CN103925024A - 一种回收海水淡化浓海水余热的水电联产系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种回收加湿除湿海水淡化浓海水余热的水电联产系统及其方法，属于能源与动力领域。其特征在于：该系统还包括有机朗肯循环子系统，该子系统包括回收海水淡化系统排出浓海水载热的余热回收器，与余热回收器出口相连的有机透平调节阀、与调节阀出口相连的有机透平、与有机透平出口相连的排汽调节阀、与排汽调节阀出口相连的回热器、与回热器出口相连的空冷凝汽器，空冷凝汽器通过有机工质泵与余热回收器的液相进口相连。本发明充分利用海水淡化系统排出浓海水的载热量，提高了热能的综合利用效率，采用空气冷却有机工质的透平排汽，大大节约了冷却用水，遵循了能量梯级利用的原则，符合国家节能减排及水资源可持续发展战略的目标。

Description

一种回收海水淡化浓海水余热的水电联产系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种回收加湿除湿海水淡化浓海水余热的水电联产系统及其方法，属于中低温热源余热回收与动力工程领域。
背景技术
传统的加湿除湿海水淡化方法通常在常压下进行，将经过集热器加热后的热海水喷淋与冷空气混合后，产生湿空气，同时经浓缩后的浓海水直接排入大气，由于浓海水的温度还比较高，直接排掉会产生热损失，严重影响海水淡化系统的热能利用效率，同时也会给对环境造成热污染。因此，考虑对浓海水排热进行余热回收是提高海水淡化系统能源利用效率的有效方法。然而对加湿除湿海水淡化系统浓缩热海水余热回收的研究还未引起重视。
目前中低温余热回收利用是学者和工程界的热点研究课题，并已提出多种中低温余热回收的相关技术。其中，基于低沸点工质的有机朗肯循环具有结构简单、成本低和流体适应范围广等优势，可以广泛应用在多种类型的中低温余热回收场合。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可以回收加湿除湿海水淡化浓海水余热的水电联产系统及其方法。
一种回收加湿除湿海水淡化浓海水余热的水电联产系统，包括太阳能集热子系统、加湿除湿海水淡化子系统；
其中太阳能集热子系统包括太阳能集热器、蓄热器、第一循环泵、第二循环泵及辅助加热器；其中太阳能集热器出口与蓄热器第一回路进口相连，蓄热器第一回路出口经过第一循环泵与太阳能集热器进口相连；蓄热器第二回路进口与第二循环泵出口相连，蓄热器第二回路出口与辅助加热器进口相连；
其中加湿除湿海水淡化子系统包括具有导热油进出口和海水进出口的海水加热器、封闭式海水淡化腔、冷凝器、海水升压泵、淡水节流阀、空气压缩机、压缩机调节阀、加湿器；其中冷凝器及加湿器位于封闭式海水淡化腔中；海水加热器的导热油出口与第二循环泵进口相连，海水加热器的导热油进口与辅助加热器出口相连；海水升压泵进口与大气相连，海水升压泵出口与冷凝器进口相连，冷凝器出口与海水加热器海水进口相连，海水加热器海水出口分成第一出口支路和第二出口支路，第一出口支路与加湿器进口相连；冷凝器淡水出口与淡水节流阀相连；压缩机调节阀入口与大气相连，压缩机调节阀出口与空气压缩机进口相连，空气压缩机出口与海水淡化腔冷空气侧入口相连；
其特征在于：该系统还包括有机朗肯循环子系统，该子系统包括海水旁路阀、余热回收器、有机透平调节阀、有机透平、发电机、高压排汽阀、低压排汽阀、回热器、空冷凝汽器、有机工质泵;
海水加热器海水出口的第二出口支路经过海水旁路阀与余热回收器热侧进口相连，加湿器出口与余热回收器热侧进口相连，余热回收器热侧出口将冷却后的浓海水排出；
余热回收器冷边出口经过有机透平调节阀与有机工质透平进口相连，有机工质透平转轴与发电机相连，有机工质透平高压出口、低压出口分别经过高压排汽阀和低压排汽阀与回热器热边进口相连，回热器热边出口与空冷凝汽器进口相连，空冷凝汽器出口与有机工质泵进口相连，有机工质泵出口与回热器冷边进口相连。
所述的回收海水淡化浓海水余热的水电联产系统的工作过程，包括以下过程：太阳能集热系统一回路中的导热油经过第一循环泵加压后进入太阳能集热器吸收太阳辐射，经加热后的高温导热油将热量储存在蓄热器中，太阳能集热系统二回路中的导热油经过辅助加热器后进入海水加热器加热经冷凝器预热后的来料海水，其中，辅助加热器只在事故工况下开启工作，热海水经出口第一支路进入加湿器后经过喷淋与来流冷空气混合加湿产生湿空气，经蒸发浓缩后的热海水从加湿器出口排出，同时热湿空气经过冷凝器冷凝后将淡水析出，淡水经节流阀降低至大气压力排出，空气压缩机及压缩机调节阀对加湿除湿海水淡化子系统进行充放气，改变其工作压力。
其特征在于还包括以下过程：加湿除湿海水淡化子系统中的海水加热器海水第二出口支路的热海水经过海水旁路阀后与经加湿器出口流出的浓海水共同进入余热回收器热侧进口，热海水热量经回收后排出，同时，有机工质在余热回收器经热海水加热后形成蒸汽进入透平调节阀，流入有机透平膨胀，拖动发电机发电，有机透平排汽高温环境下流经高压排汽阀或低温环境下流经低压排汽阀后进入回热器加热由有机工质泵流出的液相工质，从回热器流出的排汽进入空冷凝汽器冷凝后进入有机工质泵，最终液相有机工质进入余热回收器重新开始热力循环。
通过利用上述有机朗肯循环子系统，可以回收加湿除湿型海水淡化子系统的浓海水排热，从而提高海水淡化系统的能源利用效率，降低排汽热污染，同时提供淡水及电能。
上述太阳能集热子系统采用蓄热器将太阳能辐射储存在导热油中，当没有太阳能辐射或辐射较弱时采用将蓄热器中的能量释放，同时在事故工况下启用辅助加热器，维持集热系统的稳定高效运行。
上述海水淡化子系统中的空气压缩机通过管道与海水淡化腔相连，压缩机与调节阀的启停可以实现对海水淡化腔的充放气，从而改变海水淡化系统的工作压力。
上述有机朗肯循环子系统中浓缩海水进入余热回收器加热有机工质，当浓缩海水的流量不足或热力参数较低时，开启热海水旁路阀，采用热海水与浓缩海水混合联合加热低沸点有机工质。
上述有机朗肯循环子系统中的有机透平分为高压部分和低压部分，根据环境温度的高低，实现高低压排汽阀的切换；当夏天环境温度较高时，低压排汽阀关闭，有机工质只在透平高压部分膨胀做功；当冬季或者环境温度较低时，高压排汽阀关闭，有机工质在透平高压及低压部分均膨胀。
上述有机朗肯循环子系统中的有机工质透平排汽首先进入回热器预热经有机工质泵流出的液相有机工质，然后进入空冷凝汽器，可以降低透平排汽过热度，增加凝汽器换热系数，减少凝汽器成本。
上述有机朗肯循环子系统中的余热回收器采用钛管换热器,以防止海水淡化系统排出浓海水对余热换热器的腐蚀。
上述有机朗肯循环子系统中的有机透平排汽采用空气冷却方式，节水性能优异，为了增加冷却负荷，采用轴流风机和换热器管束组成的空冷单元集成结构。
上述有机朗肯循环子系统中的空冷凝汽器采用变频器对风机的运行条件进行调节，针对环境条件的变化，通过改变风机的转速以保证有机朗肯循环的稳定高效运行。
上述有机朗肯循环子系统的空冷凝汽器管束采用单排钢基管铝翅片。
附图说明
图1是现有加湿除湿海水淡化系统，图中:1太阳能集热器，2海水淡化腔，3加湿器，4淡水节流阀，5海水升压泵，6冷凝器，A太阳能集热子系统，B加湿除湿海水淡化子系统。
图2是本发明加湿除湿海水淡化浓海水余热回收水电联产系统，图中：1太阳能集热器，2蓄热器，3第一循环泵，4辅助加热器，5第二循环泵，6海水加热器，7海水淡化腔，8冷凝器，9海水升压泵，10淡水节流阀，11空气压缩机，12压缩机调节阀，13加湿器，14海水旁路阀，15余热回收器，16有机透平调节阀，17有机透平，18发电机，19高压排汽阀，20低压排汽阀，21回热器，22空冷凝汽器，23有机工质泵，A太阳能集热子系统，B加湿除湿海水淡化子系统，C有机朗肯循环子系统。
具体实施方式
下面参照图1、图2说明加湿除湿海水淡化浓海水余热回收水电联产系统的运行过程。
图2是本发明提出的加湿除湿海水淡化水电联产复合循环系统。该系统的工作过程如下：启动空气压缩机及压缩机调节阀，对封闭式海水淡化腔充空气，待达到设计压力时将空气压缩机及调节阀关闭；启动太阳能集热器、一回路及二回路循环泵，加热载热工质导热油，同时开启海水加压泵及淡水节流阀，在海水加热器中热导热油将热量传递给来料海水，将海水加热至设计温度，热海水经过加湿器顶部喷淋进入加湿器与海水淡化腔中的空气混合形成湿空气，同时由于海水蒸发后产生的水蒸汽使加湿器位置的空气压力升高，在海水淡化腔中产生压差，空气在淡化腔中开始加湿与除湿过程的循环运动，淡水析出后经淡水节流阀排出收集，且经蒸发浓缩后的热海水经加湿器底部排出。至此，如果不启动有机朗肯循环子系统，除了太阳能集热系统增加了蓄热功能，该系统运行过程与图1相同。
加装有机朗肯循环子系统后，海水蒸发后的浓海水及经海水旁路阀流出的热海水进入余热回收器，并将海水的显热转化为有机工质的潜热，待加湿除湿海水淡化系统运行稳定后，打开有机透平蒸汽调节阀及排汽阀（夏季打开高压排汽阀，若冬季或气温较低时，打开低压排汽阀）对有机朗肯循环系统进行暖机，暖机结束后打开有机工质泵启动循环，同时打开空冷凝汽器的轴流风机，高压高温有机工质蒸汽进入有机透平膨胀做功，并带动发电机输出电能，透平排汽则通过回热器后进入空冷凝汽器，将热量传递给环境空气，有机工质冷凝后重新进入热力循环。 

Claims (6)

1.一种回收加湿除湿海水淡化浓海水余热的水电联产系统，包括太阳能集热子系统（A）、加湿除湿海水淡化子系统（B）；
其中太阳能集热子系统（A）包括太阳能集热器(1)、蓄热器(2)、第一循环泵(3)、第二循环泵(5)及辅助加热器(4)；其中太阳能集热器(1)出口与蓄热器(2)第一回路进口相连，蓄热器(2)第一回路出口经过第一循环泵（3）与太阳能集热器(1)进口相连；蓄热器(2)第二回路进口与第二循环泵(5)出口相连，蓄热器(2)第二回路出口与辅助加热器(4)进口相连；
其中加湿除湿海水淡化子系统（B）包括具有导热油进出口和海水进出口的海水加热器(6)、封闭式海水淡化腔(7)、冷凝器（8）、海水升压泵（9）、淡水节流阀（10）、空气压缩机（11）、压缩机调节阀(12)、加湿器（13）；其中冷凝器(8)及加湿器(13) 位于封闭式海水淡化腔(7)中；海水加热器(6)的导热油出口与第二循环泵(5)进口相连，海水加热器(6)的导热油进口与辅助加热器(4)出口相连；海水升压泵(9)进口与大气相连，海水升压泵(9)出口与冷凝器(8)进口相连，冷凝器(8)出口与海水加热器(6)海水进口相连，海水加热器(6)海水出口分成第一出口支路和第二出口支路，第一出口支路与加湿器（13）进口相连；冷凝器(8)淡水出口与淡水节流阀（10）相连；压缩机调节阀(12)入口与大气相连，压缩机调节阀(12)出口与空气压缩机(11)进口相连，空气压缩机(11)出口与海水淡化腔(7)冷空气侧入口相连；
其特征在于：该系统还包括有机朗肯循环子系统（C），该子系统包括海水旁路阀（14）、余热回收器（15）、有机透平调节阀（16）、有机透平（17）、发电机(18)、高压排汽阀(19)、低压排汽阀(20)、回热器(21)、空冷凝汽器（22）、有机工质泵(23);
海水加热器（6）海水出口的第二出口支路经过海水旁路阀（14）与余热回收器（15）热侧进口相连，加湿器（13）出口与余热回收器（15）热侧进口相连，余热回收器（15）热侧出口将冷却后的浓海水排出；
余热回收器（15）冷边出口经过有机透平调节阀（16）与有机工质透平(17)进口相连，有机工质透平(17) 转轴与发电机（18）相连，有机工质透平(17) 高压出口、低压出口分别经过高压排汽阀(19)和低压排汽阀(20)与回热器(21)热边进口相连，回热器(21)热边出口与空冷凝汽器（22）进口相连，空冷凝汽器（22）出口与有机工质泵(23)进口相连，有机工质泵(23)出口与回热器(21)冷边进口相连。
2.根据权利要求1所述的回收海水淡化浓海水余热的水电联产系统，其特征在于：上述有机朗肯循环子系统（C）中的余热回收器（15）为钛管换热器。
3.根据权利要求1所述的回收海水淡化浓海水余热的水电联产系统，其特征在于：上述有机朗肯循环子系统（C）中的空冷凝汽器（22）采用轴流风机和换热器管束组成的空冷单元集成结构。
4.根据权利要求3所述的回收海水淡化浓海水余热的水电联产系统，其特征在于：上述有机朗肯循环子系统（C）中的空冷凝汽器（22）安装有用于控制风机运行状态的变频器。
5.根据权利要求1所述的回收海水淡化浓海水余热的水电联产系统，其特征在于：上述有机朗肯循环子系统（C）的空冷凝汽器（22）为单排钢基管铝翅片结构。
6.根据权利要求1所述的回收海水淡化浓海水余热的水电联产系统的工作过程，包括以下过程：太阳能集热系统（A）一回路中的导热油经过第一循环泵（3）加压后进入太阳能集热器（1）吸收太阳辐射，经加热后的高温导热油将热量储存在蓄热器（2）中，太阳能集热系统（A）二回路中的导热油经过辅助加热器（4）后进入海水加热器（6）加热经冷凝器（8）预热后的来料海水，其中，辅助加热器（4）只在事故工况下开启工作，热海水经出口第一支路进入加湿器（13）后经过喷淋与来流冷空气混合加湿产生湿空气，经蒸发浓缩后的热海水从加湿器（13）出口排出，同时热湿空气经过冷凝器（8）冷凝后将淡水析出，淡水经节流阀（10）降低至大气压力排出，空气压缩机（11）及压缩机调节阀（12）对加湿除湿海水淡化子系统（B）进行充放气，改变其工作压力；
其特征在于还包括以下过程：加湿除湿海水淡化子系统（B）中的海水加热器（6）海水第二出口支路的热海水经过海水旁路阀（14）后与经加湿器（13）出口流出的浓海水共同进入余热回收器（15）热侧进口，热海水热量经回收后排出，同时，有机工质在余热回收器（15）经热海水加热后形成蒸汽进入透平调节阀（16），流入有机透平（17）膨胀，拖动发电机（18）发电，有机透平（17）排汽高温环境下流经高压排汽阀（19）或低温环境下流经低压排汽阀（20）后进入回热器（21）加热由有机工质泵（23）流出的液相工质，从回热器（21）流出的排汽进入空冷凝汽器（22）冷凝后进入有机工质泵（23），最终液相有机工质进入余热回收器（15）重新开始热力循环。
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