CN102642975A - 火电厂闪蒸联合冷冻海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闪蒸联合冷冻的火电厂海水淡化系统，它由供水系统、多级闪蒸系统、冷冻系统、热泵系统和火电厂热系统组成。所述的供水系统分别通过管道与多级闪蒸系统、冷冻系统、火电厂热系统连接；所述的冷冻系统通过热泵系统、多级闪蒸系统与火电厂热系统连接。本发明对多级闪蒸系统末级闪蒸室的结构设计，有效地回收与利用了冷冻系统的放热量和多级闪蒸系统的淡化水余热，并向冷冻系统提供融化冰晶所需的水蒸汽，从而使多级闪蒸系统的淡化水产量增加，并保证了冷冻系统的淡化水不受污染。本发明对供水系统的优化设计和多级闪蒸系统的热源选择使整个系统得到了高度集成和整体优化。故本发明具有淡化水产量大，淡化水品质高，能量综合利用更完善的特点。

Description

火电厂闪蒸联合冷冻海水淡化系统

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，特别是涉及一种利用闪蒸法与冷冻法进行联合生产的火电厂闪蒸联合冷冻海水淡化系统。

背景技术

目前海水淡化方法主要有多级闪蒸法、多效蒸馏法、反渗透法、冷冻法等。当今海水淡化装置仍以多级闪蒸法产水量最大，技术最成熟，运行安全性高，其主要与火力发电厂联合建设，适合于大型和超大型淡化装置。但多级闪蒸法仍存在能耗较高，海水淡化成本较高的缺点，如何有效降低能耗同时进一步提高装置造水能力对于降低多级闪蒸海水淡化成本显得十分重要。而冷冻法的使用则以正丁烷直接接触冷冻法最为方便、可靠，在目前的大、中型海水淡化工厂中应用较为普遍。但是该方法的工艺流程中利用正丁烷蒸汽融化冰晶的步骤，不仅正丁烷蒸汽的热量没有得到高效利用，而且必须使用分离器进行分离过程以得到淡水，由于水不可避免地受到少量正丁烷的污染，造成得到的淡水难以直接饮用，因此极大地限制了该方法的使用，如何改进正丁烷冷冻法的工艺流程从而得到高品质的淡水直接关系着该方法的未来发展前景。另外，目前与火力发电厂联合建设的海水淡化装置一般采用汽轮机低压抽汽作为动力热源，被抽出的蒸汽在汽轮机内引起做功不足，因此火电厂的热经济性将会降低。如果海水淡化装置可以合理利用火电厂的废热以替代部分抽汽的放热量，则海水淡化装置所用抽汽量将减少，火电厂的热经济性受到的影响也会变小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用闪蒸法和冷冻法进行联合生产的火电厂海水淡化系统，它具备淡化水产量大、淡化水品质高、能量利用率高的特点，从而适合于建设大型的火电厂海水淡化工程的需要。

为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种利用闪蒸法和冷冻法进行联合生产的火电厂海水淡化系统，它包括供水系统、多级闪蒸系统、冷冻系统、热泵系统和火电厂热系统；所述的供水系统分别通过管道与多级闪蒸系统、冷冻系统、火电厂热系统连接；所述的冷冻系统通过热泵系统、多级闪蒸系统与火电厂热系统连接；所述的多级闪蒸系统包括多个带有冷凝管和淡水槽及盐水槽的闪蒸室、排污加热器、抽汽加热器与淡化冷凝器；所述的多个闪蒸室相互连通；从闪蒸室出来的进料海水管道先后曲折或盘旋穿过排污加热器和抽汽加热器；所述的末级闪蒸室的盐水槽内布置换热管道和热泵系统的冷凝管道，末级闪蒸室除外的其它闪蒸室的淡水槽与淡水汇集管相连接，淡水汇集管与末级闪蒸室的换热管道相连接；末级闪蒸室的顶部设置蒸汽出口管道，蒸汽出口管道分为两路支管，一路蒸汽支管曲折或盘旋穿过淡化冷凝器，另一路蒸汽支管与冷冻系统的融化室相连通；所述的冷冻系统包括冷冻室、洗涤室、融化室和多条管道；所述的冷冻室与供水系统的冷冻用水管相连通，所述的洗涤室与供水系统的冷冻回水管相连通，所述的融化室的进汽管道与末级闪蒸室顶部引出的蒸汽管道相连接。

所述的供水系统包括供水池、绝热冷海水管、冷海水泵、冷却用水管、闪蒸用水管、冷冻用水管、冷冻回水管；所述的供水池通过绝热冷海水管与海水连接，在绝热冷海水管上设置冷海水泵；所述的供水池分别通过冷却用水管、闪蒸用水管与火电厂热系统、多级闪蒸系统相连接；所述的供水池通过冷冻用水管、冷冻回水管与冷冻系统相连接。

所述的热泵系统包括蒸发室、压缩机、冷凝管道、节流阀和多条管道；所述的蒸发室同时作为冷冻系统的冷冻室，所述的冷凝管道布置在多级闪蒸系统的末级闪蒸室的盐水槽内；在冷凝管道与冷冻室连接的两条管道上分别安装有压缩机和节流阀。

所述的火电厂热系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器等；从锅炉引出经扩容后的排污水管道穿过排污加热器后引至其他用热设备，从汽轮机引出的抽汽管道穿过抽汽加热器后返回锅炉，供水系统的冷却用水管先穿过淡化冷凝器后再曲折或盘旋穿过凝汽器排向外界。

采用上述方案后，本发明具有以下几个方面的优点：

一、能量利用率高。供水系统通过绝热冷海水管和冷海水泵抽取大海深处的冷海水，并且通过冷冻用水管、冷冻回水管使供水池与冷冻系统形成了循环回路，由于冷冻系统不断地向供水池输送冷冻后的海水，因此供水池的海水温度将维持在低温水平，供水系统的水温与常温相比大幅度降低。冷海水作为冷冻系统的进料海水，将不需要经过预冷过程，减少了冷冻法的预冷工序。冷海水作为多级闪蒸系统的进料海水，可增加多级闪蒸系统的闪蒸级数，增加淡化水产量。冷海水作为火电厂的冷却水，将降低排汽的凝结温度，提高火电厂的热经济性。

二、设备简单，淡化水品质高。本发明对正丁烷冷冻法的工艺流程进行了技术革新：经压缩后的高压正丁烷蒸汽不再直接进入融化室完成融化冰晶的单独用途，而是进入多级闪蒸系统的末级闪蒸室放出汽化潜热，从而得到一定数量的水蒸汽，然后引出其中的一部分水蒸汽返回冷冻系统并进入融化室融化冰晶。这项工艺革新不仅使高压正丁烷蒸汽的热量得到二次利用从而得到更多的淡化水，而且完全避免了冷冻系统所得的淡水遭受正丁烷的污染，直接省去了原工艺的分离器及分离过程。新的冷冻系统不仅实现了设备和工序的简化，而且得到了不受污染的优质淡化水。

三、淡化水产量大。本发明对多级闪蒸系统的热源选择和末级闪蒸室的结构进行了改进，热源选择的改进体现在：多级闪蒸系统的进料海水先后利用排污水热量和抽汽热量两级加热，排污水的废热得到了回收和利用，从而减少了抽汽量的使用，能量综合利用更加合理完善。末级闪蒸室的结构改进具体体现在：利用在末级闪蒸室的盐水槽内布置加热管道的方法，使多级闪蒸系统所得淡化水的余热得到了回收和利用；利用在末级闪蒸室的盐水槽内布置热泵系统的冷凝管道的方法，使热泵系统的输出热量在多级闪蒸系统中得到了回收和利用，上述两种热量的利用使得多级闪蒸系统得到了额外的更多的淡化水。而通过在末级闪蒸室顶部设置蒸汽出口管道，可以向冷冻系统提供了融化冰晶所需的蒸汽。

综上所述，本发明的冷冻系统与单独运行的正丁烷冷冻系统相比具有设备简单、工序简化、淡化水品质高的特点；本发明的多级闪蒸系统与单独运行的多级闪蒸系统相比具有闪蒸级数更多，淡化水产量更大，能量综合利用更完善的特点；同时本发明的供水系统使冷冻系统、多级闪蒸系统、火电厂热系统的性能都得到了优化。因此，本发明的火电厂闪蒸联合冷冻海水淡化系统是一种行之有效的高度集成和整体优化的海水淡化新系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种利用闪蒸法和冷冻法进行联合生产的火电厂海水淡化系统，它包括供水系统1、多级闪蒸系统2、冷冻系统3、热泵系统4和火电厂热系统5。

所述的供水系统1分别通过管道与多级闪蒸系统2、冷冻系统3、火电厂热系统5连接；所述的冷冻系统3通过热泵系统4、多级闪蒸系统2与火电厂热系统5连接。

所述的供水系统1包括供水池10、绝热冷海水管11、冷海水泵12、冷却用水管13、闪蒸用水管14、冷冻用水管15、冷冻回水管16。所述的供水池10通过绝热冷海水管11与海水连接，在绝热冷海水管11上设置冷海水泵12。所述的供水池10分别通过冷却用水管13、闪蒸用水管14与火电厂热系统5、多级闪蒸系统2相连接；所述的供水池10通过冷冻用水管15、冷冻回水管16与冷冻系统3相连接。

所述的多级闪蒸系统2由多个闪蒸室20、排污加热器24、抽汽加热器25和淡化冷凝器26组成。在本实施例中，闪蒸室20由三个相互连通的闪蒸室201、202、203构成。所述的闪蒸室20带有冷凝管21和淡水槽22及盐水槽23。从闪蒸室201出来的进料海水管道先后曲折或盘旋穿过排污加热器24和抽汽加热器25。末级闪蒸室203的盐水槽23内布置换热管道27和热泵系统4的冷凝管道43。末级闪蒸室203除外的闪蒸室201、202的淡水槽22与淡水汇集管28相连接，淡水汇集管28与末级闪蒸室203的换热管道27相连接。末级闪蒸室203的顶部布置蒸汽出口管道29，蒸汽出口管道29分为两路支管，一路蒸汽支管曲折或盘旋穿过淡化冷凝器26，另一路蒸汽支管与冷冻系统3的融化室33相连通。

所述的冷冻系统3由冷冻室31、洗涤室32、融化室33和多条管道组成。冷冻室31与冷冻用水管15相连通，来自洗涤室32的冷冻回水管16与供水池10相连通。冷冻室31与洗涤室32连通，洗涤室32与融化室33连通，融化室33的进汽管道与末级闪蒸室203顶部引出的蒸汽管道29相连接，连接融化室33出口的淡水输出管道34分为两路，一路通过管道连通洗涤室32的入口，一路作为产品（淡水）排出。

所述的热泵系统4由蒸发室31、压缩机42、冷凝管道43、节流阀44和多条管道组成；所述的蒸发室31同时作为冷冻系统3的冷冻室31，所述的冷凝管道43布置在多级闪蒸系统2的末级闪蒸室203的盐水槽23内；在冷凝管道43与冷冻室31连接的两条管道上分别安装有压缩机42和节流阀44。

所述的火电厂热系统5由锅炉51、汽轮机52、凝汽器53等组成。从锅炉51引出经扩容后的排污水管道54穿过排污加热器24后引至其他用热设备，从汽轮机52引出的抽汽管道55穿过抽汽加热器25返回锅炉，冷却用水管13先穿过淡化冷凝器26后再曲折或盘旋穿过凝汽器53排向外界。

本发明的工作原理：

如图2所示，冷海水从供水池10分三路H1、H3、H5引出，分别前往多级闪蒸系统2，冷冻系统3，火电厂热系统5。

一路冷海水H1流经末级闪蒸室203和由闪蒸室201、202组成的闪蒸室级组并冷凝各级闪蒸室20的蒸汽同时被预热，预热海水先后利用排污水热量和低压抽汽热量进行加热达到最高盐水温度后，依次流经压力逐渐降低的闪蒸室级组和末级闪蒸室203，逐级蒸发，逐渐降温，直到其温度接近于原低温海水，然后形成低温浓海水H2排向外界。闪蒸室级组和末级闪蒸室203冷凝所得的淡化水汇集在一起后作为产品A排出。

一路冷海水H3进入冷冻室31中与正丁烷直接接触并放热结成冰，含冰的淤浆经由洗涤室32冲洗后，冰块进入融化室33与从末级闪蒸室203出口蒸汽管道引来的水蒸汽直接接触混合形成淡化水，大部分淡化水作为产品B排出，小部分淡化水送到洗涤室32作为洗涤用水，洗涤室32排出的低温浓海水H4通过冷冻回水管16返回到供水池10。

闪蒸室级组产生的蒸汽被冷凝后变成淡化水汇集到淡水汇集管28，然后流经末级闪蒸室203盐水槽23（如图1所示）内的换热管道27对末级闪蒸室203内的海水进行加热；热泵系统4产生的经压缩后正丁烷蒸汽流经末级闪蒸室203盐水槽23内的冷凝管道43对末级闪蒸室203内的海水进行加热，同时被冷凝成液体经节流后返回冷冻室31。上述两种加热方式所得的闪发蒸汽从末级闪蒸室203的出口蒸汽管道29引出，一部分蒸汽经过淡化冷凝器26凝结成淡水作为产品C排出，另一部分蒸汽前往融化室33融化冰晶形成淡水作为产品B排出。

一路冷海水H5流经淡化冷凝器26对末级闪蒸室203引出的蒸汽进行冷凝后前往火电厂热系统5（如图1所示）。

本发明的重点在于：从冷冻系统的冷冻室吸热而形成的正丁烷蒸汽经压缩后流经多级闪蒸系统的末级闪蒸室盐水槽内的冷凝管道对末级闪蒸室内的海水进行加热同时被冷凝成液体返回冷冻室，末级闪蒸室由此所得的闪发蒸汽的一部分引回冷冻系统的融化室融化冰晶形成淡水。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，各管路的布置可有多种方式，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种火电厂闪蒸联合冷冻海水淡化系统，其特征在于：它包括供水系统、多级闪蒸系统、冷冻系统、热泵系统和火电厂热系统；所述的供水系统分别通过管道与多级闪蒸系统、冷冻系统、火电厂热系统连接；所述的冷冻系统通过热泵系统、多级闪蒸系统与火电厂热系统连接；所述的多级闪蒸系统包括多个带有冷凝管和淡水槽及盐水槽的闪蒸室、排污加热器、抽汽加热器与淡化冷凝器；所述的多个闪蒸室相互连通；从闪蒸室出来的进料海水管道先后曲折或盘旋穿过排污加热器和抽汽加热器；所述的末级闪蒸室的盐水槽内布置换热管道和热泵系统的冷凝管道，末级闪蒸室除外的其它闪蒸室的淡水槽与淡水汇集管相连接，淡水汇集管与末级闪蒸室的换热管道相连接；末级闪蒸室的顶部设置蒸汽出口管道，蒸汽出口管道分为两路支管，一路蒸汽支管曲折或盘旋穿过淡化冷凝器，另一路蒸汽支管与冷冻系统的融化室相连通；所述的冷冻系统包括冷冻室、洗涤室、融化室和多条管道；所述的冷冻室与供水系统的冷冻用水管相连通，所述的洗涤室与供水系统的冷冻回水管相连通，所述的融化室的进汽管道与末级闪蒸室顶部引出的蒸汽管道相连接。

2.根据权利要求1所述的火电厂闪蒸联合冷冻海水淡化系统，其特征在于：所述的供水系统包括供水池、绝热冷海水管、冷海水泵、冷却用水管、闪蒸用水管、冷冻用水管、冷冻回水管；所述的供水池通过绝热冷海水管与海水连接，在绝热冷海水管上设置冷海水泵；所述的供水池分别通过冷却用水管、闪蒸用水管与火电厂热系统、多级闪蒸系统相连接；所述的供水池通过冷冻用水管、冷冻回水管与冷冻系统相连接。

3.根据权利要求1所述的火电厂闪蒸联合冷冻海水淡化系统，其特征在于：所述的热泵系统包括蒸发室、压缩机、冷凝管道、节流阀和多条管道；所述的蒸发室同时作为冷冻系统的冷冻室，所述的冷凝管道布置在多级闪蒸系统的末级闪蒸室的盐水槽内；在冷凝管道与冷冻室连接的两条管道上分别安装有压缩机和节流阀。

4.根据权利要求1所述的火电厂闪蒸联合冷冻海水淡化系统，其特征在于：所述的火电厂热系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器等；从锅炉引出经扩容后的排污水管道穿过排污加热器后引至其他用热设备，从汽轮机引出的抽汽管道穿过抽汽加热器后返回锅炉，供水系统的冷却用水管先穿过淡化冷凝器后再曲折或盘旋穿过凝汽器排向外界。

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