CN117365705A - 基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及方法。发电和海水淡化系统中的干熄炉的惰性气体出口连通CO2余热锅炉，干熄炉内吸收赤热焦炭的热量后的惰性气体进入CO2余热锅炉中和S‑CO2换热；CO2余热锅炉的惰性气体出口连通第一蒸馏淡化装置，第一蒸馏淡化装置的惰性气体出口连通干熄炉；CO2余热锅炉的S‑CO2气体出口连通S‑CO2发电子系统和反渗透海水淡化子系统；S‑CO2发电子系统的S‑CO2气体出口连通第二蒸馏淡化装置第二蒸馏淡化装置的S‑CO2气体出口连通S‑CO2发电子系统，S‑CO2发电子系统的S‑CO2气体出口连通CO2余热锅炉；反渗透海水淡化子系统能够将S‑CO2的热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的海水经反渗透膜制得淡水。充分利用余热，同时发电和海水淡化。
Description
技术领域
本发明涉及余热回收利用的技术领域，尤其涉及一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及方法。
背景技术
海水淡化技术为应对淡水资源有限问题的重要解决方案。传统的海水淡化技术以消耗化石燃料为能源，不仅成本较高且存在CO2气体排放等问题。目前，全球已有120多个国家设立了“碳中和”时间节点。为降低成本和碳排放量，开发、利用以工业废热、核能、可再生能源为主的新能源海水淡化技术是必然趋势，采用工业排放的低品位余热、发展能量回用技术和设备是降低海水淡化成本和碳排放量的有效途径：
目前，于2018年—2019年建成的浙江舟山绿色石化基地10.5万t/d的MED海水淡化工程、恒力石化大连4.5万t/d的MED海水淡化工程和河北纵横集团丰南钢铁2.5万t/d的MED海水淡化工程均采用了余热淡化技术，但该余热淡化海水技术仅单次利用工业排放的余热，该余热放热冷凝淡化海水后的剩余热量未被充分利用，存在热源单一和热利用率较低的问题，且制水成本削减难度大。
发明内容
一要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及方法，其解决了目前的余热淡化海水技术仅单次利用工业排放的余热，该余热放热冷凝淡化海水后的剩余热量未被充分利用，存在热源单一和热利用率较低的问题，且制水成本削减难度大的技术问题。
二技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，包括干熄炉、CO2余热锅炉、第一蒸馏淡化装置、第二蒸馏淡化装置、S-CO2发电子系统、反渗透海水淡化子系统和CO2循环模块；
干熄炉的惰性气体出口连通CO2余热锅炉，所述CO2余热锅炉中容纳S-CO2；
CO2余热锅炉的惰性气体出口连通第一蒸馏淡化装置，第一蒸馏淡化装置的惰性气体出口连通干熄炉；
CO2余热锅炉的S-CO2气体出口连通S-CO2发电子系统和反渗透海水淡化子系统；S-CO2发电子系统的S-CO2气体出口连通第二蒸馏淡化装置，第二蒸馏淡化装置的S-CO2气体出口连通S-CO2发电子系统，S-CO2发电子系统B的S-CO2气体出口连通CO2余热锅炉；反渗透海水淡化子系统能够将S-CO2的热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的海水经反渗透膜制得淡水。
根据本发明，还包括热泵回收模块；
第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置均为多效蒸馏淡化装置；第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置的水蒸气出口均连通热泵回收模块；
第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置的末效生成的二次水蒸气经水蒸气出口进入热泵回收模块中和S-CO2换热；热泵回收模块中的二次水蒸气冷凝形成淡水，吸热后的S-CO2经放热淡化海水后再次和二次水蒸气换热。
根据本发明，热泵回收模块包括第三蒸馏淡化装置、节流阀、冷凝器和第一压缩机；
第三蒸馏淡化装置为多效蒸馏淡化装置；
第一蒸馏淡化装置、第二蒸馏淡化装置和第三蒸馏淡化装置的水蒸气出口均连通冷凝器；第一蒸馏淡化装置、第二蒸馏淡化装置和第三蒸馏淡化装置的末效生成的二次水蒸气经水蒸气出口进入冷凝器中和S-CO2换热，冷凝器中的二次水蒸气冷凝形成淡水；
冷凝器的S-CO2气体出口连通第一压缩机，第一压缩机的S-CO2气体出口连通第三蒸馏淡化装置，第三蒸馏淡化装置的S-CO2气体出口通过管路连通冷凝器，管路上设置节流阀。
根据本发明，还包括第一真空度调节阀、第二真空度调节阀、第三真空度调节阀和真空泵；
第一真空度调节阀设置在连通第一蒸馏淡化装置和真空泵的第一调压管路上；
第二真空度调节阀设置在连通第二蒸馏淡化装置和真空泵的第二调压管路上；
第三真空度调节阀设置在连通第三蒸馏淡化装置和真空泵的第三调压管路上；
根据本发明，还包括淡水换热器和浓水换热器；
第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置的淡水出口均连通淡水换热器；淡水换热器内的淡水加热海水；
第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置的浓水出口均连通浓水换热器；浓水换热器内的浓水加热海水；
淡水换热器和浓水换热器的海水出口均连通反渗透海水淡化子系统。
根据本发明，反渗透海水淡化子系统包括第一S-CO2涡轮机、高压泵和反渗透淡化膜分离装置；
CO2余热锅炉的S-CO2气体出口连通第一S-CO2涡轮机，S-CO2涡轮机连接高压泵，高压泵设置在连通反渗透淡化膜分离装置的海水进水管上；
进入S-CO2涡轮机的S-CO2驱动S-CO2涡轮机转动，以带动高压泵对海水进水管内的海水加压，加压后的海水进入反渗透淡化膜分离装置内经反渗透膜制得淡水。
根据本发明，反渗透海水淡化子系统还包括能量回收装置；
反渗透淡化膜分离装置的浓水出口连通能量回收装置，能量回收装置用于收集反渗透淡化膜分离装置排出的浓水的压能。
根据本发明，S-CO2发电子系统包括第二S-CO2涡轮机和连接第二S-CO2涡轮机的发电机；CO2余热锅炉的S-CO2气体出口和第二S-CO2涡轮机连通，第二S-CO2涡轮机的S-CO2气体出口连通第二蒸馏淡化装置；
吸热后的S-CO2进入第二S-CO2涡轮机内用于驱动第二S-CO2涡轮机转动，以带动发电机发电。
根据本发明，S-CO2发电子系统还包括回热器和第二压缩机；
第二S-CO2涡轮机的S-CO2气体出口和回热器连通，发电装置排出的S-CO2进入回热器中放热；回热器的S-CO2气体出口和第二蒸馏淡化装置连通，放热后的S-CO2进入第二蒸馏淡化装置(32)中放热以淡化海水；
第二蒸馏淡化装置的S-CO2气体出口和第二压缩机连通，第二压缩机的S-CO2气体出口和回热器连通，回热器的S-CO2气体出口和CO2余热锅炉连通。
第二方面，本发明还提供一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统的发电和海水淡化方法，包括如下步骤：
S1：干熄炉内吸收赤热焦炭的热量后的惰性气体进入CO2余热锅炉中和S-CO2换热；
S2：CO2余热锅炉中放热后的惰性气体经CO2余热锅炉的惰性气体出口进入第一蒸馏淡化装置中放热，以使海水吸热蒸发并冷凝为淡水；放热后的惰性气体经第一蒸馏淡化装置的惰性气体出口进入干熄炉中再次吸热；
S2：CO2余热锅炉中吸热后的一部分S-CO2经CO2余热锅炉的S-CO2气体出口进入S-CO2发电子系统中，将S-CO2的热能转化为电能；做功且放热后的S-CO2经S-CO2发电子系统的S-CO2气体出口进入第二蒸馏淡化装置中放热，以使海水吸热蒸发并冷凝为淡水；放热后的S-CO2经第二蒸馏淡化装置的S-CO2气体出口进入S-CO2发电子系统中加热加压，再由S-CO2发电子系统的S-CO2气体出口进入CO2余热锅炉中再次吸热；
CO2余热锅炉中吸热后的另一部分S-CO2经CO2余热锅炉的S-CO2气体出口进入反渗透海水淡化子系统中，反渗透海水淡化子系统能够将S-CO2的热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的海水经反渗透膜制得淡水。
三有益效果
本发明的有益效果是：本发明的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及其回收方法，利用冶金企业中的炼焦后得到的温度高达1000℃的焦炭的热量，同时进行发电和海水淡化，以充分利用余热，并为位置临海且淡水需求量较大的冶金企业提供淡水。同时，本发电和海水淡化系统以超过31.3℃、7.38MPa的处于气液两相之间状态的超临界二氧化碳S-CO2作为换热介质，替代水进行换热，利用流动性和扩散性均优于水介质，且单位体积小于水蒸气，并配合发电和海水淡化系统的整体系统，具有如下优势：
以S-CO2作为换热循环介质，充分利用赤热焦炭的余热，利用余热同时进行发电和海水淡化以丰富产物，且多热源实现海水淡化，海水淡化成本低。惰性气体在干熄炉内吸热冷却1000℃的赤热焦炭后，在CO2余热锅炉中和S-CO2换热，由S-CO2提取惰性气体的热量。惰性气体放热后的余热通过第一蒸馏淡化装置放热以使海水蒸发并冷凝为淡水。吸热后的一部分S-CO2能够按温度依次通过S-CO2发电子系统做功发电和通过第二蒸馏淡化装置放热淡化海水。吸热后的另一部分S-CO2通过反渗透海水淡化子系统将热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的海水经反渗透膜制得淡水。由此，能够充分利用冷却赤热焦炭后的惰性气体的余热，并能同时进行发电和海水淡化，丰富了余热回收的产物，增产增效。同时，惰性气体放热后的剩余热能、提取惰性气体热量后的S-CO2的热能以及提取惰性气体的热量并经做功发电后的S-CO2的热能均能用于海水淡化，实现了多热源进行海水淡化。进而，整套发电和海水淡化系统中均采用S-CO2和惰性气体作为换热循环介质循环使用，不引入例如水等其余介质进而不需加设给水系统，有效降低了海水淡化成本。
缩短海水淡化工艺流程、降低设备成本和设备体积。创新性的采用惰性气体和高压的S-CO2直接通入第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置，省去传统的海水淡化工艺中需要将低品位热源转化为蒸汽才能进入淡化装置的中间过程，且以S-CO2作为换热循环介质取代水进行换热，还省去了蒸汽余热锅炉的给水系统，缩短了工艺流程，降低了设备成本以降低制水成本，并能降低设备体积。而且因S-CO2的单位体积小于水蒸气，本申请所设置的发电装置的体积只有蒸汽机组的1/25。同时，通过S-CO2作为发电介质，不需要考虑设备氧化腐蚀的问题，取消了传统干熄焦余热发电系统所必备除氧供水泵站，缩小了设备整体体积。
降碳、不耗水且产水并能增效。通过设置CO2余热锅炉，以超过31.3℃、7.38MPa的处于气液两相之间状态的超临界二氧化碳S-CO2作为换热介质，提取吸收赤热焦炭热量后的惰性气体的热量，能够和碳捕获、利用技术(CCUS)协同作用提取炼焦过程以及其他生产过程中生成的含碳气体形成S-CO2，并利用S-CO2作为换热介质吸热后的余热进行海水淡化和发电，实现降碳增效，绿色环保。同时，由S-CO2取代水介质进行换热，不需要消耗水资源，且还能够通过第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置利用余热生产淡水，实现了产水增效。
提高了换热效率。因S-CO2作为一种超过31.3℃、7.38MPa的处于气液两相之间状态的换热介质，流动性和扩散性均优于水介质，通过设置CO2余热锅炉，以S-CO2作为换热介质，提取吸收赤热焦炭热量后的惰性气体的热量，能够充分发挥S-CO2比热容大、辐射换热能力强的特点，提高了对惰性气体的换热效率。
提高了发电效率。由提取惰性气体热量后处于高温高压状态的S-CO2进行发电，即采用雷顿循环发电技术。相较于蒸汽朗肯循环发电技术，雷顿循环发电技术中的S-CO2处于气液两相之间的超临界状态，能够避免工质相态的改变，减少了压缩功的消耗，能够大幅提升循环效率，进而提高了发电效率。因此，本申请的发电效率比传统的蒸汽朗肯循环发电技术的发电效率高3～5％。
附图说明
图1为本发明的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统的示意图。
【附图标记说明】
A：余热提取子系统：11：CO2余热锅炉；12：除尘器；13：风机；
B：S-CO2发电子系统；21：第二S-CO2涡轮机；22：发电机；23：回热器；24：第二压缩机；
C：海水蒸馏淡化子系统：31：第一蒸馏淡化装置；32：第二蒸馏淡化装置；33：第三蒸馏淡化装置；34：节流阀；35：冷凝器；36：第一压缩机；
D：反渗透海水淡化子系统；51：第一S-CO2涡轮机；52：高压泵；53：能量回收装置；54：反渗透淡化膜分离装置；55：流量阀；56：海水预处理装置；
61：第一真空度调节阀；62：第二真空度调节阀；63：第三真空度调节阀；64：真空泵；
71：淡水换热器；72：浓水换热器；
81a：第一惰性气体管路；81b：第二惰性气体管路；81c：惰性气体回路；82a：第一S-CO2管路；82b：第二S-CO2管路；82c：第三S-CO2管路；82d：第一S-CO2回路；82e：第二S-CO2回路；82f：第三S-CO2回路；82g：第四S-CO2管路；82h：第四S-CO2回路；82i：第四S-CO2回路；
83a：第一海水管路；83b：第二海水管路；83c：第三海水管路；84：二次水蒸气管路；85a：第一淡水管路；85b：第二淡水管路；85c：第三淡水管路；86a：第一浓水管路；86b：第二浓水管路；86c：第三浓水管路；86d：第三浓水管路。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
参见图1，本发明提供一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，包括余热提取子系统A、海水蒸馏淡化子系统C、S-CO2发电子系统B和反渗透海水淡化子系统D。余热提取子系统A包括干熄炉和CO2余热锅炉11。海水蒸馏淡化子系统C包括第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32。
干熄炉的惰性气体出口连通CO2余热锅炉11，CO2余热锅炉11中容纳S-CO2，干熄炉内吸收赤热焦炭的热量后的惰性气体进入CO2余热锅炉11中和S-CO2换热。
CO2余热锅炉11的惰性气体出口连通第一蒸馏淡化装置31，第一蒸馏淡化装置31的惰性气体出口连通干熄炉。
CO2余热锅炉11的S-CO2气体出口连通S-CO2发电子系统B和反渗透海水淡化子系统D。S-CO2发电子系统B的S-CO2气体出口连通第二蒸馏淡化装置32，第二蒸馏淡化装置32的S-CO2气体出口连通S-CO2发电子系统B，S-CO2发电子系统B的S-CO2气体出口连通CO2余热锅炉11。反渗透海水淡化子系统D能够将S-CO2的热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的海水经反渗透膜制得淡水。
具体地，基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统的发电和海水淡化方法，包括如下步骤：
S1：干熄炉内吸收赤热焦炭的热量后的惰性气体进入CO2余热锅炉11中和S-CO2换热。
S2：CO2余热锅炉11中放热后的惰性气体经CO2余热锅炉11的惰性气体出口进入第一蒸馏淡化装置31中放热，以使海水吸热蒸发并冷凝为淡水。放热后的惰性气体经第一蒸馏淡化装置31的惰性气体出口进入干熄炉中再次吸热。
S2：CO2余热锅炉11中吸热后的一部分S-CO2经CO2余热锅炉11的S-CO2气体出口进入S-CO2发电子系统B中，将S-CO2的热能转化为电能。做功且放热后的S-CO2经S-CO2发电子系统B的S-CO2气体出口进入第二蒸馏淡化装置32中放热，以使海水吸热蒸发并冷凝为淡水。放热后的S-CO2经第二蒸馏淡化装置32的S-CO2气体出口进入S-CO2发电子系统B中加热加压，再由S-CO2发电子系统B的S-CO2气体出口进入CO2余热锅炉11中再次吸热。
CO2余热锅炉11中吸热后的另一部分S-CO2经CO2余热锅炉11的S-CO2气体出口进入反渗透海水淡化子系统D中，反渗透海水淡化子系统D能够将S-CO2的热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的海水经反渗透膜制得淡水。
本发明的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及其回收方法，利用冶金企业中的炼焦后得到的温度高达1000℃的焦炭的热量，同时进行发电和海水淡化，以充分利用焦炭余热，并为位置临海且淡水需求量较大的冶金企业提供淡水。本发电和海水淡化系统全流程利用干熄焦余热，利用余热提取子系统A、S-CO2发电子系统B、海水蒸馏淡化子系统C和反渗透海水淡化子系统D，实现了干熄焦冷却、S-CO2发电和海水淡化的组合设计，以超过31.3℃、7.38MPa的处于气液两相之间状态的超临界二氧化碳S-CO2作为换热介质，替代水进行换热，利用流动性和扩散性均优于水介质，且单位体积小于水蒸气的特性，具有如下优势：
以S-CO2作为换热循环介质，充分利用赤热焦炭的余热，利用余热同时进行发电和海水淡化以丰富产物，且多热源实现海水淡化，海水淡化成本低。惰性气体在干熄炉内吸热冷却1000℃的赤热焦炭后，在CO2余热锅炉中和S-CO2换热，由S-CO2提取惰性气体的热量。惰性气体放热后的余热通过第一蒸馏淡化装置31放热以使海水蒸发并冷凝为淡水。吸热后的一部分S-CO2能够按温度依次通过S-CO2发电子系统做功发电和通过第二蒸馏淡化装置32放热淡化海水。吸热后的另一部分S-CO2通过反渗透海水淡化子系统D将热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的海水经反渗透膜制得淡水。由此，能够充分利用冷却赤热焦炭后的惰性气体的余热，并能同时进行发电和海水淡化，丰富了余热回收的产物，增产增效。同时，惰性气体放热后的剩余热能、提取惰性气体热量后的S-CO2的热能以及提取惰性气体的热量并经做功发电后的S-CO2的热能均能用于海水淡化，实现了多热源进行海水淡化。进而，整套发电和海水淡化系统中均采用S-CO2和惰性气体作为换热循环介质循环使用，不引入例如水等其余介质进而不需加设给水系统，有效降低了海水淡化成本。
缩短海水淡化工艺流程、降低设备成本和设备体积。创新性的采用惰性气体和高压的S-CO2直接通入第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32，省去传统的海水淡化工艺中需要将低品位热源转化为蒸汽才能进入淡化装置的中间过程，且以S-CO2作为换热循环介质取代水进行换热，还省去了蒸汽余热锅炉的给水系统，缩短了工艺流程，降低了设备成本以降低制水成本，并能降低设备体积。而且因S-CO2的单位体积小于水蒸气，本申请所设置的发电装置的体积只有蒸汽机组的1/25。同时，通过S-CO2作为发电介质，不需要考虑设备氧化腐蚀的问题，取消了传统干熄焦余热发电系统所必备除氧供水泵站，缩小了设备整体体积。
降碳、不耗水且产水并能增效。通过设置CO2余热锅炉，以超过31.3℃、7.38MPa的处于气液两相之间状态的超临界二氧化碳S-CO2作为换热介质，提取吸收赤热焦炭热量后的惰性气体的热量，能够和碳捕获、利用技术(CCUS)协同作用提取炼焦过程以及其他生产过程中生成的含碳气体形成S-CO2，并利用S-CO2作为换热介质吸热后的余热进行海水淡化和发电，实现降碳增效，绿色环保。同时，由S-CO2取代水介质进行换热，不需要消耗水资源，且还能够通过第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置利用余热生产淡水，实现了产水增效。
提高了换热效率。因S-CO2作为一种超过31.3℃、7.38MPa的处于气液两相之间状态的换热介质，流动性和扩散性均优于水介质，通过设置CO2余热锅炉，以S-CO2作为换热介质，提取吸收赤热焦炭热量后的惰性气体的热量，能够充分发挥S-CO2比热容大、辐射换热能力强的特点，提高了对惰性气体的换热效率。
提高了发电效率。由提取惰性气体热量后处于高温高压状态的S-CO2进行发电，即采用雷顿循环发电技术。相较于蒸汽朗肯循环发电技术，雷顿循环发电技术中的S-CO2处于气液两相之间的超临界状态，能够避免工质相态的改变，减少了压缩功的消耗，能够大幅提升循环效率，进而提高了发电效率。因此，本申请的发电效率比传统的蒸汽朗肯循环发电技术的发电效率高3～5％。
优选地，惰性气体为N2。
进一步，在风机的作用下，向干熄炉内通入惰性气体。
循环气体在干熄炉内将1000℃左右的赤热焦炭冷却，循环气体被加热至900～980℃后进入CO2余热锅炉11中加热S-CO2，以使循环气体的温度降至160～170℃，S-CO2的温度升至850℃左右。温度降至160～170℃的循环气体由CO2余热锅炉11排入第一蒸馏淡化装置31内放热以使海水蒸发并冷凝为淡水。放热后的循环气体的温度降至约为130℃，并由第一蒸馏淡化装置31再次送回干熄炉内冷却赤热焦炭。
进一步，干熄炉的惰性气体出口通过第一惰性气体管路81a连通CO2余热锅炉11。CO2余热锅炉11的惰性气体出口通过第二惰性气体管路81b连通第一蒸馏淡化装置31。第一蒸馏淡化装置31的惰性气体出口通过惰性气体回路81c连通干熄炉。
CO2余热锅炉11的S-CO2气体出口通过第一S-CO2管路82a连通S-CO2发电子系统B和反渗透海水淡化子系统D。S-CO2发电子系统B的S-CO2气体出口通过第三S-CO2管路82c连通第二蒸馏淡化装置32，第二蒸馏淡化装置32的S-CO2气体出口通过第一S-CO2回路82d连通S-CO2发电子系统B，S-CO2发电子系统B的S-CO2气体出口通过第三S-CO2回路82f连通CO2余热锅炉11。
进一步，第二惰性气体管路81b上沿惰性气体的流动方向依次设置除尘器12和风机13。CO2余热锅炉11排出的惰性气体经除尘器12除尘后由风机13送入第一蒸馏淡化装置31中。
进一步，S-CO2发电子系统B包括第二S-CO2涡轮机21和连接第二S-CO2涡轮机21的发电机22。
S-CO2余热锅炉11的S-CO2气体出口和第二S-CO2涡轮机21连通，第二S-CO2涡轮机21的S-CO2气体出口连通第二蒸馏淡化装置32。
吸热后温度约为850℃的S-CO2进入第二S-CO2涡轮机21内用于驱动第二S-CO2涡轮机21转动，以带动发电机22发电，以实现将提取惰性气体热量后的S-CO2的热能转化为电能。
进一步，S-CO2发电子系统B还包括回热器23和第二压缩机24。
第二S-CO2涡轮机21的S-CO2气体出口和回热器23连通。回热器23的S-CO2气体出口和第二蒸馏淡化装置32连通。第二蒸馏淡化装置32的S-CO2气体出口和第二压缩机24连通，第二压缩机24的S-CO2气体出口和回热器23连通，回热器23的S-CO2气体出口和CO2余热锅炉11连通。
发电装置排出的S-CO2进入回热器23中放热，放热后的S-CO2进入第二蒸馏淡化装置32中放热以淡化海水，第二蒸馏淡化装置32排出的S-CO2依次经第二压缩机24加压和回热器23加热后，再次进入CO2余热锅炉11进行吸热。
具体地，S-CO2余热锅炉11的S-CO2气体出口通过第一S-CO2管路82a和第二S-CO2涡轮机21连通，第二S-CO2涡轮机21的S-CO2气体出口通过第二S-CO2管路82b和回热器23连通。回热器23的S-CO2气体出口通过第三S-CO2管路82c和第二蒸馏淡化装置32连通。第二蒸馏淡化装置32的S-CO2气体出口通过第一S-CO2回路82d和第二压缩机24连通，第二压缩机24的S-CO2气体出口通过第二S-CO2回路82e和回热器23连通，回热器23的S-CO2气体出口通过第三S-CO2回路82f和CO2余热锅炉11连通。
进一步，反渗透海水淡化子系统D包括第一S-CO2涡轮机51、高压泵52和反渗透淡化膜分离装置54。
CO2余热锅炉11的S-CO2气体出口连通第一S-CO2涡轮机51，S-CO2涡轮机连接高压泵52，高压泵52设置在连通反渗透淡化膜分离装置54的海水进水管上。
进入S-CO2涡轮机的S-CO2驱动S-CO2涡轮机转动，以带动高压泵52对海水进水管内的海水加压，提高了S-CO2的热能转化效率，不需要引入外加功能装置，降低海水淡化成本。加压后的海水进入反渗透淡化膜分离装置54内经反渗透膜制得淡水。其中，反渗透膜能够穿过溶剂。加压后的海水进入反渗透淡化膜分离装置54内克服反渗透膜的压力而通过反渗透膜形成淡水排出，剩余含盐量较高的浓水。
进一步，反渗透海水淡化子系统D还包括能量回收装置53。
反渗透淡化膜分离装置54的浓水出口连通能量回收装置53，能量回收装置53用于收集反渗透淡化膜分离装置54排出的浓缩状态下的浓水的压能，以充分利用整个发电和海水淡化系统的能量。
具体地，CO2余热锅炉11的S-CO2气体出口通过第一S-CO2管路82a连通第一S-CO2涡轮机51。第二海水管路83b连通反渗透淡化膜分离装置54以向反渗透淡化膜分离装置54通入海水。高压泵52和能量回收装置53沿海水的流动方向依次设置在第二海水管路83b上。
更具体地，第二海水管路83b连通能量回收装置53的海水进口，能量回收装置53的海水出口通过第三海水管路83c连通反渗透淡化膜分离装置54，反渗透淡化膜分离装置54的浓水出口通过第二浓水管路86b连通能量回收装置53。能量回收装置53的浓水出口通过第三浓水管路86c排出压能收集后的浓水。反渗透淡化膜分离装置54所制得的淡水通过第二淡水管路85b排出。
具体地，渗透海水淡化子系统D还包括沿海水流动方向依次设置在第二海水管路83b上的流量阀55和海水预处理单元56。流量阀55用于控制向渗透海水淡化子系统D通入的海水流量。海水预处理单元56用于过滤海水中的杂质。
进一步，还包括淡水换热器71和浓水换热器72。
第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的淡水出口均连通淡水换热器71。淡水换热器71内的淡水加热海水。第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的浓水出口均连通浓水换热器72。浓水换热器72内的浓水加热海水。淡水换热器71和浓水换热器72的海水出口均连通反渗透海水淡化子系统D。
反渗透海水淡化子系统D中海水的适宜工作温度为5-35℃。利用第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32生成的淡水和浓水的余热将海水预热至反渗透海水淡化子系统D的反渗透膜的膜通量处于最佳状态的适宜工作温度，替代增设其他加热设备，能够合理利用系统热能，降低成本，缩小设备体积。尤其适用于冬季或者环境温度较低时对海水余热。
具体地，第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的淡水出口均通过第一淡水管路85a连通淡水换热器71。第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的浓水出口均通过第一浓水管路86a连通浓水换热器72。
更具体地，第一海水管路83a连通淡水换热器71和浓水换热器72的海水进口，以向淡水换热器71和浓水换热器72内通入海水。淡水换热器71的淡水出口通过第三淡水管路85c排出淡水。浓水换热器72的浓水出口通过第三浓水管路86d排出浓水。淡水换热器71的海水出口和浓水换热器72的海水出口均通过第二海水管路83b连通渗透海水淡化子系统D以向渗透海水淡化子系统D通过预热后的海水。
进一步，第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32均为单效蒸馏淡化装置或者多效蒸馏淡化装置。单效蒸馏淡化装置中包括一个蒸发器，该蒸发器作为热泵冷凝器，将较高温度热能供给海水，使其蒸发。
优选地，第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32均为多效蒸馏淡化装置，海水蒸馏淡化子系统C还包括热泵回收模块。第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的水蒸气出口均连通热泵回收模块。
其中，多效蒸馏淡化装置包括多个蒸发器，第1效蒸发器作为热泵冷凝器，将较高温度热能供给海水，使其蒸发，第1效蒸发器所产生的蒸汽又被输送到第2效作为蒸发器热源，在该效蒸发器中冷凝为淡水的同时使该效循环海水蒸发……如此逐效相连，末效产生的二次蒸汽进入热泵回收模块中，再次将热量传递给热泵回收模块形成循环。
具体地，第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的末效生成的二次水蒸气经水蒸气出口进入热泵回收模块中和S-CO2换热。热泵回收模块中的二次水蒸气冷凝形成淡水，吸热后的S-CO2经放热淡化海水后再次和二次水蒸气换热。
通过设置热泵回收模块能够回收第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的末效生成的二次水蒸气的热量对海水蒸馏以淡化海水，进一步提高对干熄焦余热的利用率，且该海水淡化过程不采用水冷，节水效果明显。
具体地，热泵回收模块包括第三蒸馏淡化装置33、节流阀34、冷凝器35和第一压缩机36。
第三蒸馏淡化装置33为多效蒸馏淡化装置。
第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33的水蒸气出口均连通冷凝器35；第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33的末效生成的二次水蒸气经水蒸气出口进入冷凝器35中和S-CO2换热，冷凝器35中的二次水蒸气冷凝形成淡水。
冷凝器35的S-CO2气体出口连通第一压缩机36，第一压缩机36的S-CO2气体出口连通第三蒸馏淡化装置33，第三蒸馏淡化装置33的S-CO2气体出口通过管路连通冷凝器35，管路上设置节流阀34。
热泵回收模块中利用S-CO2提取第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33的末效生成的二次水蒸气的热量，并由提取热量后的S-CO2放热蒸馏以淡化海水，且二次水蒸气放热后也能形成为淡水，提高对干熄焦余热的利用率，增大海水淡化的产量。
具体地，第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33的水蒸气出口均通过二次水蒸气管路84连通冷凝器35。冷凝器35的S-CO2气体出口通过第四S-CO2回路82h连通第一压缩机36，第一压缩机36的S-CO2气体出口通过第四S-CO2回路82i连通第三蒸馏淡化装置33，第三蒸馏淡化装置33的S-CO2气体出口通过第四S-CO2管路管路82g连通冷凝器35，第四S-CO2管路管路82g上设置节流阀34。
进一步，本发电和海水淡化系统还包括第一真空度调节阀61、第二真空度调节阀62、第三真空度调节阀63和真空泵64。
第一真空度调节阀61设置在连通第一蒸馏淡化装置31和真空泵64的第一调压管路上。第二真空度调节阀62设置在连通第二蒸馏淡化装置32和真空泵64的第二调压管路上。第三真空度调节阀63设置在连通第三蒸馏淡化装置33和真空泵64的第三调压管路上。第一真空度调节阀61、第二真空度调节阀62和第三真空度调节阀63相应调节第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33内的压力大小，以适用不同的操作温度，且可调节至负压或正压，并由真空泵20维持。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，包括干熄炉、CO2余热锅炉(11)、第一蒸馏淡化装置(31)、第二蒸馏淡化装置(32)、S-CO2发电子系统(B)、反渗透海水淡化子系统(D)和CO2循环模块；
所述干熄炉的惰性气体出口连通所述CO2余热锅炉(11)，所述CO2余热锅炉(11)中容纳S-CO2；
所述CO2余热锅炉(11)的惰性气体出口连通所述第一蒸馏淡化装置(31)，所述第一蒸馏淡化装置(31)的惰性气体出口连通所述干熄炉；
所述CO2余热锅炉(11)的S-CO2气体出口连通所述S-CO2发电子系统(B)和所述反渗透海水淡化子系统(D)；所述S-CO2发电子系统(B)的S-CO2气体出口连通所述第二蒸馏淡化装置(32)，所述第二蒸馏淡化装置(32)的S-CO2气体出口连通S-CO2发电子系统(B)，所述S-CO2发电子系统(B)的S-CO2气体出口连通所述CO2余热锅炉(11)；所述反渗透海水淡化子系统(D)能够将所述S-CO2的热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的所述海水经反渗透膜制得淡水。
2.如权利要求1所述的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，还包括热泵回收模块；
所述第一蒸馏淡化装置(31)和所述第二蒸馏淡化装置(32)均为多效蒸馏淡化装置；
所述第一蒸馏淡化装置(31)和所述第二蒸馏淡化装置(32)的水蒸气出口均连通所述热泵回收模块；
所述第一蒸馏淡化装置(31)和所述第二蒸馏淡化装置(32)的末效生成的二次水蒸气经所述水蒸气出口进入所述热泵回收模块中和所述S-CO2换热；所述热泵回收模块中的所述二次水蒸气冷凝形成所述淡水，吸热后的所述S-CO2经放热淡化海水后再次和所述二次水蒸气换热。
3.如权利要求2所述的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，所述热泵回收模块包括第三蒸馏淡化装置(33)、节流阀(34)、冷凝器(35)和第一压缩机(36)；
所述第三蒸馏淡化装置(33)为多效蒸馏淡化装置；
所述第一蒸馏淡化装置(31)、所述第二蒸馏淡化装置(32)和所述第三蒸馏淡化装置(33)的水蒸气出口均连通所述冷凝器(35)；所述第一蒸馏淡化装置(31)、所述第二蒸馏淡化装置(32)和所述第三蒸馏淡化装置(33)的末效生成的二次水蒸气经所述水蒸气出口进入所述冷凝器(35)中和所述S-CO2换热，所述冷凝器(35)中的所述二次水蒸气冷凝形成所述淡水；
所述冷凝器(35)的S-CO2气体出口连通所述第一压缩机(36)，所述第一压缩机(36)的S-CO2气体出口连通所述第三蒸馏淡化装置(33)，所述第三蒸馏淡化装置(33)的S-CO2气体出口通过管路连通所述冷凝器(35)，所述管路上设置所述节流阀(34)。
4.如权利要求3所述的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，还包括第一真空度调节阀(61)、第二真空度调节阀(62)、第三真空度调节阀(63)和真空泵(64)；
所述第一真空度调节阀(61)设置在连通所述第一蒸馏淡化装置(31)和所述真空泵(64)的第一调压管路上；
所述第二真空度调节阀(62)设置在连通所述第二蒸馏淡化装置(32)和所述真空泵(64)的第二调压管路上；
所述第三真空度调节阀(63)设置在连通所述第三蒸馏淡化装置(33)和所述真空泵(64)的第三调压管路上。
5.如权利要求1所述的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，还包括淡水换热器(71)和浓水换热器(72)；
所述第一蒸馏淡化装置(31)和所述第二蒸馏淡化装置(32)的淡水出口均连通所述淡水换热器(71)；所述淡水换热器(71)内的所述淡水加热所述海水；
所述第一蒸馏淡化装置(31)和所述第二蒸馏淡化装置(32)的浓水出口均连通所述浓水换热器(72)；所述浓水换热器(72)内的所述浓水加热所述海水；
所述淡水换热器(71)和所述浓水换热器(72)的海水出口均连通所述反渗透海水淡化子系统(D)。
6.如权利要求1所述的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，所述反渗透海水淡化子系统(D)包括第一S-CO2涡轮机(51)、高压泵(52)和反渗透淡化膜分离装置(54)；
所述CO2余热锅炉(11)的S-CO2气体出口连通所述第一S-CO2涡轮机(51)，所述S-CO2涡轮机连接所述高压泵(52)，所述高压泵(52)设置在连通所述反渗透淡化膜分离装置(54)的海水进水管上；
进入所述S-CO2涡轮机的所述S-CO2驱动所述S-CO2涡轮机转动，以带动所述高压泵(52)对所述海水进水管内的海水加压，加压后的所述海水进入所述反渗透淡化膜分离装置(54)内经所述反渗透膜制得淡水。
7.如权利要求6的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，所述反渗透海水淡化子系统(D)还包括能量回收装置(53)；
所述反渗透淡化膜分离装置(54)的浓水出口连通所述能量回收装置(53)，所述能量回收装置(53)用于收集所述反渗透淡化膜分离装置(54)排出的浓水的压能。
8.如权利要求1所述的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，所述S-CO2发电子系统(B)包括第二S-CO2涡轮机(21)和连接所述第二S-CO2涡轮机(21)的发电机(22)；所述CO2余热锅炉(11)的S-CO2气体出口和所述第二S-CO2涡轮机(21)连通，所述第二S-CO2涡轮机(21)的S-CO2气体出口连通所述第二蒸馏淡化装置(32)；
吸热后的所述S-CO2进入所述第二S-CO2涡轮机(21)内用于驱动所述第二S-CO2涡轮机(21)转动，以带动所述发电机(22)发电。
9.如权利要求8所述的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，其特征在于，所述S-CO2发电子系统(B)还包括回热器(23)和第二压缩机(24)；
所述第二S-CO2涡轮机(21)的S-CO2气体出口和所述回热器(23)连通，所述发电装置排出的所述S-CO2进入所述回热器(23)中放热；所述回热器(23)的S-CO2气体出口和所述第二蒸馏淡化装置(32)连通，放热后的所述S-CO2进入所述第二蒸馏淡化装置(32)中放热以淡化海水；
所述第二蒸馏淡化装置(32)的S-CO2气体出口和所述第二压缩机(24)连通，所述第二压缩机(24)的S-CO2气体出口和所述回热器(23)连通，所述回热器(23)的S-CO2气体出口和所述CO2余热锅炉(11)连通。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统的发电和海水方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：所述干熄炉内吸收赤热焦炭的热量后的惰性气体进入所述CO2余热锅炉(11)中和S-CO2换热；
S2：所述CO2余热锅炉(11)中放热后的所述惰性气体经所述CO2余热锅炉(11)的惰性气体出口进入所述第一蒸馏淡化装置(31)中放热，以使海水吸热蒸发并冷凝为淡水；放热后的所述惰性气体经所述第一蒸馏淡化装置(31)的惰性气体出口进入所述干熄炉中再次吸热；
S2：所述CO2余热锅炉(11)中吸热后的一部分所述S-CO2经所述CO2余热锅炉(11)的CO2气体出口进入所述S-CO2发电子系统(B)中，将所述S-CO2的热能转化为电能；做功且放热后的所述S-CO2经所述S-CO2发电子系统(B)的CO2气体出口进入所述所述第二蒸馏淡化装置(32)中放热，以使海水吸热蒸发并冷凝为淡水；放热后的所述S-CO2经所述第二蒸馏淡化装置(32)的S-CO2气体出口进入所述S-CO2发电子系统(B)中加热加压，再由所述S-CO2发电子系统(B)的S-CO2气体出口进入所述CO2余热锅炉(11)中再次吸热；
所述CO2余热锅炉(11)中吸热后的另一部分所述S-CO2经所述CO2余热锅炉(11)的CO2气体出口进入所述反渗透海水淡化子系统(D)中，所述反渗透海水淡化子系统(D)能够将所述S-CO2的热能转化为对海水加压的压力能，且能将加压后的所述海水经反渗透膜制得淡水。
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