CN115183302A - 一种水热同产同输发电余热利用系统及发电余热利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水热同产同输发电余热利用系统及发电余热利用方法，属于热能利用技术领域，其包括：海水淡化装置，用于接收发电余热，将海水淡化成淡水；第一换热装置，用于同步接收发电余热，将淡水转换成高压热淡水；输水管道，用于输送高压热淡水；第二换热装置，第二换热装置与输水管道连通；供水系统，供水系统与第二换热装置连通，高压热淡水在第二换热装置中降温后与供水系统连通；以及供热系统，供热系统与第二换热装置连通，高压热淡水的热量通过第二换热装置传递至供热系统。本发明实现了利用发电余热进行水热同产同输，输水和输热管道合二为一，整个过程能耗低、所用成本低、水热输送效率高、且能够进行远距离输送。
Description
技术领域
本发明涉及热能利用技术领域，具体涉及一种水热同产同输发电余热利用系统及发电余热利用方法。
背景技术
本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
在北方地区，水资源与热源匮乏，缺热缺水问题制约着北方的发展。而现有热网供应生活热水输送过程耗能高、成本高、能源利用率低。目前，现有的输热管道，由循环水输送热量的两根热水管道和一根输送常温淡水的管道组成，建造成本高，而且现有对发电余热的利用，仅仅是将发电余热传递至生活用水，从而对外输送生活热水，此种利用方式利用率低，而且无法远距离输送。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水热同产同输发电余热利用系统及发电余热利用方法，以解决现有发电余热利用率低且无法远距离输送的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种水热同产同输发电余热利用系统，包括：
海水淡化装置，海水淡化装置用于接收发电余热，将海水淡化成淡水；
第一换热装置，第一换热装置用于同步接收发电余热，将淡水加热成热淡水；
增压装置，所述增压装置将热淡水加压成高压热淡水；
输水管道，输水管道用于输送高压热淡水；
第二换热装置，第二换热装置与输水管道连通；
供水系统，供水系统与第二换热装置连通，高压热淡水在第二换热装置中降温后与供水系统连通；
以及供热系统，供热系统与第二换热装置连通，高压热淡水的热量通过第二换热装置传递至供热系统。
本发明在源侧通过海水淡化装置，利用部分发电余热将海水淡化成淡水，浓水可以用于制盐，同时，通过第一换热装置，利用部分发电余热对淡水进行升温，转换成高压热淡水，从而实现水热的同时产生，高压热淡水在单根输水管道中可以进行长距离输送，从而实现水热的同时长距离输送，在用户侧通过第二换热装置，将高压热淡水中的热量传递至供热系统中，对用户供热，剩下的淡水进入供水系统，供用户作为优质淡水水源使用。由此实现了利用发电余热进行水热同产同输，输水和输热管道合二为一，整个过程能耗低、所用成本低、水热输送效率高、且能够进行远距离输送。
进一步地，上述第一换热装置包括依次串联的乏汽换热器、吸收式换热器以及抽气换热器；乏汽换热器与海水淡化装置连通，抽气换热器与输水管道连通；乏汽换热器接收乏汽余热对淡水进行升温，吸收式换热器和抽气换热器接收抽气余热对淡水进行升温；海水淡化装置接收乏汽余热，将海水淡化成淡水。
本发明通过串联的乏汽换热器、吸收式换热器以及抽气换热器对淡水进行梯级加热，将淡水升温升压至高压热淡水，以提高源侧和末端的温差，从而提高热网输送能力降低余热回收成本。
进一步地，上述淡水经过乏汽换热器后的温度为40℃至60℃；淡水经过吸收式换热器后的温度为80℃至100℃；淡水经过抽气换热器后形成的热淡水的温度为110℃至130℃；热淡水经过增压装置后形成的高压热淡水的压力为2.0Mpa至3.0Mpa。
进一步地，上述淡水经过乏汽换热器后的温度为50℃；淡水经过吸收式换热器后的温度为90℃；淡水经过抽气换热器后形成的热淡水的温度为120℃；热淡水经过增压装置后形成的高压热淡水的压力为2.5Mpa。
进一步地，上述输水管道上设有与第二换热装置并联的旁通管道，旁通管道与供水系统连通，并且旁通管道设有截断阀。
本发明的旁通管路用于在输送常温淡水时使用，在夏季，不需要供热时，第一换热装置不进行热量交换，此时，输送的是常温淡水，常温淡水直接通过旁通管路流通，减少常温淡水的流经路径，减少第二换热装置的使用。
进一步地，上述输水管道为复合管，其包括不锈钢内层和碳钢外层，碳钢外层的外侧设有保温层。
本发明的输水管道为复合管，其内层为不锈钢，保证长距离的优质淡水不被污染，外层为结构性碳钢层Q235B或Q345等高强度碳钢保证管道强度。在外侧设置的保温层用于降低热量的损耗，确保长距离输送时具有较低的热量损失率。同时，海水淡化装置采用RO反渗透膜，结合内层为不锈钢的复合管，能够确保输送的淡水作为直饮水引用。
进一步地，上述保温层包括从外到内依次设置的二氧化硅气凝胶加玻璃纤维复合层、聚氨酯保温层以及增强环刚层。
进一步地，上述第二换热装置为吸收式换热机组。
本发明的第一换热装置和第二换热装置分别采用有吸收式换热器和吸收式换热机组，其用于降低一次网回水温度，拉大一次网供回水温差，提高热网输送能力，相较于常用的板式换热器，可大幅度降低热网回水温度，甚至显著低于二次侧进水温度，从而可以大大减少管路系统的初投资和水泵运行电耗，从而提高系统综合能源利用效率，降低供热成本。
一种基于上述水热同产同输发电余热利用系统的发电余热利用方法，包括以下步骤：
S1：海水淡化装置和第一换热装置同步接收发电余热，海水淡化装置将海水淡化成淡水后，第一换热装置将淡水加热成高压热淡水；
S2：增压装置将热淡水加压成高压热淡水；
S3：输水管道将高压热淡水的水、热同输送至第二换热装置，进行热量交换；
S4：高压热淡水换热降温后，输送至供水系统；高压热淡水的热量传递至供热系统。
一种基于上述水热同产同输发电余热利用系统的发电余热利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：海水淡化装置接收发电余热，将海水淡化成淡水，淡水流经第一换热装置；
S2：输水管道将淡水输送至第二换热装置或旁通管道；
S3：第二换热装置或旁通管道将淡水输送至供水系统。
本发明可以通过发电余热实现水热同产同输，为用户侧提供清洁淡水和热量，从而可以在冬季应用，此外，本发明可以通过发电余热实现清洁淡水的独立输送，从而可以在夏季应用，从而扩大了本发明的发电余热利用系统的利用场景，实现全年发电余热利用。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明实现了利用发电余热进行水热同产同输，输水和输热管道合二为一，整个过程能耗低、所用成本低、水热输送效率高、且能够进行远距离输送。
(2)本发明的输水管道为复合管，其内层为不锈钢，保证长距离的优质淡水不被污染，外层为结构性碳钢层Q235B或Q345等高强度碳钢保证管道强度。在外侧设置的保温层用于降低热量的损耗，确保长距离输送时具有较低的热量损失率。
(3)本发明吸收式换热器和吸收式换热机组进行换热器，能够降低一次网回水温度，拉大一次网供回水温差，提高热网输送能力，相较于常用的板式换热器，可大幅度降低热网回水温度，甚至显著低于二次侧进水温度，从而可以大大减少管路系统的初投资和水泵运行电耗，从而提高系统综合能源利用效率，降低供热成本。
(4)本发明可以通过发电余热实现水热同产同输，为用户侧提供清洁淡水和热量，从而可以在冬季应用，此外，本发明可以通过发电余热实现清洁淡水的独立输送，从而可以在夏季应用，从而扩大了本发明的发电余热利用系统的利用场景，实现全年发电余热利用。
附图说明
图1为本发明的水热同产同输发电余热利用系统的流程示意图。
图中：10-海水淡化装置；20-第一换热装置；21-乏汽换热器；22-吸收式换热器；23-抽气换热器；30-输水管道；31-旁通管道；40-第二换热装置；50-供水系统；60-供热系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
请参照图1，一种水热同产同输发电余热利用系统，包括：
海水淡化装置10，海水淡化装置10接收核电/火电的一部分乏汽余热，采用现有的低温多效蒸馏海水淡化技术生产淡水，海水淡化装置10的结构为现有技术，在此不再赘述；
第一换热装置20，第一换热装置20与海水淡化装置10连通，用于淡水的流通，第一换热装置20同步接收核电/火电的一部分乏汽余热和抽气余热，将淡水转换成热淡水，从而实现利用发电余热进行水热同时产生，整个过程的额外能耗低；
增压装置(未示出)，增压装置将热淡水加压成高压热淡水。在本实施例中，增压装置为增压泵，其安装在输水管道30上；输水管道30，输水管道30与第一换热器20连通，用于高压热淡水的输送，由于输水管道30即输送淡水，又输送热量，从而实心水热的同输，单根管道的采用降低了成本，提高了水热输送效率，而且能够进行远距离输送；
第二换热装置40，第二换热装置40与输水管道30连通，用于传递高压热淡水的热量；
供水系统50，供水系统50与第二换热装置40连通，高压热淡水散发热量后，进入到供水系统50，对用户提供清洁的淡水；
以及供热系统60，供热系统60与第二换热装置40连通，通过介质接收高压热淡水散发的热量，介质升温后为用户提供热量。
第一换热装置20包括依次串联的乏汽换热器21、吸收式换热器22以及抽气换热器23，各换热器的结构均为现有技术，在此不再赘述。乏汽换热器21与海水淡化装置10连通，抽气换热器23与输水管道30连通，即淡水从海水淡化装置10产生后，依次经过串联的乏汽换热器21、吸收式换热器22和抽气换热器23，再进入到输水管道30中。
乏汽换热器21接收核电/火电的一部分乏汽余热对淡水进行升温，淡水升温后的温度为40℃至60℃。吸收式换热器22接收一部分抽气余热对淡水进行升温，淡水升温后的温度为80℃至100℃。抽气换热器23接收一部分抽气余热对淡水进行升温，淡水升温后形成的热淡水的温度为110℃至130℃。。
优选地，淡水经过所述乏汽换热器21后的温度为50℃；淡水经过所述吸收式换热器22后的温度为90℃；淡水经过所述抽气换热器23后形成的热淡水的温度为120℃。
热淡水通过增压装置后，形成高压热淡水，压力为2.0MPa至3.0MPa。优选地，高压热淡水的压力为2.5Mpa。
输水管道30为复合管道，其包括不锈钢内层和碳钢外层，碳钢外层的外侧设有保温层。不锈钢内层优选食品级304/316等优质耐蚀防锈不修改材料，保证长距离的优质淡水不被污染。碳钢外层优选结构性碳钢层Q235B或Q345等高强度碳钢，保证管道强度。在外侧设置的保温层用于降低热量的损耗，确保长距离输送时具有较低的热量损失率。在本实施例中，海水淡化装置采用RO反渗透膜，结合内层为不锈钢的复合管，能够确保输送的淡水作为直饮水引用。
在本实施例中，保温层包括从外到内依次设置的二氧化硅气凝胶加玻璃纤维复合层、聚氨酯保温层以及增强环刚层。
输水管道30上设有与第二换热装置40并联的旁通管道31，旁通管道31与供水系统50连通，并且旁通管道31上设有截断阀，在夏季时，不需要供热，此时淡水经过第一换热装置20不接收热量，同时淡水直接通过旁通管路31进入供水系统50中，减少常温淡水的流经路径，减少第二换热装置的使用。显然，淡水还可以直接经过第二换热装置40，不与供热系统60进行热量交换即可。
在本实施例中，第二换热装置40采用吸收式换热机组，同时，第一换热装置20中也采用有吸收式换热器，能够降低一次网回水温度，拉大一次网供回水温差，提高热网输送能力，相较于常用的板式换热器，可大幅度降低热网回水温度，甚至显著低于二次侧进水温度，从而可以大大减少管路系统的初投资和水泵运行电耗，从而提高系统综合能源利用效率，降低供热成本。
实施例2
一种基于实施例1的水热同产同输发电余热利用系统的发电余热利用方法，包括以下步骤：
S1：海水淡化装置10和第一换热装置20同步接收发电余热，海水淡化装置10将海水淡化成淡水后，第一换热装置10将淡水转换成热淡水；
S2：增压装置将热淡水加压成高压热淡水；
S3：输水管道30将高压热淡水的水、热同输送至第二换热装置40，进行热量交换；
S4：高压热淡水换热降温后，输送至供水系统50；高压热淡水的热量传递至供热系统60。
本发明通过发电余热实现水热同产，同时采用一根管道即可实现水热同输，节约了成本，提高了水热传输效率，可以在用户侧为用户提供清洁淡水和热量，从而可以在冬季应用。
实施例3
一种基于实施例1的水热同产同输发电余热利用系统的发电余热利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：海水淡化装置10接收发电余热，将海水淡化成淡水，淡水流经第一换热装置20，此时第一换热装置20不接收发电余热，淡水在常温状态进行输送；
S2：增压装置将淡水加压成高压淡水；
S3：输水管道30将高压淡水输送至第二换热装置20或旁通管道31，高压淡水经过第二换热装置20时，不予供热系统60进行热交换，即供热系统60不工作，高压淡水继续在常温状态进行输送；
S4：第二换热装置40或旁通管道31将高压淡水输送至供水系统50。
发明可以通过发电余热实现清洁淡水的独立输送，从而可以在夏季应用，从而扩大了本发明的发电余热利用系统的利用场景，实现全年发电余热利用。
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 (10)
1.一种水热同产同输发电余热利用系统，其特征在于，包括：
海水淡化装置(10)，所述海水淡化装置(10)用于接收发电余热，将海水淡化成淡水；
第一换热装置(20)，所述第一换热装置(20)用于同步接收发电余热，将淡水加热成热淡水；
增压装置，所述增压装置将热淡水加压成高压热淡水；
输水管道(30)，所述输水管道(30)用于输送高压热淡水；
第二换热装置(40)，所述第二换热装置(40)与输水管道(30)连通；
供水系统(50)，所述供水系统(50)与所述第二换热装置(40)连通，高压热淡水在第二换热装置(40)中降温后与供水系统(50)连通；
以及供热系统(60)，所述供热系统(60)与所述第二换热装置(40)连通，高压热淡水的热量通过第二换热装置(40)传递至供热系统(60)。
2.根据权利要求1所述的水热同产同输发电余热利用系统，其特征在于，所述第一换热装置(20)包括依次串联的乏汽换热器(21)、吸收式换热器(22)以及抽气换热器(23)；所述乏汽换热器(21)与所述海水淡化装置(10)连通，所述抽气换热器(23)与所述输水管道(30)连通；所述乏汽换热器(21)接收乏汽余热对淡水进行升温，所述吸收式换热器(22)和所述抽气换热器(23)接收抽气余热对淡水进行升温；所述海水淡化装置(10)接收乏汽余热，将海水淡化成淡水。
3.根据权利要求2所述的水热同产同输发电余热利用系统，其特征在于，淡水经过所述乏汽换热器(21)后的温度为40℃至60℃；淡水经过所述吸收式换热器(22)后的温度为80℃至100℃；淡水经过所述抽气换热器(23)后形成的热淡水的温度为110℃至130℃热淡水经过增压装置后形成的高压热淡水的压力为2.0Mpa至3.0Mpa。
4.根据权利要求3所述的水热同产同输发电余热利用系统，其特征在于，淡水经过所述乏汽换热器(21)后的温度为50℃；淡水经过所述吸收式换热器(22)后的温度为90℃；淡水经过所述抽气换热器(23)后形成的热淡水的温度为120℃；热淡水经过增压装置后形成的高压热淡水的压力为2.5Mpa。
5.根据权利要求1所述的水热同产同输发电余热利用系统，其特征在于，所述输水管道(30)上设有与所述第二换热装置(40)并联的旁通管道(31)，所述旁通管道(31)与所述供水系统连通，并且所述旁通管道(31)设有截断阀。
6.根据权利要求5所述的水热同产同输发电余热利用系统，其特征在于，所述输水管道(30)为复合管，其包括不锈钢内层和碳钢外层，碳钢外层的外侧设有保温层。
7.根据权利要求6所述的水热同产同输发电余热利用系统，其特征在于，所述保温层包括从外到内依次设置的二氧化硅气凝胶加玻璃纤维复合层、聚氨酯保温层以及增强环刚层。
8.根据权利要求1至7任一项所述的水热同产同输发电余热利用系统，其特征在于，所述第二换热装置(40)为吸收式换热机组。
9.一种基于权利要求1至8任一项所述的水热同产同输发电余热利用系统的发电余热利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：海水淡化装置(10)和第一换热装置(20)同步接收发电余热，海水淡化装置(10)将海水淡化成淡水后，第一换热装置(20)将淡水加热成热淡水；
S2：增压装置将热淡水加压成高压热淡水；
S3：输水管道(30)将高压热淡水的水、热同输送至第二换热装置，进行热量交换；
S4：高压热淡水换热降温后，输送至供水系统(50)；高压热淡水的热量传递至供热系统(60)。
10.一种基于权利要求5至7任一项所述的水热同产同输发电余热利用系统的发电余热利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：海水淡化装置(10)接收发电余热，将海水淡化成淡水，淡水流经第一换热装置(20)；
S2：增压装置将淡水加压成高压淡水；
S3：输水管道(30)将高压淡水输送至第二换热装置(40)或旁通管道(31)；
S4：第二换热装置(40)或旁通管道(31)将高压淡水输送至供水系统(50)。
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| CN107676842A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-02-09 | 清华大学 | 利用电厂余热实现水热联供的系统及该系统的调控方法 |
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