CN112576328A - 一种动力循环水电联产系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于节能领域，具体涉及一种动力循环水电联产系统及其方法，包括动力循环与海水淡化系统；动力循环水电联产方法包括二氧化碳在热源中吸热升温后，进入透平膨胀做功带动发电机进行发电，乏气进入回热器进行放热，放热完成后在冷凝器中进行冷凝，然后进入增压泵增压，增压后经回热器吸热后进入热源中再次升温；循环水泵将海水吸入冷凝器中作为冷却介质，然后海水进入反渗透膜进行淡水与卤水分离；本发明利用低温海水冷凝二氧化碳，实现跨临界循环，提高发电效率，同时利用动力子系统的废热预热海水，提高淡水生产率。

Description

一种动力循环水电联产系统及其方法
技术领域
本发明属于节能领域，具体涉及一种动力循环水电联产系统及其方法。
背景技术
随着我国经济社会的发展，人民对于能源和水资源的需求量和消耗量迅速上升。截止到2018年底，我国电力供应总量达到64821亿千瓦时，用水总量达6015.5亿立方米，人均用电量和用水量高达4446.1千瓦时和431.92立方米。面对日益升高的能源和水资源消耗量，探索新一代高效的电力生产方法和淡水生产技术迫在眉睫。
从发电方面看，无论是传统煤电机组，还是新建的核电机组，其热功转换系统主要采用的是以水蒸气为工质的朗肯循环发电系统。经过近百年的发展，对该系统效率的挖掘已经趋近极限，但由于水蒸气自身物性的原因，该系统仍然存在一些难以克服的缺点。以火力发电机组为例，凝结水经高压泵加压后，经过了复杂的回热系统的预热，但工质进入锅炉的温度还是比较低，工质和热源间的温差很大，造成了不可忽视的换热损失，这是由物性决定的、难以改变的。类似的情况在核电机组中也同样存在。目前，提高水蒸气朗肯循环效率的主要途径是提高主蒸汽的参数。欧盟、日本和美国在20世纪90年代末期相继开始探索先进超超临界水蒸气朗肯循环发电技术，以期将主蒸汽参数提高到700℃／35MPa或更高，供电热效率提高到接近50%，热耗和CO2排放降低10%~15%。近年来，我国也开始了有关超超临界机组技术的研究。然而到目前为止，世界上还没有一个成功运行的超超临界电站项目，主要原因是受制于材料工业的发展，始终没有找到廉价的、能够耐受700度高温的材料。尽管航空发动机和燃气轮机上早已使用了千度等级的合金材料，但是造价过于昂贵，大功率发电机组难以承受其成本。此外，高参数的运行条件对管道等连接设备的制造加工等方面也提出了更高的要求。更为重要的是，提高主蒸汽参数并不能改变水蒸气朗肯循环在热源处换热温差大的事实。近年来，二氧化碳布雷顿循环因其效率高、结构紧凑等优点日益成为研究重点。经研究计算表明，在同参数情况下，二氧化碳布雷顿循环比水蒸气朗肯循环效率更高。更重要的是，二氧化碳密度高，使得设备体积大大缩小，有希望大幅度降低制造成本。但因为二氧化碳的临界温度较低（31度左右），在常温下难以冷凝，只能保持在超临界状态，限制了效率的进一步提高。
从淡水供应方面方面看，我国人民的淡水消耗量始终维持在一个较高水平。而地下水存量有限，短时间内难以再生，因此海水淡化系统越来越吸引人民的关注。目前主流的海水淡化技术主要有反渗透膜技术、多效闪蒸技术、多效蒸馏技术等。其中，因为反渗透膜技术结构简单、运行可靠、生产效率高等优点，全世界65%左右的海水都是采用反渗透膜技术进行淡化的。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种动力循环水电联产系统及其方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种动力循环水电联产系统，包括动力循环与海水淡化系统；所述动力循环包括热源，所述热源的输出管路连接有透平，所述透平的输出管路分别连接有发电机与回热器；所述回热器的第一进气管路连接透平的输出管路；所述回热器的第一输出管路连接有冷凝器；所述冷凝器的第一输入管路与回热器的第一输出管路连通，所述冷凝器的第一输出管路连接有增压泵，所述增压泵的输出管路连接回热器的第二进气管路，所述回热器的第二输出管路连接于热源的输入管路；所述海水淡化系统包括循环水泵；所述循环水泵的进水管路用于吸取海水，所述循环水泵的输出管路连接冷凝器的第二输入管路，所述冷凝器的第二输出管路连接有高压水泵；所述高压水泵的输出管路连接有反渗透膜，所述反渗透膜连接有淡水收集箱与卤水外排口。
进一步的，所述热源还设有二氧化碳入口，所述热源包括但不限于锅炉、核能、太阳能热电、发动机余热、地热和各种工业余热。
进一步的，所述卤水外排口连接有水轮机或压力交换器。
根据本发明的又一个方面，提供了一种动力循环水电联产方法，包括以下步骤：二氧化碳在热源中吸热升温后进入透平膨胀做功带动发电机进行发电，通过透平的乏气进入回热器进行放热，放热完成后在冷凝器中进行冷凝，冷凝后进入增压泵增压，增压后经回热器吸热后进入热源中再次升温；循环水泵将海水吸入冷凝器中作为冷却介质，然后海水进入反渗透膜进行淡水与卤水分离，淡水进入淡水箱中。
本发明的优点：
本发明利用海水温度随深度增加而降低的特性，利用海水来冷凝二氧化碳循环的工质，同时对海水进行预热，实现跨临界利用循环，减少压缩功，提高发电效率与淡水生产率，具有显著的经济效益、社会效益和工程应用前景。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明系统结构示意图。
附图标记：
1.热源、2.透平、3.回热器、4.为冷凝器、5.增压泵、6发电机、7.循环水泵、8.高压水泵、9.反渗透膜、10.淡水箱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种动力循环水电联产系统，包括动力循环与海水淡化系统；动力循环包括热源1，热源1的输出管路连接有透平2，透平2的输出管路分别连接有发电机6与回热器3；回热器3的第一进气管路连接透平2的输出管路；回热器3的第一输出管路连接有冷凝器4；冷凝器4的第一输入管路与回热器3的第一输出管路连通，冷凝器4的第一输出管路连接有增压泵5，增压泵5的输出管路连接回热器3的第二进气管路，回热器3的第二输出管路连接于热源1的输入管路；海水淡化系统包括循环水泵7；循环水泵7的进水管路用于吸取海水，循环水泵7的输出管路连接冷凝器4的第二输入管路，冷凝器4的第二输出管路连接有高压水泵8；高压水泵8的输出管路连接有反渗透膜9，反渗透膜9连接有淡水收集箱10与卤水外排口。
热源1还设有二氧化碳入口，热源包括但不限于锅炉、核能、太阳能热电、发动机余热、地热和各种工业余热。
卤水外排口连接有水轮机或压力交换器。
一种动力循环水电联产方法，包括以下步骤：二氧化碳在热源1中吸热升温后进入透平2膨胀做功带动发电机6进行发电，通过透平2的乏气进入回热器3进行放热，放热完成后在冷凝器4中进行冷凝，冷凝后进入增压泵5增压，增压后经回热器3吸热后进入热源1中再次升温；循环水泵7将海水吸入冷凝器4中作为冷却介质，然后海水进入反渗透膜9进行淡水与卤水分离，淡水进入淡水箱10中。
工作流程：
动力循环：高压二氧化碳在热源1处吸热升温到给定参数后进入二氧化碳透平2膨胀做功，其乏气余热通过二氧化碳回热器3传递给高压侧工质，然后在冷凝器4被低温海水冷凝。冷凝后二氧化碳被增压泵5泵增压，然后二氧化碳在回热器3中吸热升温，再次进入热源1吸热，完成一个循环。
海水淡化：海水在冷凝器4中预热，并充当冷凝器4中冷却介质，然后经过高压水泵8压缩，在反渗透膜9中被分解为淡水和高盐卤水，淡水被收集在淡水箱10中，卤水排放回海洋。
动力循环的参数和具体构型可以随着热源种类的不同和设计要求的不同而变化，比如：可以采用再热循环、间冷循环等布置提高动力循环效率。
海水淡化的运行参数和具体布置方式可以根据具体情况而变，比如：可以采用水轮机、压力交换器等能量回收装置回收卤水的能量。
动力循环和海水淡化由一个或一组冷凝器4连接，冷凝器4既充当动力循环的冷却器，又充当海水淡化的预热器。动力循环工质在冷凝器4中被海水冷凝，提高了动力循环的效率，而且动力循环中本该向环境散发的废热被用来预热海水，大大提高了淡水生产效率与能源利用率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (4)

1.一种动力循环水电联产系统，其特征在于，包括动力循环与海水淡化系统；所述动力循环包括热源（1），所述热源（1）的输出管路连接有透平（2），所述透平（2）的输出管路分别连接有发电机（6）与回热器（3）；所述回热器（3）的第一进气管路连接透平（2）的输出管路；所述回热器（3）的第一输出管路连接有冷凝器（4）；所述冷凝器（4）的第一输入管路与回热器（3）的第一输出管路连通，所述冷凝器（4）的第一输出管路连接有增压泵（5），所述增压泵（5）的输出管路连接回热器（3）的第二进气管路，所述回热器（3）的第二输出管路连接于热源（1）的输入管路；所述海水淡化系统包括循环水泵（7）；所述循环水泵（7）的进水管路用于吸取海水，所述循环水泵（7）的输出管路连接冷凝器（4）的第二输入管路，所述冷凝器（4）的第二输出管路连接有高压水泵（8）；所述高压水泵（8）的输出管路连接有反渗透膜（9），所述反渗透膜（9）连接有淡水收集箱（10）与卤水外排口。
2.根据权利要求1所述的一种动力循环水电联产系统，其特征在于，所述热源（1）还设有二氧化碳入口，所述热源包括但不限于锅炉、核能、太阳能热电、发动机余热、地热和各种工业余热。
3.根据权利要求1所述的一种动力循环水电联产系统，其特征在于，所述卤水外排口连接有水轮机或压力交换器。
4.一种动力循环水电联产方法，其特征在于，包括以下步骤：二氧化碳在热源（1）中吸热升温后进入透平（2）膨胀做功带动发电机（6）进行发电，通过透平（2）的乏气进入回热器（3）进行放热，放热完成后在冷凝器（4）中进行冷凝，然后进入增压泵（5）增压，增压后经回热器（3）吸热后进入热源（1）中再次升温；循环水泵（7）将海水吸入冷凝器（4）中作为冷却介质，然后海水进入反渗透膜（9）进行淡水与卤水分离，淡水进入淡水箱（10）中。
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