CN109236398A - 一种净水联产发电系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种净水联产发电系统及其运行方法。系统包括气化燃烧装置、汽轮机、发电机、凝汽器、乏汽加热器、净水制备装置和除氧器等。气化燃烧装置产生的高温烟气将工质水加热成为过热蒸汽供汽轮机和发电机发电，发电后乏汽和最末一级烟气端的烟气加热器用于加热原水，使其在多效蒸发器中蒸发并冷凝生成净水。当温度不够时，从汽轮机抽取部分抽汽作为热源以提高原水加热温度，从而提高净水产率。本发明具有系统简单、能量梯级利用效率高、副产净水等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种净水联产发电系统及其运行方法，属于燃烧技术领域。
背景技术
偏远地区交通不便或水力、风力发电地区负荷不稳定地区，居民生活用电或小型用电需要用到小型移动发电锅炉。同时如地震等应急情况下的紧急供电也需要移动式快装锅炉。此时，考虑系统的供电对象为居民生活用电或小型用电设备供电，机组的功率不宜设置太大，配置供电能力通常为500～6000kW。而且不仅需要检修维护简单，还要设备燃料的适应性广，可以单独燃用生物质，也可以燃用生物质和煤的混合物，还可以单独燃煤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种净水联产发电系统及其运行方法，尤其缺乏净水的海岛地区。该发电系统可以小型化，配备发电能力为100~1000kW即可实现副产净水。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种净水联产发电系统，包括气化燃烧装置、汽轮机、发电机、凝汽器、乏汽加热器、净水制备装置和除氧器。
所述气化燃烧装置包括水平并列连接的气化室、燃烧室、燃尽室和烟道，所述气化室、燃烧室、燃尽室和烟道之间形成折返式烟风通道；所述燃尽室上方设置有锅筒，所述烟道内设置有省煤器和烟气加热器；所述气化室上部设置有过热器。所述除氧器与所述省煤器通过给水管道相连，所述省煤器与所述锅筒、过热器和汽轮机依次通过工质管道相连。
所述汽轮机通过汽水管道分别与所述发电机和所述乏汽加热器相连，同时所述乏汽加热器与所述凝汽器和所述除氧器依次通过汽水管道相连。
所述净水制备装置包括原水池、过滤器、原水泵和多效蒸发器，所述多效蒸发器内设置有冷凝盘管；所述原水池、过滤器和原水泵依次连接；所述原水泵与所述乏汽加热器之间通过冷却水管道连接，且所述冷却水管道穿过所述多效蒸发器并作为所述多效蒸发器的冷凝盘管；所述原水泵、乏汽加热器、烟气加热器和多效蒸发器之间形成净水制备通道。
上述技术方案中，所述燃尽室内设置有对流管束，且所述对流管束与所述锅筒相连。所述燃烧室和所述燃尽室壁面选用水冷壁，所述水冷壁通过集箱与所述锅筒相连。
上述技术方案中，所述汽轮机与所述除氧器相连。
上述技术方案中，所述系统还设置有冷却塔，所述冷却塔与所述凝汽器之间形成冷却水循环通道，所述冷却塔与凝汽器之间的冷却水循环通道设有冷却水泵。
上述技术方案中，所述系统还包括调节加热器，所述调节加热器设置在所述烟气加热器与所述净水制备装置之间，且所述调节加热器与所述烟气加热器和所述多效蒸发器之间形成连通的净水制备通道；所述调节加热器还分别与所述汽轮机和所述凝汽器相连，形成连通的加热介质通道。
一种净水联产发电系统的运行方法，所述方法包括：
使燃料进入气化燃烧装置内进行气化产生气化气和气化残渣，并使气化气和气化残渣在所述气化燃烧装置内燃烧，产生高温烟气；使高温烟气依次通过燃烧室、燃尽室和烟道，并依次与过热器、对流管束、省煤器和烟气加热器换热后排放；
将除氧水从除氧器通过给水泵供入省煤器与高温烟气进行间壁式换热，使除氧水温度升高成为热水后进入锅筒；锅筒内的热水通过燃烧室和/或燃尽室与高温烟气换热成为汽水混合物并回到锅筒进行汽水分离，分离后的蒸汽进入过热器进一步加热生成过热蒸汽；
使过热蒸汽进入汽轮机供发电机发电；使汽轮机产生的乏汽进入乏汽加热器作为热介质间壁式加热净水制备通道内的冷介质，乏汽经过乏汽加热器降温后进入凝汽器冷凝成水并降温，然后进入除氧器被制成除氧水；
将原水池中的原水经过过滤器过滤后，通过原水泵提升和供给使过滤原水进入冷却水管道，并相应的进入冷凝盘管作为多效蒸发器内的冷凝水换热使得过滤原水初步升温；
使初步升温的过滤原水通过乏汽加热器与乏汽进行换热继续升温；使继续升温的过滤原水通过烟气加热器与烟气换热进一步升温成为热原水；
使热原水进入多效蒸发器在不同压力环境下蒸发成水蒸气，水蒸气经过冷凝盘管外部时被冷凝盘管内的过滤原水间壁式换热而冷凝下来并收集成为净水。
上述技术方案中，所述方法还包括：所述锅筒内的热水通过对流管束与高温烟气换热成为汽水混合物并回到锅筒进行汽水分离，分离后的蒸汽进入过热器进一步加热生成过热蒸汽。
上述技术方案中，所述方法还包括：
将原水池中的原水经过过滤器过滤后，通过原水泵提升和供给使过滤原水进入冷却水管道，并相应的进入冷凝盘管作为多效蒸发器内的冷凝水换热使得过滤原水初步升温；
使初步升温的过滤原水通过乏汽加热器与乏汽进行换热继续升温；使继续升温的过滤原水通过烟气加热器与烟气换热进一步升温成为热原水；
使热原水进入调节加热器进一步换热；从所述汽轮机抽取部分抽汽作为调节加热器的热介质对热原水进行间壁式加热使热原水进一步升温；
使进一步升温的热原水进入多效蒸发器在不同压力环境下蒸发成水蒸气，水蒸气经过冷凝盘管外部时被冷凝盘管内的过滤原水间壁式换热而冷凝下来并收集成为净水；
使抽汽在调节加热器内加热热原水后冷凝成凝结水，与经过乏汽加热器降温的乏汽一起进入凝汽器降温后进入除氧器被制成除氧水。
上述技术方案中，将冷却水通过冷却水泵通入凝汽器作为冷却介质与乏汽或乏汽和凝结水混合物换热，乏汽凝结成水并使得冷却水升温，然后使升温后的冷却水进入冷却塔散热冷却并进行循环。
上述技术方案中，使部分抽汽从汽轮机进入除氧器制成除氧水。
上述技术方案中，所述乏汽压力高于环境大气压力。
本发明具有以下优点及有益效果：蒸汽发电同时加热原水制备净水，具有系统简单、能量梯级利用、效率高等优点。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种净水联产发电系统示意图。
图中：1－气化燃烧装置；2－汽轮机；3－发电机；4－净水制备系统；5－凝汽器；6－冷却塔；7－除氧器；8a－冷却水泵；8b－凝结水泵；9－给水泵；10－乏汽加热器；11－锅筒；12－过热器；13－烟道；14－省煤器；15－烟气加热器；16－调节加热器；41－原水池；42－过滤器；43－原水泵；44－多效蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种净水联产发电系统，包括气化燃烧装置1、汽轮机2、发电机3、凝汽器5、乏汽加热器10、净水制备装置和除氧器7。
气化燃烧装置1包括水平并列连接的气化室、燃烧室、燃尽室和烟道13，气化室、燃烧室、燃尽室和烟道13之间形成折返式烟风通道；燃尽室上方设置有锅筒11，烟道13内设置有省煤器14和烟气加热器15；气化室上部设置有过热器12。燃烧室和燃尽室壁面选用水冷壁，且水冷壁分别设置燃烧室集箱或者燃尽室集箱，燃烧室集箱和燃尽室集箱分别与锅筒11相连。燃烧室燃尽室内设置有对流管束，且对流管束与锅筒11相连。
除氧器7与省煤器14通过给水管道相连，给水管道上设置有给水泵9。省煤器14与锅筒11、过热器12和汽轮机2依次通过工质管道相连。
汽轮机2通过汽水管道分别与发电机3和乏汽加热器10相连，同时乏汽加热器10与凝汽器5和除氧器7依次通过汽水管道相连。凝汽器5与除氧器7之间设置有凝结水泵8b。
净水制备装置4包括原水池41、过滤器42、原水泵43和多效蒸发器44，多效蒸发器44内设置有冷凝盘管，用于将蒸发水冷凝下来以获得净水。原水池41、过滤器42和原水泵43依次连接。原水泵43与乏汽加热器10之间通过冷却水管道连接，且冷却水管道穿过多效蒸发器44并作为多效蒸发器44的冷凝盘管。原水泵43、乏汽加热器10、烟气加热器15和多效蒸发器44之间形成净水制备通道。
汽轮机2设有抽汽管道与除氧器7相连。
系统还设置有冷却塔6，冷却塔6与凝汽器5之间形成冷却水循环通道，冷却塔6与凝汽器5之间的冷却水循环通道设有冷却水泵8a。
系统还包括调节加热器16，调节加热器16设置在烟气加热器15与净水制备装置4之间，且调节加热器16与烟气加热器15和多效蒸发器44之间形成连通的净水制备通道；调节加热器16还分别与汽轮机2和凝汽器5相连，形成连通的加热介质通道。
一种净水联产发电系统的运行方法，也是系统生成净水的方法。
使燃料进入气化燃烧装置1内进行气化产生气化气和气化残渣，并使气化气和气化残渣在气化燃烧装置1内燃烧，产生高温烟气。使高温烟气依次通过燃烧室、燃尽室和烟道，并依次与过热器12、对流管束、省煤器14和烟气加热器15换热后排放。燃烧室和燃尽室壁面可以选用水冷壁，并通过集箱和上升管或下降管与锅筒11相连，使得锅筒内水下行到水冷壁内与高温烟气换热生成汽水混合物再回到锅筒11进行汽水分离。
将除氧水从除氧器7通过给水泵9供入省煤器14与高温烟气进行间壁式换热，使除氧水温度升高成为热水后进入锅筒11。锅筒11内的热水通过对流管束与高温烟气换热成为汽水混合物并回到锅筒11进行汽水分离，分离后的蒸汽进入过热器12进一步加热生成过热蒸汽。
使过热蒸汽进入汽轮机2供发电机3发电；使汽轮机2产生的乏汽，进入乏汽加热器10作为热介质间壁式加热净水制备通道内的冷介质，乏汽压力高于环境大气压力。乏汽经过乏汽加热器10降温后进入凝汽器5冷凝成水并降温，然后进入除氧器7被制成除氧水。还可以使部分抽汽从汽轮机2进入除氧器7制成除氧水。
将原水池41中的原水经过过滤器42过滤后，通过原水泵43提升和供给使过滤原水进入冷却水管道，并相应的进入冷凝盘管作为多效蒸发器44内的冷凝水换热使得过滤原水初步升温。
使初步升温的过滤原水通过乏汽加热器10与乏汽进行换热继续升温；使继续升温的过滤原水通过烟气加热器15与烟气换热进一步升温成为热原水。
使热原水进入多效蒸发器44，多效蒸发器44内设有多个不同的真空压力区，使得热原水在不同压力环境下尽可能高效的蒸发成水蒸气，水蒸气经过冷凝盘管外部时被冷凝盘管内的过滤原水间壁式换热而冷凝下来并收集成为净水。无法蒸发的浓缩液作为废水排出多效蒸发器。
上述过程中，当经过烟气加热器15加热后，热原水温度仍偏低时，需要增加调节加热器16的加热以提高热原水温度，从而提高净水产率。
此时，将原水池41中的原水经过过滤器42过滤后，通过原水泵43提升和供给使过滤原水进入冷却水管道，并相应的进入冷凝盘管作为多效蒸发器44内的冷凝水换热使得过滤原水初步升温；使初步升温的过滤原水通过乏汽加热器10与乏汽进行换热继续升温；使继续升温的过滤原水通过烟气加热器15与烟气换热进一步升温成为热原水。使热原水进入调节加热器16进一步换热；从汽轮机2抽取部分抽汽作为调节加热器16的热介质对热原水进行间壁式加热使热原水进一步升温；
使进一步升温的热原水进入多效蒸发器44在不同压力环境下蒸发成水蒸气，水蒸气经过冷凝盘管外部时被冷凝盘管内的过滤原水间壁式换热而冷凝下来并收集成为净水。
使抽汽在调节加热器16内加热热原水后冷凝成凝结水，与经过乏汽加热器10降温的乏汽一起进入凝汽器5降温后进入除氧器7被制成除氧水。
将冷却水通过冷却水泵8a通入凝汽器5作为冷却介质与乏汽或乏汽和凝结水混合物换热，使得冷却水升温，然后使升温后的冷却水进入冷却塔6散热冷却并进行循环。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种净水联产发电系统，其特征在于，所述系统包括气化燃烧装置（1）、汽轮机（2）、发电机（3）、凝汽器（5）、乏汽加热器（10）、净水制备装置（4）和除氧器（7）；
所述气化燃烧装置（1）包括水平并列连接的气化室、燃烧室、燃尽室和烟道（13），所述气化室、燃烧室、燃尽室和烟道（13）之间形成折返式烟风通道；所述燃尽室上方设置有锅筒（11），所述烟道（13）内设置有省煤器（14）和烟气加热器（15）；所述气化室上部设置有过热器（12）；
所述除氧器（7）与所述省煤器（14）通过给水管道相连，所述省煤器（14）与所述锅筒（11）、过热器（12）和汽轮机（2）依次通过工质管道相连；
所述汽轮机（2）通过汽水管道分别与所述发电机（3）和所述乏汽加热器（10）相连，同时，所述乏汽加热器（10）与所述凝汽器（5）和所述除氧器（7）依次通过汽水管道相连；
所述净水制备装置（4）包括原水池（41）、过滤器（42）、原水泵（43）和多效蒸发器（44），所述多效蒸发器（44）内设置有冷凝盘管；所述原水池（41）、过滤器（42）和原水泵（43）依次连接；所述原水泵（43）与所述乏汽加热器（10）之间通过冷却水管道连接，且所述冷却水管道穿过所述多效蒸发器（44）并作为所述多效蒸发器（44）的冷凝盘管；所述原水泵（43）、乏汽加热器（10）、烟气加热器（15）和多效蒸发器（44）之间形成净水制备通道。
2.根据权利要求1所述的一种净水联产发电系统，其特征在于，所述燃尽室内设置有对流管束，且所述对流管束与所述锅筒（11）相连。
3.根据权利要求1所述的一种净水联产发电系统，其特征在于，所述汽轮机（2）与所述除氧器（7）相连。
4.根据权利要求1或2所述的一种净水联产发电系统，其特征在于，所述系统还设置有冷却塔（6），所述冷却塔（6）与所述凝汽器（5）之间形成冷却水循环通道，所述冷却塔（6）与凝汽器（5）之间的冷却水循环通道设有冷却水泵（8a）。
5.根据权利要求4所述的一种净水联产发电系统，其特征在于，所述系统还包括调节加热器（16），所述调节加热器（16）设置在所述烟气加热器（15）与所述净水制备装置（4）之间，且所述调节加热器（16）与所述烟气加热器（15）和所述多效蒸发器（44）之间形成连通的净水制备通道；所述调节加热器（16）还分别与所述汽轮机（2）和所述凝汽器（5）相连，形成连通的加热介质通道。
6.一种净水联产发电系统的运行方法，其使用如权利要求1所述的一种净水联产发电系统，其特征在于，所述方法包括：
使燃料进入气化燃烧装置（1）内进行气化产生气化气和气化残渣，并使气化气和气化残渣在所述气化燃烧装置（1）内燃烧，产生高温烟气；使高温烟气依次通过燃烧室、燃尽室和烟道，并依次与过热器（12）、对流管束、省煤器（14）和烟气加热器（15）换热后排放；
将除氧水从除氧器（7）通过给水泵（9）供入省煤器（14）与高温烟气进行间壁式换热，使除氧水温度升高成为热水后进入锅筒（11）；锅筒（11）内的热水通过所述燃烧室和/或所述燃尽室与高温烟气换热成为汽水混合物并回到锅筒（11）进行汽水分离，分离后的蒸汽进入过热器（12）进一步加热生成过热蒸汽；
使过热蒸汽进入汽轮机（2）供发电机（3）发电；使汽轮机（2）产生的乏汽进入乏汽加热器（10）作为热介质间壁式加热净水制备通道内的冷介质，乏汽经过乏汽加热器（10）降温后进入凝汽器（5）冷凝成水并降温，然后进入除氧器（7）被制成除氧水；
将原水池（41）中的原水经过过滤器（42）过滤后，通过原水泵（43）提升和供给使过滤原水进入冷却水管道，并相应的进入冷凝盘管作为多效蒸发器（44）内的冷凝水换热使得过滤原水初步升温；
使初步升温的过滤原水通过乏汽加热器（10）与乏汽进行换热继续升温；使继续升温的过滤原水通过烟气加热器（15）与烟气换热进一步升温成为热原水；
使热原水进入多效蒸发器（44）蒸发成水蒸气，水蒸气经过冷凝盘管外部时被冷凝盘管内的过滤原水间壁式换热而冷凝下来并收集成为净水。
7.根据权利要求6所述的一种净水联产发电系统的运行方法，其特征在于，所述方法进一步使用如权利要求2所述的一种净水联产发电系统，且所述方法还包括：所述锅筒（11）内的热水通过对流管束与高温烟气换热成为汽水混合物并回到锅筒（11）进行汽水分离，分离后的蒸汽进入过热器（12）进一步加热生成过热蒸汽。
8.根据权利要求6或7所述的一种净水联产发电系统的运行方法，其特征在于，所述方法进一步使用如权利要求5所述的一种净水联产发电系统，且所述方法还包括：
将原水池（41）中的原水经过过滤器（42）过滤后，通过原水泵（43）提升和供给使过滤原水进入冷却水管道，并相应的进入冷凝盘管作为多效蒸发器（44）内的冷凝水换热使得过滤原水初步升温；
使初步升温的过滤原水通过乏汽加热器（10）与乏汽进行换热继续升温；使继续升温的过滤原水通过烟气加热器（15）与烟气换热进一步升温成为热原水；
使热原水进入调节加热器（16）进一步换热；从所述汽轮机（2）抽取部分抽汽作为调节加热器（16）的热介质对热原水进行间壁式加热使热原水进一步升温；
使进一步升温的热原水进入多效蒸发器（44）蒸发成水蒸气，水蒸气经过冷凝盘管外部时被冷凝盘管内的过滤原水间壁式换热而冷凝下来并收集成为净水；
使抽汽在调节加热器（16）内加热热原水后冷凝成凝结水，与经过乏汽加热器（10）降温的乏汽一起进入凝汽器（5）降温后进入除氧器（7）被制成除氧水。
9.根据权利要求6或7所述的一种净水联产发电系统的运行方法，其特征在于，所述方法还包括：将冷却水通过冷却水泵（8a）通入凝汽器（5）作为冷却介质与乏汽或乏汽和凝结水混合物换热，使得冷却水升温，然后使升温后的冷却水进入冷却塔（6）散热冷却并进行循环。
10.根据权利要求6所述的一种净水联产发电系统的运行方法，其特征在于，所述方法还包括：使部分抽汽从汽轮机（2）进入除氧器（7）制成除氧水。
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