CN103912452B - 一种电、热、水联产方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电、热、水联产方法及系统，包括风能发电机、电解单元、垃圾焚烧单元、汽轮发电机、海水淡化蒸发器及海水淡化单元。风能发电机分别与电解单元及海水淡化单元连接；风能发电机产生第一电能用于外部电网供电、淡化海水及电解水产生H2和O2。电解单元分别与垃圾焚烧单元及汽轮发电机连接；H2和O2传输至垃圾焚烧单元对垃圾焚烧单元中的垃圾进行焚烧，将产生的高温燃烧气体作为热能回收并转化为蒸汽。垃圾焚烧单元与汽轮发电机连接；蒸汽传输至汽轮发电机驱动汽轮发电机产生第二电能；汽轮发电机发电的过程中还产生乏汽用于低温多效蒸馏海水淡化及外部供热。本发明提供的电、热、水联产方法及系统能持续的产生电能、热能以及淡水资源供生产、生活使用。

Description

一种电、热、水联产方法及系统
技术领域
本发明涉及能源技术领域，特别涉及一种电、热、水联产方法及系统。
背景技术
当前，以煤炭、石油作为主要燃料的国家，已面临严重的环境污染，我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，一次性能源生产和消费65％左右为煤炭，大量使用煤炭，使66％的中国城市大气中颗粒物含量以及22％的城市空气二氧化硫含量超过国家空气质量二级标准。长期以来这种以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式带来了严重的环境污染。面对当前化石能源消耗带来的严重环境危机，调整能源结构已迫在眉睫。新能源与二次能源比重的提升传递着“绿色经济”正在兴起的信息，2012年《京都议定书》到期后，温室气体减排机制将进一步促进绿色经济的全面发展。如何面对“后京都议定书时代”，新能源与二次能源利用成了我们势在必行的发展之路。为了发展国内海水淡化产业，国务院于2012年2月初下发了《关于加快发展海水淡化产业的意见》。意见明确了“十二五”期间我国海水淡化的发展目标，也就是到2015年，淡化能力达到220至260万立方米/日，是现在淡化能力的四倍。制约海水淡化发展的因素之一为制水成本高，电价、蒸汽价格决定制水成本，如何降低电和蒸汽价格便成了降低淡化成本的关键因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够将新能源(如风能)和二次能源(如垃圾)综合利用，可持续的产生电能、热能以及淡水资源的电、热、水联产方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电、热、水联产方法，包括：利用风能发电产生第一电能，将所述第一电能分别用于外部电网供电、海水淡化以及电解水产生H2和O2；将所述H2和O2分别作为燃烧剂和助燃剂，并采用富氧燃烧技术对垃圾进行焚烧，将产生的高温燃烧气体作为热能回收并转化为蒸汽；利用所述蒸汽驱动汽轮发电机发电产生第二电能，将所述第二电能分别用于外部电网供电、海水淡化以及电解水产生H2和O2；在所述汽轮发电机发电的过程中还产生乏汽用于外部供热；将海水淡化后得到的淡水输出，作为正常的淡水资源使用。
进一步地，还包括：将所述乏汽通往海水淡化蒸发器蒸馏海水生产除盐水，利用所述除盐水电解水产生H2和O2。
进一步地，所述海水淡化采用RO膜法。
本发明还提供了一种电、热、水联产系统，包括：风能发电机、电解单元、垃圾焚烧单元、汽轮发电机、海水淡化蒸发器及海水淡化单元；所述风能发电机分别与所述电解单元及海水淡化单元连接；所述风能发电机产生第一电能分别用于外部电网供电、所述海水淡化单元淡化海水以及在所述电解单元中电解水产生H2和O2；所述电解单元分别与所述垃圾焚烧单元及所述汽轮发电机连接；所述H2和O2传输至所述垃圾焚烧单元，并对所述垃圾焚烧单元中的垃圾进行焚烧，将产生的高温燃烧气体作为热能回收并转化为蒸汽；所述垃圾焚烧单元与所述汽轮发电机连接；所述蒸汽传输至所述汽轮发电机并驱动所述汽轮发电机产生第二电能；所述汽轮发电机发电的过程中还产生乏汽用于外部供热；所述汽轮发电机与所述海水淡化单元连接；所述第二电能分别用于外部电网供电、所述海水淡化单元淡化海水以及在所述电解单元中电解水产生H2和O2。
进一步地，还包括：海水淡化蒸发器；所述海水淡化蒸发器分别与所述汽轮发电机及所述电解单元连接；所述乏汽还传输至所述海水淡化蒸发器，带动所述海水淡化蒸发器蒸馏海水生产除盐水，所述除盐水传输至所述电解单元，电解水产生H2和O2。
进一步地，所述海水淡化单元为RO膜海水淡化设备。
本发明提供的电、热、水联产方法及系统，将新能源(如风能)和二次能源(如垃圾)综合利用，能够持续的产生电能、热能以及淡水资源供生产、生活使用。此外，本发明提供的电、热、水联产方法及系统，采用了焚烧垃圾发电的技术，焚烧垃圾发电既可对垃圾进行无害化、减量化处理，又可以利用垃圾焚烧产生高温蒸汽发电，实现了废弃资源的综合利用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电、热、水联产系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电、热、水联产方法流程图。
具体实施方式
参见图2，本发明实施例提供了一种电、热、水联产方法，包括以下步骤：
步骤10：利用风能发电产生第一电能，将第一电能分别用于外部电网供电(外部电网供电是指根据生产、生活的实际需要对第一电能进行使用)、海水淡化(即将海水转化成可以直接使用的淡水)以及电解水产生H2和O2。其中，海水淡化采用RO膜法。
步骤20：将电解水产生的H2和O2分别作为燃烧剂和助燃剂，并采用富氧燃烧技术对垃圾进行焚烧，将产生的高温燃烧气体作为热能回收并转化为蒸汽。
步骤30：利用蒸汽驱动汽轮发电机发电产生第二电能，将第二电能分别用于外部电网供电(外部电网供电是指根据生产、生活的实际需要对第一电能进行使用)、海水淡化(将海水转化成可以使用的淡水)以及电解水产生H2和O2；在汽轮发电机发电的过程中还产生乏汽分别用于外部供热和将乏汽通往海水淡化蒸发器蒸馏海水生产除盐水，利用除盐水电解水产生H2和O2。
步骤40：将海水淡化后得到的淡水输出，作为正常的淡水资源使用。
基于上述电、热、水联产方法，本发明实施例还提供了一种电、热、水联产系统，参见图2，包括：风能发电机、电解单元、垃圾焚烧单元、汽轮发电机、海水淡化蒸发器及海水淡化单元。风能发电机分别与电解单元及海水淡化单元连接；风能发电机发电产生第一电能，第一电能分别用于外部电网供电(外部电网供电是指根据生产、生活的实际需要对第一电能进行使用)、海水淡化单元淡化海水以及在电解单元中电解水产生H2和O2。电解单元分别与垃圾焚烧单元及汽轮发电机连接；电解单元中电解水产生的H2和O2传输至垃圾焚烧单元，并采用富氧燃烧技术对垃圾焚烧单元中的垃圾进行焚烧，将产生的高温燃烧气体作为热能回收并转化为蒸汽。垃圾焚烧单元与汽轮发电机连接；焚烧垃圾所产生的蒸汽传输至汽轮发电机并驱动汽轮发电机产生第二电能；汽轮发电机发电的过程中还产生乏汽用于外部供热(这里的外部供热是指根据生产、生活的实际需要对产生的热能进行利用)。汽轮发电机与海水淡化单元连接；汽轮发电机产生的第二电能分别用于外部电网供电、海水淡化单元淡化海水以及在电解单元中电解水产生H2和O2。海水淡化蒸发器分别与汽轮发电机及电解单元连接；乏汽还传输至海水淡化蒸发器，带动海水淡化蒸发器蒸馏海水生产除盐水，除盐水传输至电解单元，电解水产生H2和O2。本发明实施例中，海水淡化单元采用RO膜海水淡化设备。
本发明实施例提供的电、热、水联产方法应用于沿海钢铁或火电企业。沿海地区海风资源丰富，通过风能发电机发电，将产生的第一电能用于外部电网供电、海水淡化单元淡化海水以及在电解单元中电解水产生H2和O2。第一电能通过电解水制H2和O2调节电能的能耗，使外部电网供电始终处于较经济的状态下运转。电解单元中电解水产生H2和O2可作为燃剂与助燃剂，使用富氧燃烧技术进行垃圾焚烧。将垃圾作为固体燃料送入垃圾焚烧单元内燃烧，在800～1000℃的高温条件下，垃圾中的可燃组分与富氧进行剧烈的化学反应，燃烧后的垃圾转化成高温气体和少量的土体残渣，其燃烧产生的高温燃烧气可作为热能回收利用转为蒸汽，利用蒸汽驱动汽轮发电机发电产生第二电能。产生的第二电能又可以用于电解水制H2和O2、RO法海水淡化以及外部电网供电。RO膜法产生的水可直接并入水网供水，作为正常的淡水资源使用。发电过程中汽轮发电机产生的乏汽可用于带动海水淡化蒸发器(用于蒸馏海水，达到海水淡化的目的)生产除盐水，除盐水传输至电解单元，电解水产生H2和O2。
本发明实施例提供的电、热、水联产方法及系统，将新能源(如风能)和二次能源(如垃圾)综合利用，能够持续的产生电能、热能以及淡水资源供生产、生活使用。与传统风能发电应用相比，本发明实施例提供的电、热、水联产方法及系统将风能发电产生的电能直接用于生活、生产，与发电机产生的电能结合使用，可调节外部电网的电能能耗峰值(即在谷段时可通过电解水制H2、O2及RO膜产水将电能储存起来，峰段时，降低电解幅度或RO膜法产水的生产负荷)。电解单元和风力发电机组联合使用制氢，产氢成本从24～41USD/GJ降低至11～20USD/GJ。由于普通垃圾的燃点很高，普通空气助燃下不易燃烧，将富氧燃烧技术应用于垃圾焚烧炉中，能够降低燃料的燃点，加快燃烧速度、促进燃烧完全、提高火焰温度、减少燃烧后的烟气量、提高热利用率和降低过量空气系数，是一种资源创造性技术。垃圾中的二次能源物质(有机可燃物)所含热量多、热值高，每燃烧2吨垃圾可获得相当于燃烧1吨煤的热量。而且垃圾焚烧处理后的灰渣呈中性，无气味，不会引发二次污染，且体积约减少75％以上，明显减容减量。利用1吨垃圾，可获得约300～400千瓦的电力生产能力。垃圾焚烧发电既可对垃圾进行无害化、减量化处理，又可以利用垃圾焚烧产生高温蒸汽发电，实现废弃资源的综合利用。通过海水淡化蒸发器代替汽轮机凝汽器，发电后的低品质乏汽作为海水淡化动力蒸汽，提高了全系统的热量利用率，降低了海水淡化成本，同时节省了为发电机组凝汽器设置直流冷却设施的投资及运行费用。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种电、热、水联产方法，其特征在于，包括：
利用风能发电产生第一电能，将所述第一电能分别用于外部电网供电、海水淡化以及电解水产生H2和O2；
将所述H2和O2分别作为燃烧剂和助燃剂，并采用富氧燃烧技术对垃圾进行焚烧，将产生的高温燃烧气体作为热能回收并转化为蒸汽；
利用所述蒸汽驱动汽轮发电机发电产生第二电能，将所述第二电能分别用于外部电网供电、海水淡化以及电解水产生H2和O2；在所述汽轮发电机发电的过程中还产生乏汽用于外部供热；
将海水淡化后得到的淡水输出，作为正常的淡水资源使用。
2.根据权利要求1所述的电、热、水联产方法，其特征在于，还包括：
将所述乏汽通往海水淡化蒸发器蒸馏海水生产除盐水，利用所述除盐水电解水产生H2和O2。
3.根据权利要求2所述的电、热、水联产方法，其特征在于，所述海水淡化采用RO膜法。
4.一种电、热、水联产系统，其特征在于，包括：风能发电机、电解单元、垃圾焚烧单元、汽轮发电机、海水淡化蒸发器及海水淡化单元；
所述风能发电机分别与所述电解单元及海水淡化单元连接；所述风能发电机产生第一电能分别用于外部电网供电、所述海水淡化单元淡化海水以及在所述电解单元中电解水产生H2和O2；
所述电解单元分别与所述垃圾焚烧单元及所述汽轮发电机连接；所述H2和O2传输至所述垃圾焚烧单元，并对所述垃圾焚烧单元中的垃圾进行焚烧，将产生的高温燃烧气体作为热能回收并转化为蒸汽；
所述垃圾焚烧单元与所述汽轮发电机连接；所述蒸汽传输至所述汽轮发电机并驱动所述汽轮发电机产生第二电能；所述汽轮发电机发电的过程中还产生乏汽用于外部供热；
所述汽轮发电机与所述海水淡化单元连接；所述第二电能分别用于外部电网供电、所述海水淡化单元淡化海水以及在所述电解单元中电解水产生H2和O2。
5.根据权利要求4所述的电、热、水联产系统，其特征在于，还包括：海水淡化蒸发器；
所述海水淡化蒸发器分别与所述汽轮发电机及所述电解单元连接；所述乏汽还传输至所述海水淡化蒸发器，带动所述海水淡化蒸发器蒸馏海水生产除盐水，所述除盐水传输至所述电解单元，电解水产生H2和O2。
6.根据权利要求5所述的电、热、水联产系统，其特征在于，所述海水淡化单元为RO膜海水淡化设备。
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