CN201908793U - 与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置 - Google Patents

与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置 Download PDF

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Abstract

与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，包括太阳能聚光集热子系统、蒸汽动力子系统、低温多效蒸馏淡化子系统、换热子系统，太阳能聚光集热子系统由聚光集热装置组成，换热子系统由高压蒸汽发生器、低压蒸汽发生器和载热介质泵组成，蒸汽动力子系统由蒸汽透平和发电机组成，低温多效蒸馏淡化子系统由蒸汽引射器和低温多效蒸馏淡化装置组成；聚光集热装置、高压蒸汽发生器、低压蒸汽发生器、载热介质泵、聚光集热装置之间通过管道依次串联形成闭合回路，高压蒸汽发生器与蒸汽透平之间通过管道相连，蒸汽透平与发电机之间为轴连接，低压蒸汽发生器与蒸汽引射器之间通过管道相连，蒸汽引射器与低温多效蒸馏淡化装置之间经双向管道连接形成闭合回路。

Description

与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置
技术领域
本实用新型涉及一种与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术
现有技术中的太阳能热发电主要采用以下两种形式：
1、槽式线聚焦太阳能热发电系统：是利用槽式线聚焦反射镜达到聚光要求的太阳能热发电形式，槽式线聚焦反射镜对太阳多进行一维跟踪，其聚光比在40～80之间，集热工质的温度一般低于400℃。系统通常由槽式聚光集热装置、蓄热装置、发电装置或/和辅助能源装置（如锅炉）等组成。槽式线聚焦太阳能热发电系统目前普遍采用导热油作为集热工质，低温导热油经油泵被送入到太阳能集热管，被加热到390℃左右，成为高温导热油，高温导热油依次通过蒸汽再热器、过热器、蒸发器和预热器等装置，将收集到的太阳能传递到蒸汽循环中，产生370℃左右的过热蒸汽，进入汽轮机中做功，输出电能。槽式线聚焦太阳能热发电系统目前的主要障碍是集热工质温度不高，动力子系统的热效率偏低；聚光集热子系统载热介质入口温度高，聚光集热子系统的集热效率较低。当系统集热温度高于400℃后，太阳能集热器的真空度难以保证、寿命迅速降低，并且集热效率也急剧下降。例如，当太阳直射辐射强度为800W/m2，温度为500℃时的集热效率为0.5，而温度为250℃时集热效率为0.7，500℃比250℃的集热效率约降低28.6%；在载热介质进入吸热器温度为100℃时集热效率为57%，而入口温度为250℃时集热效率为52%，入口温度为100℃比250℃时的集热效率提高了9.6%。
2、塔式太阳能热发电系统：也称为集中式太阳能热发电系统，系统聚光比通常在200～700之间，系统最高运行温度可达到1500℃。塔式太阳能热发电系统通常由定日镜、吸热器、蓄热装置、蒸汽产生装置以及热动装置等部件组成。为最大限度的捕捉到太阳辐射，定日镜通常采用双轴跟踪装置。经定日镜反射的太阳辐射聚集到塔顶的吸热器上，加热吸热器中的热传输工质；蒸汽产生装置所产生的过热蒸汽进入动力子系统后实现热功转换，完成电能输出。塔式太阳能热发电系统在20世纪80年代后备受世人关注，目前，世界范围内有多座示范电站正在运行或建设中。与槽式线聚焦太阳能热发电系统相比，塔式太阳能热发电系统的集热温度高，易生产高参数蒸汽，因此热动装置的效率相应提高。目前，塔式太阳能热发电系统的主要障碍是，当定日镜场的聚光集热功率增大时，即单塔太阳能热发电系统大型化后，定日镜场的集热效率随之降低，例如，当定日镜场的聚光功率为50MW时，其年均场效率为0.6，当聚光功率为500MW时，场效率为0.4，且随着聚光功率的增加，场效率减小的趋势加快，因此，增大塔式太阳能热发电系统容量的难度较大。
目前所采用的海水淡化的主要技术情况为：水资源匮乏正日益影响全球的经济发展与生态环境，在缺水成为世界性问题的背景下，各国学者纷纷将目光投向了具有丰富水资源的大海，进行海水淡化研究。尽管海水淡化的方法很多，目前主要以从海水中分离水的方法为主，真正实用的只有多级闪蒸（MSF）、低温多效蒸馏（LT-MED）、热压缩（TVC）和反渗透（RO）等几种方法。就全球各主要方法产水量相对密度来说，1998年IDA（国际脱盐协会）公布的统计结果：MSF为44.1%、RO为39.5%、MED为4.05%、其它方法为12.35%，其中MSF方法主要应用于能源资源丰富的中东地区。随着成功解决蒸发传热面上的结垢腐蚀问题，LT-MED获得长足发展，其中知名度较高的企业有以色列的IDE公司、法国的SIDEM公司和我国秦皇岛新源水工业有限公司。近年来西班牙、印度等国安装了多套万吨级低温多效蒸馏海水淡化系统。
低温多效蒸馏淡化装置的驱动热源蒸汽进入到第一效中放热凝结，第一效的海水受热后部分蒸发。自第一效中蒸发出的蒸汽进入第二效，作为第二效的热源，从第一效蒸发出来的蒸汽在第二效中凝结，凝结水作为淡水输出。过程依次进行下去，直到低温多效蒸馏淡化装置的末效。低温多效蒸馏淡化装置的热源温度一般低于70℃，末效蒸发温度为40℃，各效间的温差为2～3℃。单纯的低温多效蒸馏淡化装置一般为6～12效，造水比为4.5～9.6。
虽然低温多效蒸馏法海水淡化技术已得到广泛应用，但将低温多效蒸馏淡化与太阳能热发电相结合以实现电水联供的技术尚未见报道。
因此，设计一种与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置。
本实用新型解决其技术问题的技术方案是：
一种与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，包括太阳能聚光集热子系统、蒸汽动力子系统、低温多效蒸馏淡化子系统、换热子系统，太阳能聚光集热子系统由聚光集热装置组成，换热子系统由高压蒸汽发生器、低压蒸汽发生器和载热介质泵组成，蒸汽动力子系统由蒸汽透平和发电机组成，低温多效蒸馏淡化子系统由蒸汽引射器和低温多效蒸馏淡化装置组成；聚光集热装置、高压蒸汽发生器、低压蒸汽发生器、载热介质泵、聚光集热装置之间通过管道依次串联形成闭合回路，高压蒸汽发生器与蒸汽透平之间通过管道相连，蒸汽透平与发电机之间为轴连接，低压蒸汽发生器与蒸汽引射器之间通过管道相连，蒸汽引射器与低温多效蒸馏淡化装置之间经双向管道连接形成闭合回路。
本实用新型解决其技术问题的技术方案还可以是：
本实用新型蒸汽动力子系统还包括凝汽器和给水泵，蒸汽透平、凝汽器、给水泵与高压蒸汽发生器之间通过回流管依次相连。
本实用新型低温多效蒸馏淡化子系统还包括淡水给水泵，淡水给水泵通过回流管连接于低温多效蒸馏淡化装置与低压蒸汽发生器之间。
本实用新型太阳能聚光集热子系统还包括蓄热装置，蓄热装置通过管道连接于聚光集热装置的两端。
本实用新型所述的聚光集热装置为槽式线聚焦反射镜或定日镜与吸热器的组合。
实现本实用新型的方法为：
太阳能聚光集热子系统将太阳辐射能量转换为载热介质热能，载热介质在高压蒸汽发生器和低压蒸汽发生器中分别将能量传递给高压蒸汽和低压蒸汽；高压蒸汽的部分能量经蒸汽动力子系统转化为电能；低压蒸汽在蒸汽引射器中膨胀增速，引射出低温多效蒸馏淡化装置中的部分蒸汽，然后共同进入低温多效蒸馏淡化装置的第一效，作为驱动热源生产出淡水；载热介质经蒸汽发生器换热后，由载热介质泵升压进入太阳能聚光集热子系统吸收太阳辐射能量。
从蒸汽动力子系统出来的蒸汽凝结水经给水泵增压后进入高压蒸汽发生器；低温多效蒸馏淡化装置第一效产生的部分淡水经淡水给水泵增压后进入低压蒸汽发生器。
所述的太阳能聚光集热子系统为槽式线太阳能聚光集热系统或塔式太阳能聚光集热系统。
槽式线太阳能聚光集热系统吸收太阳辐射能量后的载热介质温度为350℃～400℃，经过高压蒸汽发生器后载热介质温度降为253℃～303℃，经过低压蒸汽发生器后载热介质温度降为80℃～130℃。
塔式太阳能聚光集热系统吸收太阳辐射能量后的载热介质温度为450℃～600℃，经过高压蒸汽发生器后载热介质温度降为235℃～385℃，经过低压蒸汽发生器后载热介质温度降为165℃～315℃。
以上所述的载热介质为导热油或熔融盐。
高压蒸汽的压力为50bar～104bar，温度为300℃～370℃；从蒸汽动力子系统出来的蒸汽压力降为0.07bar～0.1bar，蒸汽干度为0.85～0.90；进入低温多效蒸馏淡化装置第一效的蒸汽温度为68℃～75℃。
蒸汽凝结水经给水泵增压后压力为57bar～115bar，温度为105℃；从低温多效蒸馏淡化装置第一效进入低压蒸汽发生器的淡水温度为65℃～72℃。
与现有技术相比，本实用新型综合运用太阳能热发电技术与低温多效蒸馏海水淡化技术，进一步利用太阳能热发电之后剩余的热能进行海水淡化，高效利用了太阳能聚光集热子系统提供的热能（提高了约6%），降低了进入聚光集热子系统的载热介质的温度（降低约150℃），提高了聚光集热子系统的集热效率（提高了约6%）。同时，本发明也实现了电水联产，能为不同用户提供高品质的淡水，具有较高的技术效益和经济价值。
另外，在本发明技术方案中，通过调整载热介质在高压蒸汽发生器和低压蒸汽发生器中的热能分配，可对电、水的产出比例进行优化，实现相对成本的最低化，从而实现更高的技术效益和经济价值。
附图说明：
图1是本发明太阳能电水联供的一种实施方式的装置示意图。
具体实施方式
实施例1槽式线聚焦太阳能热发电与低温多效蒸馏海水淡化相结合的太阳能电水联供方法：由槽式线聚焦反射镜和蓄热装置2用于暂时贮存槽式线聚焦反射镜所聚集的多余热能组成的槽式线太阳能聚光集热系统将太阳辐射能量转换为载热介质导热油或熔融盐热能，吸收太阳辐射能量后的导热油温度为390℃，导热油在高压蒸汽发生器3和低压蒸汽发生器4中分别将能量传递给高压蒸汽和低压蒸汽，经过高压蒸汽发生器3后导热油温度降为293℃，经过低压蒸汽发生器4后导热油温度降为120℃；压力104bar、温度370℃的高压蒸汽的部分能量经过蒸汽透平6和发电机7组成的蒸汽动力子系统转化为电能；从蒸汽动力子系统出来的蒸汽压力降为0.07bar，蒸汽干度为0.88，进入凝汽器8冷凝，凝结水经给水泵9增压至压力为115bar、温度为105℃后进入高压蒸汽发生器3；低压蒸汽在蒸汽引射器10中膨胀增速，引射出低温多效蒸馏淡化装置11中的部分蒸汽，然后共同温度为70℃进入低温多效蒸馏淡化装置11的第一效，作为驱动热源生产出淡水；第一效产生的部分淡水温度67℃经淡水给水泵12增压后进入低压蒸汽发生器4；载热介质导热油经蒸汽发生器换热后，由载热介质泵5升压进入槽式线太阳能聚光集热系统吸收太阳辐射能量。
该方法所采用的装置见图1包括太阳能聚光集热子系统、蒸汽动力子系统、低温多效蒸馏淡化子系统、换热子系统，太阳能聚光集热子系统由聚光集热装置1和蓄热装置2组成，换热子系统由高压蒸汽发生器3、低压蒸汽发生器4和载热介质泵5组成，蒸汽动力子系统由蒸汽透平6、发电机7、凝汽器8和给水泵9组成，低温多效蒸馏淡化子系统由蒸汽引射器10、低温多效蒸馏淡化装置11和淡水给水泵12组成；聚光集热装置1、高压蒸汽发生器3、低压蒸汽发生器4、载热介质泵5、聚光集热装置1之间通过管道依次串联形成闭合回路，蓄热装置2通过管道连接于聚光集热装置1的两端，高压蒸汽发生器3、蒸汽透平6、凝汽器8、给水泵9、高压蒸汽发生器3之间通过管道依次相连形成闭合回路，蒸汽透平6与发电机7之间为轴连接，低压蒸汽发生器4与蒸汽引射器10之间通过管道相连，蒸汽引射器10与低温多效蒸馏淡化装置11之间经双向管道连接形成闭合回路，淡水给水泵12通过回流管连接于低温多效蒸馏淡化装置11与低压蒸汽发生器4之间。其中所述的聚光集热装置1为槽式线聚焦反射镜。
实施例2：塔式太阳能热发电与低温多效蒸馏海水淡化相结合的太阳能电水联供方法：由定日镜、吸热器和蓄热装置2用于暂时贮存定日镜和吸热器所聚集的多余热能组成的塔式太阳能聚光集热系统将太阳辐射能量转换为载热介质熔融盐热能，吸收太阳辐射能量后的载热介质温度为565℃，载热介质在高压蒸汽发生器3和低压蒸汽发生器4中分别将能量传递给高压蒸汽和低压蒸汽，经过高压蒸汽发生器3后载热介质温度降为350℃，经过低压蒸汽发生器4后载热介质温度降为280℃；压力104bar、温度370℃的高压蒸汽的部分能量经过蒸汽透平6和发电机7组成的蒸汽动力子系统转化为电能；从蒸汽动力子系统出来的蒸汽压力降为0.07bar，蒸汽干度为0.85，进入凝汽器8冷凝，凝结水经给水泵9增压至压力为115bar、温度为105℃后进入高压蒸汽发生器3；低压蒸汽在蒸汽引射器10中膨胀增速，引射出低温多效蒸馏淡化装置11中的部分蒸汽，然后共同温度为70℃进入低温多效蒸馏淡化装置11的第一效，作为驱动热源生产出淡水；第一效产生的部分淡水温度67℃经淡水给水泵12增压后进入低压蒸汽发生器4；载热介质熔融盐经蒸汽发生器换热后，由载热介质泵5升压进入塔式太阳能聚光集热系统吸收太阳辐射能量。
该方法所采用的装置见图1同实施例1，其中所述的聚光集热装置1为定日镜与吸热器的组合。
实施例3：太阳能热发电与低温多效蒸馏海水淡化相结合的太阳能电水联供方法：由聚光集热装置1组成的太阳能聚光集热子系统将太阳辐射能量转换为载热介质导热油或熔融盐热能，吸收太阳辐射能量后的载热介质温度为500℃，载热介质在高压蒸汽发生器3和低压蒸汽发生器4中分别将能量传递给高压蒸汽和低压蒸汽，经过高压蒸汽发生器3后载热介质温度降为285℃，经过低压蒸汽发生器4后载热介质温度降为215℃；压力50bar~104bar，温度为300℃~370℃的高压蒸汽的部分能量经过蒸汽透平6和发电机7组成的蒸汽动力子系统转化为电能；从蒸汽动力子系统出来的蒸汽压力降为0.07bar~0.1bar，蒸汽干度为0.90，进入凝汽器8冷凝，凝结水经给水泵9增压至压力为50bar~115bar、温度为105℃后进入高压蒸汽发生器3；低压蒸汽在蒸汽引射器10中膨胀增速，引射出低温多效蒸馏淡化装置11中的部分蒸汽，然后共同温度为70℃进入低温多效蒸馏淡化装置11的第一效，作为驱动热源生产出淡水；载热介质导热油或熔融盐经蒸汽发生器换热后，由载热介质泵5升压进入太阳能聚光集热子系统吸收太阳辐射能量。
该方法所采用的装置参见图1包括太阳能聚光集热子系统、蒸汽动力子系统、低温多效蒸馏淡化子系统、换热子系统，太阳能聚光集热子系统由聚光集热装置1组成，换热子系统由高压蒸汽发生器3、低压蒸汽发生器4和载热介质泵5组成，蒸汽动力子系统由蒸汽透平6、发电机7、凝汽器8和给水泵9组成，低温多效蒸馏淡化子系统由蒸汽引射器10和低温多效蒸馏淡化装置11组成；聚光集热装置1、高压蒸汽发生器3、低压蒸汽发生器4、载热介质泵5、聚光集热装置1之间通过管道依次串联形成闭合回路，高压蒸汽发生器3、蒸汽透平6、凝汽器8、给水泵9、高压蒸汽发生器3之间通过管道依次相连形成闭合回路，蒸汽透平6与发电机7之间为轴连接，低压蒸汽发生器4与蒸汽引射器10之间通过管道相连，蒸汽引射器10与低温多效蒸馏淡化装置11之间经双向管道连接形成闭合回路。

Claims (5)

1.一种与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，包括太阳能聚光集热子系统、蒸汽动力子系统、低温多效蒸馏淡化子系统、换热子系统，其特征在于：太阳能聚光集热子系统由聚光集热装置（1）组成，换热子系统由高压蒸汽发生器（3）、低压蒸汽发生器（4）和载热介质泵（5）组成，蒸汽动力子系统由蒸汽透平（6）和发电机（7）组成，低温多效蒸馏淡化子系统由蒸汽引射器（10）和低温多效蒸馏淡化装置（11）组成；聚光集热装置（1）、高压蒸汽发生器（3）、低压蒸汽发生器（4）、载热介质泵（5）、聚光集热装置（1）之间通过管道依次串联形成闭合回路，高压蒸汽发生器（3）与蒸汽透平（6）之间通过管道相连，蒸汽透平（6）与发电机（7）之间为轴连接，低压蒸汽发生器（4）与蒸汽引射器（10）之间通过管道相连，蒸汽引射器（10）与低温多效蒸馏淡化装置（11）之间经双向管道连接形成闭合回路。
2.按照权利要求1所述与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，其特征在于：蒸汽动力子系统还包括凝汽器（8）和给水泵（9），蒸汽透平（6）、凝汽器（8）、给水泵（9）与高压蒸汽发生器（3）之间通过回流管依次相连。
3.按照权利要求2所述与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，其特征在于：低温多效蒸馏淡化子系统还包括淡水给水泵（12），淡水给水泵（12）通过回流管连接于低温多效蒸馏淡化装置（11）与低压蒸汽发生器（4）之间。
4.按照权利要求2所述与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，其特征在于：太阳能聚光集热子系统还包括蓄热装置（2），蓄热装置（2）通过管道连接于聚光集热装置（1）的两端。
5.按照权利要求2所述与海水淡化相结合的太阳能电水联供装置，其特征在于：所述的聚光集热装置（1）为槽式线聚焦反射镜或定日镜与吸热器的组合。
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Assignee: Guantao Xin Neng living beings Thermal Power Co., Ltd

Assignor: Hebei New Energy Power Group Co., Ltd.

Contract record no.: 2013130000111

Denomination of utility model: Solar electricity-water united supply device combined with sea water desalination

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License type: Exclusive License

Record date: 20131009

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