按照温度对口、能量梯级利用原则，重整器置于透平、回热器的下游。Kesser等人1994年模拟结果表明：以甲烷为燃料的基本化学回热循环(无间冷再热)的热效率达到48.8％，高于相同注汽率下的注蒸汽循环。同时，由于合成气中含有大量的水蒸汽，循环的NOx排放相当低、比功大幅提高，但随之而来的高水耗也成为其发展的瓶颈。
2)低温多效蒸馏海水淡化技术
我国沿海地区大部分存在严重的缺水问题，而沿海又是我国工业发达地区和人口密集地区。辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海等沿海省市水资源严重低于全国平均水平，其中以天津最为严重，天津人均水资源量居于全国人均水资源的最后一位，仅为153m3/人，是全国人均水资源的6.9％。解决沿海水资源短缺问题对我国经济的可持续发展具有重要意义，海水淡化被认为是21世纪中国解决沿海地区淡水资源短缺问题的重要措施之一。
多效蒸馏法历史悠久，通常设置8～12效，产水能耗为238.7～375kJ/kg淡水。目前具有商业价值的脱盐技术有竖管蒸馏和水平管蒸馏，其他方法由于结垢严重而被淘汰。以色列IDE公司生产的低温多效与其他生产厂家产品不同的是系统不设预热器，其最大特点是无承压换热管束，海水对产品淡水不易产生污染，产品水质易于得到保证，只是装置的热力性能有所降低，其产品系列中最大单机容量已达到21000t/d的规模。由于采用低温蒸馏过程，系统内最高海水温度不高于70℃，可以使用廉价的铝合金材料，因为使用了廉价的铝合金材料，可以通过增加效数和传热面积达到所需的造水比，保证低温运行时仍有较高的热力性能。
国内多效蒸馏法在食品、化工等行业得到一定的运用，用于海水淡化的只有小型装置的研究，目前国内企业已开发出适用于海水的铝合金换热管材，并已批量出口，为国产低温多效海水淡化技术的研究开发创造了有利条件。
对于热电联产海水淡化技术，蒸汽喷射器是必不可少的。因为电厂汽轮机抽汽压力很难与蒸馏法海水淡化装置需要的参数吻合。因此，可以引入蒸汽喷射器利用抽汽的富裕压头将装置中某一效的蒸汽引射压缩，共同作为加热蒸汽使用，既提高了造水比，又减少了系统运行消耗的冷却水、泵功。
发明内容
本发明的目的是提供一种回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的热力循环装置。
本发明还涉及一种利用上述装置实现化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的方法。
为实现上述目的，本发明提供的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的装置，主要包括：
空气压气机：将空气升压至Brayton循环的最高压力；
燃料压气机：将燃料升压至重整反应的压力；
第一淡水增压泵：将淡水升压至重整反应的压力；
第二淡水增压泵：将淡水升压至动力蒸汽的压力；
混合室：压缩后燃料与过热水蒸汽在此混合后送入重整器；
重整器：由烟气供热，使燃料与水蒸汽进行化学重整反应；
燃烧室：合成气和空气发生燃烧反应，得到高温气体；
燃气透平：高温燃气膨胀做功；
回热器：对合成气、部分压缩后空气进行加热并冷却燃气透平排气；
发电机：燃气透平连接，将燃气透平产生机械功转化为电能输出；
余热锅炉：由烟气供热，加热淡水流股生成动力蒸汽；
蒸汽喷射器：利用动力蒸汽的富裕压头，将蒸馏装置中间的蒸汽引射压缩，共同作为加热蒸汽送入第一效对海水进行加热；
蒸发器：海水被蒸汽加热后，在饱和压力下实现低温蒸发。
所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，还包括以下设备：
预热器：除尾效外，每一效生成的蒸汽先对下一效蒸发器进料口分流出的海水进行预热，再送往下一效蒸发器提供海水蒸发所需热量；
闪蒸器：在蒸发器中冷凝的热源蒸汽在此经历一个压降，二次蒸发；
冷凝器：尾效产生的蒸汽送入其间进行冷凝，同时对低温多效蒸馏系统的进料海水进行预热；
收集器：收集贮存各效生成的淡水；
第三淡水增压泵：将生成的淡水加压到环境压力。
所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，当甲烷作燃料时，重整器热侧进口为燃气透平排气，出口连接余热锅炉，冷侧进口连接混合室，出口连接燃烧室；
余热锅炉冷侧进口有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、混合室作重整反应用蒸汽；
混合室进口与甲烷压气机出口、余热锅炉冷侧出口相连接，出口与重整器进料口连接。
所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，当甲醇作燃料时，回热器热侧进口为燃气透平排气，出口连接重整器，冷侧进口与空气压气机出口、重整器出口相连接，出口连接燃烧室；
重整器热侧进口连接回热器，出口连接余热锅炉，进料口与余热锅炉甲醇、反应用水蒸汽出口相连接，出料口连接燃烧室；
余热锅炉冷侧进口除了与甲醇增压泵连接以外，还有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、重整器作反应用蒸汽。
本发明提供的利用上述装置实现回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的方法，以甲烷或甲醇为燃料，主要为：
化学回热循环中，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水经加压后送入余热锅炉加热，再进入混合室与压缩后的甲烷燃料气体混合，送入重整器发生吸热反应，生成的合成气送入燃烧室，与压缩后的空气燃烧生成高温燃气，送入燃气透平膨胀做功，实现动力输出；或
化学回热循环中，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水与甲醇经加压后送入余热锅炉加热，再进入重整器发生吸热反应，生成的合成气与压缩后的空气经回热器加热之后，送入燃烧室燃烧生成高温燃气，送入燃气透平膨胀做功，实现动力输出；
低温多效蒸馏海水淡化系统中，动力蒸汽抽取自余热锅炉，送往蒸汽喷射器，引射入第五效的蒸汽，混和为加热蒸汽送往第一效加热海水，冷凝后一部分重新送入余热锅炉加热生成新的动力蒸汽，另一部分进入闪蒸器，压降生成部分蒸汽，余下的水进入下一级闪蒸器；闪蒸出的蒸汽与第一效产生的蒸汽、浓海水都进入第二效，对其中海水进行加热，生成新的蒸汽与浓海水，以此类推，只有第五效的部分蒸汽作为引射蒸汽被吸进喷射器；最后一效和最后一级闪蒸器的蒸汽送入尾部冷凝器对海水进行预热，所有冷凝水都进入收集器中提升至环境压力，一部分供给化学回热循环重整反应所需，另一部分作为淡水产品输出。
所述的方法中，烟气自燃气透平排出后，温度从高到低依次流经重整器、余热锅炉进行余热回收。
所述的方法中，驱动低温多效蒸馏海水淡化系统的动力蒸汽是由淡水流股在余热锅炉中被加热、回收烟气余热所得，重整反应所需的淡水是由低温多效蒸馏海水淡化系统所提供。
所述的方法中，余热锅炉冷侧有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、混合室作重整反应用蒸汽。
所述的方法中，余热锅炉流出的送往重整器发生反应的过热蒸汽，先送入混合室，与压缩后的空气预混，再送入重整器发生化学反应。
所述的方法中，重整反应生成的合成气直接送入燃烧室。
本发明可以有效地解决低排放、高效率的化学回热循环耗水量大的难题，及对中低温燃气透平排烟余热提供一种有效的回收方法，即用来做热法海水淡化，生产淡水。
附图说明
图1a为根据本发明的甲烷化学回热与低温多效蒸馏海水淡化联产系统流程图。
图1b为根据本发明的甲烷化学回热与低温多效蒸馏海水淡化联产系统中的低温多效蒸馏海水淡化部分流程图。
图2a为根据本发明的甲醇化学回热与低温多效蒸馏海水淡化联产系统流程图。
图2b为根据本发明的甲醇化学回热与低温多效蒸馏海水淡化联产系统低温多效蒸馏海水淡化部分流程图。
具体实施方式
本发明提供的结合化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的复合热力循环系统，是化学回热循环(顶循环)以空气为循环工质，在Brayton循环基础上引入燃料化学重整反应，富余的烟气余热加热水生成动力蒸汽，驱动低温多效蒸馏海水淡化系统(底循环)，生成的淡水一部分送回顶循环供重整反应所需，其余作为产品输出，实现系统功、水联供，主要设备包括：
空气压气机：将空气升压至Brayton循环的最高压力；
甲烷压气机：当燃料是甲烷时，将甲烷气体升压至重整反应的压力(考虑压损)；
甲醇增压泵：当燃料是甲醇时，将甲醇升压至重整反应的压力(考虑压损)；
第一淡水增压泵：将淡水升压至重整反应的压力(考虑压损)；
第二淡水增压泵：将淡水升压至动力蒸汽的压力(考虑压损)；
混合室：当燃料是甲烷时，压缩后甲烷气体与过热水蒸汽在此混合后送入重整器；
重整器：由烟气供热，使得燃料与水蒸汽在一定的压力下进行化学重整反应；
燃烧室：合成气和空气发生燃烧反应，得到高温气体；
燃气透平：高温燃气膨胀做功；
回热器：当燃料是甲醇时，对合成气、部分压缩后空气进行加热并冷却燃气透平排气；
发电机与燃气透平连接，将燃气透平产生机械功转化为电能输出；
余热锅炉：由烟气供热，加热淡水流股生成动力蒸汽，当燃料是甲烷时：将送入混合室的水加热至过热态；当燃料是甲醇时：将送入重整器的水加热至过热态，同时对送入重整器的甲醇进行预热；
蒸汽喷射器：利用动力蒸汽的富裕压头，将低温多效蒸馏装置中间某一效的蒸汽引射压缩，共同作为加热蒸汽送入第一效对海水进行加热；
蒸发器：海水被蒸汽加热到一定温度后，在饱和压力下实现低温蒸发。
预热器：每一效(尾效除外)生成的蒸汽先对下一效蒸发器进料口分流出的海水进行预热，再送往下一效蒸发器提供海水蒸发所需热量；
闪蒸器：已在蒸发器中冷凝的热源蒸汽在此经历一个压降，二次蒸发；
冷凝器：尾效产生的蒸汽送入其间进行冷凝，同时对低温多效蒸馏系统的进料海水进行预热；
收集器：收集贮存各效生成的淡水；
第三淡水增压泵：将生成的淡水加压到环境压力。
上述各设备之间的连接均为通常采用的管道连接。
所述的结合化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的复合热力循环系统，其特征在于：当甲烷作燃料时，重整反应温度在500～600℃，按照温度对口、能量梯级利用原则，重整器布置为热侧进口为燃气透平排气，出口连接余热锅炉，冷侧进口连接混合室，出口连接燃烧室；余热锅炉冷侧进口有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、混合室作重整反应用蒸汽；混合室进口与甲烷压气机出口、余热锅炉冷侧出口相连接，出口与重整器进料口连接。
所述的结合化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的复合热力循环系统，其特征在于：当甲醇作燃料时，重整反应温度在200～300℃，按照温度对口、能量梯级利用原则，回热器布置为热侧进口为燃气透平排气，出口连接重整器，冷侧进口与空气压气机出口、重整器出口相连接，出口连接燃烧室；重整器布置为热侧进口连接回热器，出口连接余热锅炉，进料口与余热锅炉甲醇、反应用水蒸汽出口相连接，出料口连接燃烧室；余热锅炉冷侧进口除了与甲醇增压泵连接以外，还有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、重整器作反应用蒸汽。
本发明利用上述装置实现热力循环的方法：
化学回热循环以甲烷作燃料时，重整反应温度在500～600℃，按照温度对口、能量梯级利用原则，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水经加压后送入余热锅炉加热，再进入混合室与压缩后的甲烷气体混合，送入重整器发生吸热反应，生成的合成气送入燃烧室，与压缩后的空气燃烧生成高温燃气，送入燃气透平膨胀做功，实现动力输出；
化学回热循环以甲醇作燃料时，重整反应温度在200～300℃，按照温度对口、能量梯级利用原则，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水与甲醇经加压后送入余热锅炉加热，再进入重整器发生吸热反应，生成的合成气与压缩后的空气经回热器加热之后，送入燃烧室燃烧生成高温燃气，送入燃气透平膨胀做功，实现动力输出；
低温多效蒸馏海水淡化系统中，动力蒸汽抽取自余热锅炉，送往蒸汽喷射器，引射入第五效的蒸汽，混和为加热蒸汽送往第一效加热海水，冷凝后一部分重新送入余热锅炉加热生成新的动力蒸汽，另一部分进入闪蒸器，经压降生成部分蒸汽，余下的水进入下一级闪蒸器；闪蒸出的蒸汽与第一效产生的蒸汽(流经预热器)、浓海水都进入第二效，对其中海水进行加热，生成新的蒸汽与浓海水，以此类推，只有第五效的部分蒸汽作为引射蒸汽被吸进喷射器。最后第九效和第九级闪蒸器的蒸汽送入尾部冷凝器对海水进行预热，所有冷凝水都进入收集器中，经淡水增压泵3提升至环境压力，一部分供给化学回热循环重整反应所需，另一部分作为淡水产品输出。
所述的结合化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的热力循环系统的流程，其特征在于：
以甲烷作燃料时，重整反应温度在500～600℃，按照温度对口、能量梯级利用原则，烟气自燃气透平排出后，温度从高到低依次流经重整器、余热锅炉进行余热回收；驱动低温多效蒸馏海水淡化系统的动力蒸汽是由淡水流股在余热锅炉中被加热、回收烟气余热所得，重整反应所需的淡水是由低温多效蒸馏海水淡化系统所提供；余热锅炉冷侧有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、混合室作重整反应用蒸汽；余热锅炉流出的送往重整器发生反应的过热蒸汽，先送入混合室，与压缩后的空气预混，再送入重整器发生化学反应；重整器中反应生成的合成气直接送入燃烧室。
以甲醇作燃料时，重整反应温度在200～300℃，按照温度对口、能量梯级利用原则，烟气自燃气透平排出后，温度从高到低依次流经回热器、重整器、余热锅炉进行余热回收；驱动低温多效蒸馏海水淡化系统的动力蒸汽是由淡水流股在余热锅炉中被加热、回收烟气余热所得，重整反应所需的淡水是由低温多效蒸馏海水淡化系统所提供；余热锅炉冷侧除了有加压后的甲醇流股，还有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、重整器作重整反应用蒸汽；回热器冷侧是合成气流股以及压缩后的空气流股。
本发明通过系统集成把化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统有机结合为一个整体，实现了水电联产、优势互补；同时系统结构相对简单，运行可靠安全，以甲烷、甲醇作燃料，燃烧室注入水蒸汽，降低了污染物排放，更加环保。可见，该系统具有热力性能优秀、经济性好和环保性强等显著优点。
下面将结合相应附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
以甲烷为燃料的具体实施例1参看图1(a)、图1(b)，本发明的主要部分为以空气为主要循环工质的化学回热循环及低温多效蒸馏海水淡化系统。其中：1-第一淡水增压泵；2-余热锅炉；3-混和室；4-甲烷压气机；5-重整器；6-燃烧室；7-空气压气机；8-燃气透平；9-发电机；10-第二淡水增压泵；11-蒸汽喷射器；12-预热器；13-蒸发器；14-闪蒸器；15-冷凝器；16-收集器；17-第三淡水增压泵。
上述系统中的连接为公知技术，本发明在此不作具体描述。
系统流程描述：
该系统主要包括化学回热循环及低温多效蒸馏海水淡化系统。
动力循环中，低温多效蒸馏海水淡化系统(LT-MED-TVC)供给的重整反应所需的水(S5)经过第一淡水增压泵1加压后(S6)送入余热锅炉2加热，加热后的淡水(S7)再进入混合室3与甲烷压气机4压缩后的甲烷气体(S4)混合，混合的气体(S8)送入重整器5发生吸热反应，生成的合成气(S9)送入燃烧室6，与空气压缩机7压缩后的空气(S2)在燃烧室6燃烧生成高温燃气(S10)，燃气(S10)送入燃气透平8膨胀做功，实现动力输出。做功后的烟气(S11)自燃气透平8排出后，温度从高到低依次流经重整器5和余热锅炉2进行余热回收。
请参阅图1b，为本发明的低温多效蒸馏海水淡化系统(LT-MED-TVC)中，动力蒸汽(S16)抽取自余热锅炉2，送往蒸汽喷射器11，引射入第五效的蒸汽(S23)，混和为加热蒸汽(S22)送往第一效加热海水，冷凝后一部分水汽(S14)经过第二淡水增压泵10重新送入余热锅炉2加热生成新的动力蒸汽，冷凝后的另一部分水汽(S27)进入第一级闪蒸器14，经压降生成部分蒸汽(S28)，余下的水进入下一级闪蒸器14；闪蒸出的蒸汽(S28)与第一效产生的蒸汽(流经预热器12)(S25)、浓海水(S26)都进入第二效，对其中海水进行加热，生成新的蒸汽与浓海水，以此类推，只有第五效的部分蒸汽作为引射蒸汽被吸进蒸汽喷射器11。最后第九效和第九级闪蒸器的蒸汽(S30)送入尾部冷凝器15对海水(S19)进行预热，所有冷凝水都进入收集器16中，经第三淡水增压泵17提升至环境压力(S17)，一部分供给化学回热循环重整反应所需(S5)，另一部分作为淡水产品输出(S18)。
以甲烷为燃料的具体实施例1在平衡工况性能参数见表1。主要有关条件为：系统稳态运行状况下，压气机效率89％；燃烧室燃烧效率100％，压损为3％；燃气透平等熵效率88％，重整器压损8％，节点温差20℃，余热锅炉节点温差15℃。
以甲烷为燃料的具体实施例1循环平衡工况状态参数见表2，热力性能参数参看表3，如表3所示，压比为15、透平进气温度为1308℃，动力蒸汽温度为140℃、低温多效蒸馏海水淡化系统设九效、从第五效引射蒸汽的基本工况下，循环净输出功为484.3kW、产水量为0.54kg/s、效率为45.2％。相对同样输出的分产系统，联产系统
Figure B2009102378485D0000102
效率提高5.1个百分点，化石能源节约率达到11.4％，实现了相应量的CO2减排。
以甲醇为燃料的实施例2参看图2a和图2b，本发明的主要部分为以空气为主要循环工质的化学回热循环及低温多效蒸馏海水淡化系统。其设备与实施例1基本相同，不同之处是设置有甲醇增压泵(3’)；回热器(4’)。
上述系统中的连接为公知技术，本发明在此不作具体描述。
系统流程描述：
该系统主要包括化学回热循环及低温多效蒸馏海水淡化系统。
动力循环中，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水(S5)经第一淡水增压泵1加压，同时甲醇(S3)经甲醇增压泵3’增压后一起送入余热锅炉加热(S6、S4)，再进入重整器发生吸5热反应(S8、S7)，生成的合成气(S9)与压缩后的空气(S2)经回热器4’加热之后(S10、S11)，送入燃烧室燃烧生成高温燃气(S12)，送入燃气透平8膨胀做功，实现动力输出。烟气(S13)自燃气透平8排出后，温度从高到低依次流经回热器4’(S14)、重整器5(S15)、余热锅炉2(S16)进行余热回收。
低温多效蒸馏海水淡化系统中，动力蒸汽(S19)抽取自余热锅炉，送往蒸汽喷射器11，引射入第五效的蒸汽(S26)，混和为加热蒸汽(S25)送往第一效加热海水，冷凝后一部分水汽(S17)重新送入余热锅炉加热生成新的动力蒸汽，另一部分水汽(S29)进入闪蒸器14，经压降生成部分蒸汽(S30)，余下的水进入下一级闪蒸器；闪蒸出的蒸汽(S30)与第一效产生的蒸汽(S27)流经预热器、浓海水(S28)都进入第二效，对其中海水进行加热，生成新的蒸汽与浓海水，以此类推，只有第五效的部分蒸汽作为引射蒸汽被吸进喷射器。最后第九效和第九级闪蒸器的蒸汽(S32)送入尾部冷凝器对海水(S20)进行预热，所有冷凝水都进入收集器中，经淡水增压泵3提升至环境压力(S23)，一部分供给化学回热循环重整反应所需(S5)，另一部分作为淡水产品输出(S24)。
以甲醇为燃料的具体实施例2在平衡工况性能参数见表1。主要有关条件为：系统稳态运行状况下，压气机效率89％；燃烧室燃烧效率100％，压损为3％；燃气透平等熵效率88％，重整器压损8％，节点温差20℃，余热锅炉节点温差15℃。
以甲醇为燃料的具体实施例2循环平衡工况状态参数见表4，热力性能参数参看表5，如表5所示，压比为15、透平进气温度为1308℃，动力蒸汽温度为140℃、低温多效蒸馏海水淡化系统设置九效、从第五效引射蒸汽的基本工况下，循环净输出功为735.0kW、产水量为0.7kg/s、
Figure B2009102378485D0000111
效率为46.2％。相对同样输出的分产系统，联产系统
Figure B2009102378485D0000112
效率提高8.9个百分点，化石能源节约率达到19.3％，实现了相应量的CO2减排。
本发明作为一个结合化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的功、水联供热力循环系统，充分利用了化学回热循环低排放、高效率的优点，产水部分原料取自海水，使用常规的动力循环设备，运行可靠性高。相对同样输出的分产系统，提高了效率，节约了化石燃料，减少了CO2排放，热力性、环保性俱优，具有广阔的工程应用前景。
表1：系统主要性能参数
Figure B2009102378485D0000121
表2：实施例1循环平衡工况状态参数
Figure B2009102378485D0000122
注：空气压气机进口空气质量流率设为1kg/s
表3：实施例1系统热力性能数据
Figure B2009102378485D0000131
表3中：
Figure B2009102378485D0000132
效率＝(净输出功率+淡水
Figure B2009102378485D0000133
)/燃料输入
Figure B2009102378485D0000134
表4：实施例2循环平衡工况状态参数
  物流   温度(℃)   压力(bar)   流率(kg/s)   物流   温度(℃)   压力(bar)   流率(kg/s)
  S1   25.0   1.01   1.000   S11   560.0   14.56   0.796
  S2   418.6   14.86   0.796   S12   1308.3   14.13   0.873
  S3   25.0   1.01   0.037   S13   580.3   1.06   1.067
  S4   25.7   16.32   0.037   S14   434.4   1.04   1.067
  S5   25.0   1.01   0.040   S15   367.6   1.03   1.067
  S6   25.1   16.32   0.040   S16   107.5   1.01   1.067
  S7   156.5   16.15   0.037   S17   25.0   1.01   0.040
  S8   201.8   16.15   0.040   S18   25.1   16.32   0.040
  S9   250.0   14.86   0.077   S19   140.0   3.44   0.062
  S10   560.0   14.56   0.077   S24   25.0   1.01   0.69
注：空气压气机进口空气质量流率设为1kg/s
表5实施例2系统热力性能数据
Figure B2009102378485D0000135
表5中：
Figure B2009102378485D0000136
效率＝(净输出功率+淡水
Figure B2009102378485D0000137
)/燃料输入
Figure B2009102378485D0000138

Claims (10)

1.一种回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的装置，主要包括：
空气压气机：将空气升压至Brayton循环的最高压力；
燃料压气机：将燃料升压至重整反应的压力；
第一淡水增压泵：将淡水升压至重整反应的压力；
第二淡水增压泵：将淡水升压至动力蒸汽的压力；
混合室：压缩后燃料与过热水蒸汽在此混合后送入重整器；
重整器：由烟气供热，使燃料与水蒸汽进行化学重整反应；
燃烧室：合成气和空气发生燃烧反应，得到高温气体；
燃气透平：高温燃气膨胀做功；
回热器：对合成气、部分压缩后空气进行加热并冷却燃气透平排气；
发电机：燃气透平连接，将燃气透平产生机械功转化为电能输出；
余热锅炉：由烟气供热，加热淡水流股生成动力蒸汽；
蒸汽喷射器：利用动力蒸汽的富裕压头，将蒸馏装置中间的蒸汽引射压缩，共同作为加热蒸汽送入第一效对海水进行加热；
蒸发器：海水被蒸汽加热后，在饱和压力下实现低温蒸发。
2.如权利要求1所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，还包括以下设备：
预热器：除尾效外，每一效生成的蒸汽先对下一效蒸发器进料口分流出的海水进行预热，再送往下一效蒸发器提供海水蒸发所需热量；
闪蒸器：在蒸发器中冷凝的热源蒸汽在此经历一个压降，二次蒸发；
冷凝器：尾效产生的蒸汽送入其间进行冷凝，同时对低温多效蒸馏系统的进料海水进行预热；
收集器：收集贮存各效生成的淡水；
第三淡水增压泵：将生成的淡水加压到环境压力。
3.如权利要求1所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，当甲烷作燃料时，重整器热侧进口为燃气透平排气，出口连接余热锅炉，冷侧进口连接混合室，出口连接燃烧室；
余热锅炉冷侧进口有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、混合室作重整反应用蒸汽；
混合室进口与甲烷压气机出口、余热锅炉冷侧出口相连接，出口与重整器进料口连接。
4.如权利要求1所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，当甲醇作燃料时，回热器热侧进口为燃气透平排气，出口连接重整器，冷侧进口与空气压气机出口、重整器出口相连接，出口连接燃烧室；
重整器热侧进口连接回热器，出口连接余热锅炉，进料口与余热锅炉甲醇、反应用水蒸汽出口相连接，出料口连接燃烧室；
余热锅炉冷侧进口除了与甲醇增压泵连接以外，还有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、重整器作反应用蒸汽。
5.一种利用权利要求1所述装置实现回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的方法，以甲烷或甲醇为燃料，主要为：
化学回热循环中，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水经加压后送入余热锅炉加热，再进入混合室与压缩后的甲烷燃料气体混合，送入重整器发生吸热反应，生成的合成气送入燃烧室，与压缩后的空气燃烧生成高温燃气，送入燃气透平膨胀做功，实现动力输出；或
化学回热循环中，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水与甲醇经加压后送入余热锅炉加热，再进入重整器发生吸热反应，生成的合成气与压缩后的空气经回热器加热之后，送入燃烧室燃烧生成高温燃气，送入燃气透平膨胀做功，实现动力输出；
低温多效蒸馏海水淡化系统中，动力蒸汽抽取自余热锅炉，送往蒸汽喷射器，引射入第五效的蒸汽，混和为加热蒸汽送往第一效加热海水，冷凝后一部分重新送入余热锅炉加热生成新的动力蒸汽，另一部分进入闪蒸器，压降生成部分蒸汽，余下的水进入下一级闪蒸器；闪蒸出的蒸汽与第一效产生的蒸汽、浓海水都进入第二效，对其中海水进行加热，生成新的蒸汽与浓海水，以此类推，只有第五效的部分蒸汽作为引射蒸汽被吸进喷射器；最后一效和最后一级闪蒸器的蒸汽送入尾部冷凝器对海水进行预热，所有冷凝水都进入收集器中提升至环境压力，一部分供给化学回热循环重整反应所需，另一部分作为淡水产品输出。
6.如权利要求5所述的方法，其中，烟气自燃气透平排出后，温度从高到低依次流经重整器、余热锅炉进行余热回收。
7.如权利要求5所述的方法，其中，驱动低温多效蒸馏海水淡化系统的动力蒸汽是由淡水流股在余热锅炉中被加热、回收烟气余热所得，重整反应所需的淡水是由低温多效蒸馏海水淡化系统所提供。
8.如权利要求5所述的方法，其中，余热锅炉冷侧有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、混合室作重整反应用蒸汽。
9.如权利要求5所述的方法，其中，余热锅炉流出的送往重整器发生反应的过热蒸汽，先送入混合室，与压缩后的空气预混，再送入重整器发生化学反应。
10.如权利要求5所述的方法，其中，重整反应生成的合成气直接送入燃烧室。
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