CN103375206A - 电力和水联合产生系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及并提供一种电力和水联合产生系统,该电力和水联合产生系统包括蒸汽发生器、水产生设备、以及加热器,加热器用于对水进行加热并且将受热水提供给蒸汽发生器以产生蒸汽。

Description

电力和水联合产生系统以及方法
技术领域
本发明涉及电力和水联合产生系统。
背景技术
电力和水联合产生系统产生蒸汽并且使用蒸汽来驱动蒸汽涡轮以产生电力。在涡轮中膨胀之后,蒸汽还用于产生水。例如,蒸汽可以用于海水淡化厂中,以对盐水进行加热从而提取废物并且产生可饮用水。
根据系统的设计要求,电力和水联合产生系统产生处于不同水平的电力与水的比。为了产生不同比的水和电力,使用具有多个蒸汽鼓的余热蒸汽发生器(HRSG)。多个蒸汽鼓提供处于不同的温度和压力下的输出蒸汽。HRSG从燃气涡轮排放物接收高温气体并且有时通过补充燃烧来加强以产生用于水和/或电力产生的额外的蒸汽。为了提高HRSG中补充燃烧的水平,中间压力鼓和较低压力鼓的蒸汽产生能力降低并且HRSG以及水厂或电厂的总体效率降低。具体而言,本文中所公开的主题涉及用于从蒸汽涡轮提取一部分蒸汽以对进入发电机的水进行加热的系统,从而在采用不同水平的补充燃烧来实现电力与水的比时改进系统效率。
发明内容
根据本发明的一个方面,一种电力和水联合产生系统包括:蒸汽发生器,蒸汽发生器用于产生蒸汽;发电组件,发电组件用于从蒸汽发生器接收蒸汽,以使用蒸汽产生电力,并且输出排放物;水产生设备,水产生设备用于从发电组件接收排放物并且使用排放物来产生第一液态水;以及加热器,加热器用于对第二液态水进行加热并且将由加热器进行加热的第二液态水提供给蒸汽发生器以产生蒸汽。
根据本发明的另一个方面,一种在水和电力联合产生系统中提供水和电力的方法包括:在蒸汽发生器处产生蒸汽;向发电组件提供蒸汽以产生电力;将蒸汽提供给水产生设备以产生第一液态水;以及在将第二液态水供给至蒸汽发生器之前对蒸汽发生器所使用的第二液态水进行加热。
根据本发明的又一个方面,一种电力和水联合产生系统包括:蒸汽发生器,蒸汽发生器用于产生蒸汽;发电组件,发电组件用于通过蒸汽产生电力;水产生设备,水产生设备用于接收非可饮用水并且使用蒸汽来产生可饮用水;以及加热器,加热器用于在水被提供给蒸汽发生器之前对水进行加热。
通过下文结合附图的描述,这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。
附图说明
本发明的保护范围在权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述,本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的,在附图中:
图1是根据本发明电力和水联合产生系统的实施例的方框图。
图2是电力和水联合产生系统的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的余热蒸汽发生器的方框图。
图4是根据本发明的另一个实施例的余热蒸汽发生器的方框图。
图5是示出了根据本发明的实施例的对电力和水联合产生系统进行操作的方法的流程图。
参照附图通过示例的详细的描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的联合电力和水系统1(“系统1”)的方框图。系统1包括余热蒸汽发生器(“HRSG”)10、发电组件20、水产生设备30、以及加热器40。在附图中,实线箭头2、7、和8代表液态水,实线箭头5(图2)代表来自水产生设备30的残余水,虚线箭头3(以及图3中的6)代表来自HRSG10的蒸汽,虚点划线箭头4代表来自发电组件20的蒸汽,并且箭头9代表气体流。
HRSG10接收气体流9并且从加热器40接收水2。在一个实施例中,气体流9作为受热气体流被引向HRSG10,并且HRSG10使用受热气体流9在一个或多个预定的压力和温度下将水转化成蒸汽且将蒸汽3输出至发电组件20以驱动发电组件20。发电组件20使用蒸汽3来产生电力。来自发电组件20的蒸汽4被供给至水产生设备30和加热器40中的每一个。
水产生设备30使用排放蒸汽4a来将输入液态水7转化成输出液态水8。根据一个实施例,水产生设备30是海水淡化设备,输入液态水7是盐水,并且输出液态水8是可饮用水。海水淡化设备通过排放蒸汽4a对盐水7进行加热,以从盐水提取废物从而产生可饮用水8。
加热器40从发电组件20接收蒸汽4b且从水产生设备30接收液态水2,并且在将液态水2提供给HRSG10之前对液态水2进行加热。由于液态水2在被提供给HRSG10之前受热,因此HRSG10将液态水2转化成蒸汽3所需的能量较少,从而使得HRSG10更高效。在一个实施例中,从相对于排放物位于上游的低压蒸汽涡轮24提取蒸汽4b,使得相比被提供给水产生设备30的蒸汽4a,被提供给加热器40的蒸汽4b具有较高的能量水平。
图2更详细地示出了根据一个实施例的联合电力和水系统1。
在图2中所示的实施例中,发电组件20包括高压蒸汽涡轮22、低压蒸汽涡轮24、以及发电机26。高压蒸汽涡轮22从HRSG10接收蒸汽3,蒸汽3对轴28进行驱动。在驱动高压蒸汽涡轮22之后,蒸汽3接着被提供给低压蒸汽涡轮24。连接至高压蒸汽涡轮22和低压蒸汽涡轮24的轴28对发电机26进行驱动以产生电力。
尽管图2仅示出了高压蒸汽涡轮22和低压蒸汽涡轮24,但是可以使用任何数量和类型的涡轮。例如,发电组件20可以包括一个或多个中间压力蒸汽涡轮、多个高压蒸汽涡轮22或低压蒸汽涡轮24、以及双流蒸汽涡轮。在备选实施例中,发电组件可以包括一个或多个燃气涡轮。在另一些其它的实施例中,发电组件包括多个发电机26,并且高压蒸汽涡轮22可以连接至与低压蒸汽涡轮24所连接的不同的轴,以对与低压蒸汽涡轮24不同的发电机26进行驱动。
HRSG10包括:节能器11,节能器11用于对液态水2进行加热;蒸发器12,蒸发器12包括蒸汽鼓13,以使来自节能器11的水蒸发从而产生蒸汽;以及过热器14,过热器14用于对蒸汽3进行加热并且将蒸汽输出至发电组件20。根据备选实施例,HRSG10包括多个蒸发器,以产生处于不同压力水平的蒸汽。
图3示出了HRSG10包括多个蒸发器的实施例的示例。在图3中,低压节能器11对液态水2进行加热并且将受热液态水2输出至低压蒸发器12(与图2的蒸发器12相对应)。低压蒸发器12使水2蒸发以产生蒸汽,并且将蒸汽输出至低压过热器21,低压过热器21将处于低压的蒸汽6输出至低压蒸汽涡轮24。液态水2还被输出至高压节能器15,以对液态水2进行加热并且将受热液态水2输出至包括蒸汽鼓17的高压蒸发器16。高压蒸发器16将蒸汽输出至过热器14,过热器14对蒸汽进行进一步加热并且将蒸汽3输出至高压蒸汽涡轮22。
根据图4中所示的另一个实施例,HRSG10包括燃烧器18,以对HRSG10中的气体流进行进一步加热,从而使得能够产生额外的蒸汽。燃烧器18定位在第一过热器14(与图2的过热器14相对应)与第二过热器19之间。受热和加压蒸汽3从第二过热器19被输出至发电组件20。
根据各个实施例,尽管图2至图4示出了HRSG10的不同实施例,但是HRSG10可以包括任何数量和种类的节能器、蒸发器、过热器、以及燃烧器,以产生处于不同的温度和压力下的蒸汽。
参照图2,水产生设备30从低压蒸汽涡轮24接收排放蒸汽4a,并且使用排放蒸汽4a来产生液态水8。根据一个实施例,输入液态水7是盐水并且输出液态水8是可饮用水。排放蒸汽4a用于对盐水进行加热,以将水中的盐和废物与水分离,从而产生可饮用水8。在产生输出液态水8之后,水产生设备30输出过量的排放蒸汽4a作为残余水5。残余水5可以是凝结水或蒸汽、或者凝结水与蒸汽的组合。凝结水泵52泵取残余水5,并且将所获得的液态水2传输至加热器40。在图2中所示的实施例中,加热器40是给水加热器。液态水2由蒸汽4b进行加热并且传输至水库51(也称作除气器)。预受热的液态水2传输至HRSG10以产生蒸汽3,并且由于液态水2是已经受热的,因此HRSG10的操作更高效,原因是对HRSG10中的水进行加热并且使HRSG10中的水蒸发所花费的能量较少。具体而言,在利用多个蒸发器的实施例中,例如图3中所示的实施例中,通过加热器40对液态水2进行预加热使得能够使用其它的蒸发器来提供处于其它压力下的蒸汽。
在一个实施例中,在对加热器40中的液态水2进行加热之后,蒸汽4c与残余水5结合并且凝结成液态水2,液态水2接着被HRSG10使来产生蒸汽3,如上文所讨论的。因此,蒸汽4c和残余水5被再次获得并且再次用于在发电组件20处产生电力且在水产生设备30处产生可饮用液态水8。
在本发明中应当理解,液态水2、7、和8、蒸汽4、残余水5、以及蒸汽3和6代表分子流而不是在一个时间点处于一个位置处的特定分子。例如,在说明书中所公开以及权利要求书中所列举的一些实施例中,蒸汽4b被描述成对第二液态水2进行加热,并且接着凝结和成为由蒸汽4b进行加热的第二液态水2的一部分。本发明并不表示具有气态形式的蒸汽4b中的分子对具有液态形式的蒸汽4b中的分子进行加热。相反,组成蒸汽4c的气态流的分子凝结成液态形式以成为第二液态水2的一部分。接着,现在组成第二液态水2的分子由组成蒸汽4b的流的后续分子进行加热。
图5示出了根据本发明的实施例的产生电力和水的方法。在操作61中,由蒸汽发生器产生蒸汽,例如由图1至图4中所示的HRSG10产生蒸汽。在操作62中,蒸汽被输出至发电组件,以使用蒸汽产生电力。在操作63中,来自发电组件的排放物被提供给水产生设备以产生水。例如,如果水产生设备是海水淡化厂,那么排放物对盐水进行加热,以使盐水中的水与盐和其它的废物分离。根据一些实施例,蒸汽直接从蒸汽发生器(例如代替来自发电组件的排放物或者除了来自发电组件的排放物之外的HRSG10)被提供给水产生设备。
在操作64中,来自水产生设备的残余水凝结成液态水。在操作65中,液态水由加热器进行加热。在一个实施例中,加热器是使用来自发电组件的受热排放物来对加热器中的液态水进行加热的给水加热器。
在操作66中,受热液态水被提供给蒸汽发生器以产生蒸汽,并且在操作61处再次开始循环。由于液态水在被供给至蒸汽发生器之前受热,因此蒸汽发生器能够以提高的效率进行操作。
根据上文的实施例,由于液态水在被提供给蒸汽发生器之前受热,因此将液态水转化成蒸汽所需的能量较少,并且蒸汽发生器能够以提高的效率进行操作。具体而言,对于不同水平的功率与水的比而言,在将液态水提供给蒸汽发生器之前使液态水的温度升高允许发电机以较高水平的效率进行操作。此外,来自发电单元(例如蒸汽涡轮)的排放物用于产生可饮用水、对被提供给HRSG的水进行加热,并且接着被转化成将被提供给HRSG以产生用于蒸汽涡轮的蒸汽的水。因此,水和蒸汽在HRSG/发电/水产生系统中再次循环,从而以提高的效率进行操作。
尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述,但是应当易于理解,本发明并不限于这种所公开的实施例。相反,能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外,尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述,但是应当理解,本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此,本发明并不受到上文的描述的限制,而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims (20)

1.一种电力和水联合产生系统,所述电力和水联合产生系统包括:
蒸汽发生器,所述蒸汽发生器用于产生蒸汽;
发电组件,所述发电组件用于从所述蒸汽发生器接收所述蒸汽,以使用所述蒸汽产生电力,并且输出排放物;
水产生设备,所述水产生设备用于从所述发电组件接收所述排放物并且使用所述排放物来产生第一液态水;以及
加热器,所述加热器用于对第二液态水进行加热并且将由所述加热器进行加热的所述第二液态水提供给所述蒸汽发生器以产生所述蒸汽。
2.根据权利要求1所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述蒸汽发生器是余热蒸汽发生器(HRSG),所述余热蒸汽发生器包括:至少一个节能器,所述至少一个节能器用于使所述第二液态水的温度升高;至少一个蒸发器,所述至少一个蒸发器用于使来自所述至少一个节能器的所述第二液态水蒸发以产生所述蒸汽;以及至少一个过热器,所述至少一个过热器用于使所述蒸汽过热。
3.根据权利要求2所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述HRSG包括至少两个蒸发器,以在不同的压力下将蒸汽从所述HRSG输出至所述发电组件。
4.根据权利要求2所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述HRSG包括至少一个燃烧器,所述至少一个燃烧器用于使所述蒸汽的温度升高。
5.根据权利要求1所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述发电组件包括至少一个蒸汽涡轮。
6.根据权利要求5所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述至少一个蒸汽涡轮包括至少一个高压蒸汽涡轮和至少一个低压蒸汽涡轮。
7.根据权利要求5所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,从所述发电组件输出的所述排放物是受热蒸汽。
8.根据权利要求7所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述排放物被提供给所述加热器以对所述第二液态水进行加热。
9.根据权利要求7所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述水产生设备是海水淡化厂,并且
所述排放物作为残余水从所述水产生设备输出。
10.根据权利要求9所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述电力和水联合产生系统还包括冷凝器,所述冷凝器用于对所述残余水进行冷凝。
11.根据权利要求10所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述排放物被提供给所述加热器,以对所述第二液态水进行加热,并且
从所述加热器输出的所述排放物由所述冷凝器进行冷凝。
12.根据权利要求11所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述冷凝器将所述第二液态水输出至所述加热器。
13.根据权利要求1所述的电力和水联合产生系统,其特征在于:
所述发电组件是蒸汽涡轮,所述水产生设备是海水淡化厂,并且所述加热器是给水加热器,
所述第一液态水是从所述水产生设备输出的可饮用水,
来自所述发电组件的所述排放物是受热蒸汽并且被提供给所述水产生设备,以对盐水进行加热从而产生所述可引用水,
所述第二液态水包括从所述水产生设备输出的残余水,并且
来自所述发电组件的所述排放物被提供给所述给水加热器,以对从所述水产生设备输出的残余水进行加热。
14.一种在水和电力联合产生系统中提供水和电力的方法,所述方法包括:
在蒸汽发生器处产生蒸汽;
向发电组件提供所述蒸汽以产生电力;
将所述蒸汽提供给水产生设备,以产生第一液态水;以及
在将第二液态水供给至所述蒸汽发生器以产生蒸汽之前对所述第二液态水进行加热。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,对所述蒸汽发生器所使用的所述第二液态水进行加热包括通过来自所述发电组件的排放物对所述第二液态水进行加热。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述第一液态水是可饮用水,并且
所述水产生设备使用所述蒸汽来产生所述可饮用水并且在所述蒸汽被用于产生所述可饮用水之后将由来自所述蒸汽的水所组成的残余水排出。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述第二液态水包括所述残余水,并且
所述方法还包括对来自所述水产生设备的所述残余水进行冷凝。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,所述方法还包括对由所述发电组件输出并且用于对所述第二液态水进行加热的排放蒸汽进行冷凝,
其中所述第二液态水包括先前用于对所述第二液态水进行加热的冷凝排放蒸汽。
19.一种电力和水联合产生系统,所述电力和水联合产生系统包括:
蒸汽发生器,所述蒸汽发生器用于产生蒸汽;
发电组件,所述发电组件用于通过所述蒸汽产生电力;
水产生设备,所述水产生设备用于接收非可饮用水并且使用所述蒸汽来产生可饮用水;以及
加热器,所述加热器用于在水被提供给所述蒸汽发生器之前对所述水进行加热。
20.根据权利要求19所述的电力和水联合产生系统,其特征在于,所述水产生设备从所述发电组件接收所述蒸汽,
所述加热器使用从所述发电组件输出的蒸汽对所述水进行加热,并且
至少一部分由所述加热器进行加热的所述水是来自所述水产生设备的冷凝蒸汽。
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