CN102840112A - 新型海水淡化温差发电联合装置 - Google Patents

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Abstract

一种新型海水淡化温差发电联合装置由开式热泵装置、海水冷冻淡化装置和直接传热式海水温差发电装置三部分联合组成，开式热泵利用深海冷海水动态制冰，冰经洗涤化为淡水后可与表层温海水获得高达约24℃温差的可利用能量，发电可利用温差大，发电效率很高，结构简单，成本低投资小，发电稳定性好，易于维护，并且副产淡水，还可以大规模利用风电制冰蓄能，特别适用于低纬度海岛配套风电用作淡水、电、冷联供工程。

Description

新型海水淡化温差发电联合装置
技术领域
本发明涉及一种海水温差发电装置，尤其是一种新型海水淡化温差发电联合装置。
背景技术
海水温差发电技术，是以海洋受太阳能加热的表层温海水（25℃～28℃）作高温热源，而以500米～l000米深处的冷海水（4℃～7℃）作低温热源，用热机组成的热力循环系统进行发电的技术。从高温热源到低温热源，可能获得总温差15℃～20℃左右的有效能量。最终可能获得具有工程意义的11℃温差的能量。根据所用工质及流程的不同，一般可分为开式循环、闭式循环，目前接近实用化的是闭式循环方式。开式循环发电系统主要由真空泵、冷水泵、温水泵、冷凝器、蒸发器、汽轮机、发电机组等组成。真空泵将系统内抽到一定真空，起动温水泵把表层的温海水抽入蒸发器，由于系统内已保持有一定的真空度，所以温海水就在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽。蒸汽经管道由喷嘴喷出推动汽轮机运转，带动发电机发电。从汽轮机排出的废汽进入冷凝器，被由冷水泵从深层海水中抽上的冷海水所冷却，重新凝结为水，并排入海中， 其冷凝水基本上是去盐水，可以做为淡水供应需要，但因以海水作工作流体和介质，蒸发器与冷凝器之间的压力非常小，必须使用极大的透平，各种损耗大，目前没有实用价值。闭式循环系统采用一些低沸点的物质（如丙烷、异丁烷、氟利昂、氨等）作为工作流体，在闭合回路中反复进行蒸发、膨胀、冷凝。因为系统使用低沸点工作流体，蒸汽的压力得到提高，系统工作时，温水泵把表层温海水抽上送往蒸发器，通过蒸发器内的盘管把一部分热量传递给低沸点的工作流体，例如氨水，氨水从温海水吸收足够的热量后，开始沸腾并变为氨气，氨气经过汽轮机膨胀作功，推动汽轮机旋转；汽轮机排出的氨气进入冷凝器，被冷水泵抽上的深层冷海水冷却后重新变为液态氨，用氨泵把冷凝器中的液态氨重新压进蒸发器，以供循环使用；闭式循环系统的优点是可采用小型涡轮机，整套装置可以实现小型化，海水不用脱气，免除了这一部分动力需求；其缺点是有效发电温差小，蒸发器和凝汽器采用表面式换热器，有换热温差损失，靠海水流动传热，换热效率不高，传热能力小，并且换热器体积巨大，金属消耗量大，维护困难。
发明内容
为了克服海水温差开式循环发电系统以海水作工作流体和介质，蒸发器与冷凝器之间的压力非常小，必须使用极大的透平，各种损耗大，目前没有实用价值的不足，以及为了克服海水温差闭式循环系统有效发电温差小，蒸发器和凝汽器采用表面式换热器，有换热温差损失，靠海水流动传热，换热效率不高，传热能力小，并且换热器体积巨大，金属消耗量大，维护困难的不足, 本发明提供一种新型海水淡化温差发电联合装置，该新型海水淡化温差发电联合装置由开式热泵装置、海水冷冻淡化装置和直接传热式海水温差发电装置三部分联合组成；开式热泵装置不采用表面式换热器，热冷传递过程中冷媒作开式循环，冷媒与水直接接触并发生气液相变进行热交换，无换热温差损失，低压液态冷媒直接接触海水，通过蒸发吸热同时海水动态制冰淡化，加压气态冷媒直接接触冷水通过冷凝放热；海水冷冻淡化装置采用直接接触动态制冰，冰晶经洗涤再入蓄冰装置；直接传热式海水温差发电装置采用双开式循环发电系统，采用一些难溶于水的低沸点的物质如丁烷等作为冷媒，利用温海水与冰的温差，在开式回路中反复进行蒸发、膨胀、冷凝，液态冷媒在发电蒸发器中与温海水直接混合换热，气态冷媒在发电冷凝器中与冰水直接混合换热；这样达到使该新型海水淡化温差发电联合装置发电可利用温差大，没有换热温差，热利用率高，换热效率很高，传热能力很大，没有中间换热元件，结构简单，成本低投资小，发电稳定性好，易于维护，并且副产淡水，还可以大规模利用风电制冰蓄能的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该新型海水淡化温差发电联合装置由开式热泵装置、海水冷冻淡化装置和直接传热式海水温差发电装置三部分联合组成，开式热泵装置和海水冷冻淡化装置共用蒸发器，海水冷冻淡化装置和直接传热式海水温差发电装置共用发电冷凝器；蒸发器的冷媒进出口是敞开式的，冷凝器的冷媒进出口是敞开式的；发电蒸发器的冷媒进出口是敞开式的，发电冷凝器的冷媒进出口是敞开式的；开式热泵装置主要包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀等，海水冷冻淡化装置主要包括蒸发器、洗涤分离器、蓄冰装置、发电冷凝器等；直接传热式海水温差发电装置主要包括发电蒸发器、膨胀机、发电冷凝器、工质泵等；它还包括系统内相连接的管道、附件及检测控制装置；蓄冰装置与洗涤分离器相连接；发电冷凝器与蓄冰装置相连接。开式热泵流程中，蒸发器中的低压气态冷媒通过压缩机加压后进入冷凝器，加压气态冷媒在冷凝器中直接接触冷海水通过冷凝为液态放热，油水分离后的液态冷媒通过节流阀进入蒸发器直接接触冷海水，通过蒸发吸收海水制冰的凝固相变热同时海水动态制冰，完成循环；冷海水由冷却水进水管进入冷凝器，经吸热后经过冷却水出水管外排；冷媒采用难溶于水的低沸点物质如丁烷等。海水冷冻淡化流程中，冷海水通过冷海水进水管进入蒸发器，海水在蒸发器中动态制冰，冰浆再进入洗涤分离器；洗涤淡水由洗涤水管进入，浓海水由浓海水出水管排出，洗涤分离器可以是多级式的；洗涤后的冰浆进入蓄冰装置，蓄冰装置可采用方便用于海洋中的低成本囊式蓄冰装置，由于采用蓄冰装置，可以大规模利用风电制冰蓄冰；蓄冰装置中的冰进入发电冷凝器吸热转化为淡水由淡水排水管排出。直接传热式海水温差发电流程中，发电蒸发器冷媒进出口是开放式的，液态冷媒直接与温海水混合，发电蒸发器有温海水进出水管；发电冷凝器冷媒进出口是开放式的，气态冷媒直接与冰水混合；它还包括系统内相连接的管道、附件及检测控制装置；直接传热式海水温差发电装置有保压装置；发电蒸发器中的高压气态冷媒进入膨胀机膨胀做功发电降温降压，低温低压气态冷媒进入发电冷凝器，在发电冷凝器中与冰水混合直接放热给冰水，冰化为淡水由淡水排水管排出，同时冷媒液化，油水分离后的液态冷媒通过工质泵压入发电蒸发器与温海水混合吸热蒸发为高压气态，这样形成发电循环；冷媒采用难溶于水的低沸点物质如丁烷等。
本发明的有益效果是，该新型海水淡化温差发电联合装置发电可利用温差大，没有换热温差，热利用率高，换热效率很高，传热能力很大，没有中间换热元件，结构简单，成本低投资小，发电稳定性好，易于维护，并且副产淡水，还可以大规模利用风电制冰蓄能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图1是本发明较佳实施例的示意图。
图中1.蒸发器、2.洗涤水管、3.压缩机、4.冷却水进水管、5.冷凝器、6.冷却水出水管、7.温海水进水管、8.温海水出水管、9.发电蒸发器、10.膨胀机、11.工质泵、12.淡水排水管、13.发电冷凝器、14.囊式蓄冰装置、15.浓海水出水管、16.洗涤分离器、17.节流阀、18.冷海水进水管。
具体实施方式
在附图1所示实施例中，该新型海水淡化温差发电联合装置由开式热泵装置、海水冷冻淡化装置和直接传热式海水温差发电装置三部分联合组成，开式热泵装置和海水冷冻淡化装置共用蒸发器（1），海水冷冻淡化装置和直接传热式海水温差发电装置共用发电冷凝器（13）；蒸发器（1）的冷媒进出口是敞开式的，冷凝器（5）的冷媒进出口是敞开式的；发电蒸发器（9）的冷媒进出口是敞开式的，发电冷凝器（13）的冷媒进出口是敞开式的；开式热泵装置主要包括蒸发器（1）、压缩机（3）、冷凝器（5）、节流阀（17）等，海水冷冻淡化装置主要包括蒸发器（1）、洗涤分离器（16）、囊式蓄冰装置（14）、发电冷凝器（13）等；直接传热式海水温差发电装置主要包括发电蒸发器（9）、膨胀机（10）、发电冷凝器（13）、工质泵（11）等；它还包括系统内相连接的管道、附件及检测控制装置；囊式蓄冰装置（14）与洗涤分离器（16）相连接；发电冷凝器（13）与囊式蓄冰装置（14）相连接。开式热泵流程中，蒸发器（1）中的低压气态冷媒通过压缩机（3）加压后进入冷凝器（5），加压气态冷媒在冷凝器（5）中直接接触冷海水通过冷凝为液态放热，油水分离后的液态冷媒通过节流阀（17）进入蒸发器（1）直接接触冷海水，通过蒸发吸收海水制冰的凝固相变热同时海水动态制冰，完成循环；冷海水由冷却水进水管（4）进入冷凝器（5），经吸热后经过冷却水出水管（6）外排；冷媒采用丁烷。海水冷冻淡化流程中，深海冷海水通过冷海水进水管（18）进入蒸发器（1），海水在蒸发器（1）中动态制冰，冰浆再进入洗涤分离器（16）；洗涤淡水由洗涤水管（2）进入，浓海水由浓海水出水管（15）排出，洗涤后的冰浆进入囊式蓄冰装置（14）；囊式蓄冰装置（14）中的冰进入发电冷凝器（13）吸热转化为淡水由淡水排水管（12）排出。直接传热式海水温差发电流程中，发电蒸发器（9）冷媒进出口是开放式的，液态冷媒直接与温海水混合，发电蒸发器（9）有温海水进水管（7）、温海水出水管（8）；发电冷凝器（13）冷媒进出口是开放式的，气态冷媒直接与冰水混合；它还包括系统内相连接的管道、附件及检测控制装置；直接传热式海水温差发电装置有保压装置；发电蒸发器（9）中的高压气态冷媒进入膨胀机（10）膨胀做功发电降温降压，低温低压气态冷媒进入发电冷凝器（13），在发电冷凝器（13）中与冰水混合直接放热给冰水，冰化为淡水由淡水排水管（12）排出，同时冷媒液化，油水分离后的液态冷媒通过工质泵（11）压入发电蒸发器（9）与温海水混合吸热蒸发为高压气态，这样形成发电循环；冷媒采用丁烷。

Claims (9)

1.一种新型海水淡化温差发电联合装置，主要包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀、洗涤分离器、蓄冰装置、发电冷凝器、膨胀机、发电蒸发器、工质泵等，它还包括系统内相连接的管道、附件及检测控制装置，其特征是：该新型海水淡化温差发电联合装置由开式热泵装置、海水冷冻淡化装置和直接传热式海水温差发电装置三部分联合组成。
2.根据权利要求1所述的新型海水淡化温差发电联合装置，其特征是：开式热泵装置和海水冷冻淡化装置共用蒸发器。
3.根据权利要求1所述的新型海水淡化温差发电联合装置，其特征是：海水冷冻淡化装置和直接传热式海水温差发电装置共用发电冷凝器。
4.根据权利要求1所述的新型海水淡化温差发电联合装置，其特征是：蒸发器的冷媒进出口是敞开式的。
5.根据权利要求1所述的新型海水淡化温差发电联合装置，其特征是：冷凝器的冷媒进出口是敞开式的。
6.根据权利要求1所述的新型海水淡化温差发电联合装置，其特征是：发电蒸发器的冷媒进出口是敞开式的。
7.根据权利要求1所述的新型海水淡化温差发电联合装置，其特征是：发电冷凝器的冷媒进出口是敞开式的。
8.根据权利要求1所述的新型海水淡化温差发电联合装置，其特征是：蓄冰装置与洗涤分离器相连接。
9.根据权利要求1所述的新型海水淡化温差发电联合装置，其特征是：发电冷凝器与蓄冰装置相连接。
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