CN209098230U - 一种共用烟囱联产电力和淡水的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共用烟囱联产电力和淡水的装置，包括烟道海水加热器、烟气净化器、海水蒸馏池、集热棚、公用烟囱、空气涡轮机及风力增压设备，基于太阳能、风能和烟气余热，联合生产电力和淡水，有效回收利用工业余热，利用烟道海水加热器中的烟气余热对海水进行加热，显著提高海水蒸发量，进而提升淡水产量；有了烟气余热的稳定供给，保证海水蓄热更加稳定，进而保证系统夜间更稳定地运行；流经集热棚的热气流与净化后烟气在公用烟囱底部混合后温度得以大幅升高，系统内外压降增大，涡轮机发电量增加，这些都大大提高了系统综合利用效率。

Description

一种共用烟囱联产电力和淡水的装置

技术领域

本实用新型属于新能源发电与环保设备技术领域，涉及联合利用太阳能、风能和火电厂余热进行电力生产及海水淡化，具体涉及一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展，能源问题迫在眉睫。作为应对措施之一，太阳能烟囱技术应运而生。太阳能烟囱技术将蓄热技术、烟囱技术、风力涡轮机发电技术综合于一体，具有维修方便、运行可靠、使用周期长等优点，是实现大规模开发和利用太阳能的可行途径之一，拥有巨大的应用前景。

随着经济发展、人口膨胀，淡水资源异常紧缺。解决淡水紧缺最好的方法之一就是海水淡化技术。但是，海水淡化是一种高耗能技术。以环境友好方式利用可再生能源驱动的海水淡化系统是一种创新方法。

单一的太阳能烟囱发电系统由于太阳能的转换效率一般不到1%，受气候和天气影响很大，很难大规模商业化应用。将太阳能烟囱发电与蒸馏海水淡化技术联合的综合系统，虽然可以实现发电和海水淡化联产，提高其经济效益，但由集热棚产生的热气流与外界环境气流的密度差并不大，这制约了发电量的提升，这是这类综合系统本身的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，联合利用太阳能、风能和火电厂余热进行电力生产及海水淡化。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，包括烟道海水加热器、烟气净化器、集热棚、海水蒸馏池、空气涡轮机、公用烟囱和风力增压设备；

烟道海水加热器包括烟气流道和蜂窝状整流器，烟气流道螺旋形分布在海水蒸馏池的底部，其最外侧一圈设有烟气进口，最内圈一侧设有烟气出口，在烟气出口处设置蜂窝状整流器；

烟气净化器包括罩在蜂窝状整流器上的顶壳，顶壳内设有多组相对布置的阴极板组和阳极板组，顶壳上开设有环形设置的烟气孔；

海水蒸馏池包括位于底部的蒸馏池底池和覆盖在蒸馏池底池上方的集热棚，蒸馏池底池包括位于底端的浓盐水出口、与海水层相连通的海水进口和位于上端的淡水出口，蒸馏池底池内沿径向布置多组玻璃盖板支架，相邻两组玻璃盖板支架的上端斜向设置有玻璃盖板，玻璃盖板—端连接位于内侧的玻璃盖板支架的底端，另一端连接位于外侧的玻璃盖板支架的中间段，各玻璃盖板支架上在与玻璃盖板底端连接处的下端设有向内侧上方延伸的弧形淡水收集器，相邻淡水收集器之间沿弧形底部设有连通两者的引流槽，最外层引流槽的出口处连通淡水出口；

公用烟囱为竖直中空圆筒，公用烟囱底部与集热棚的顶部出口连通，且在两者连通的中心处设置所述涡轮机，烟囱的顶部出口处设置所述风力增压设备；

所述风力增压设备包括设置在公用烟囱上端口空腔内的支撑板，支撑板的外侧圆周固定在烟囱壁面上，支撑板中心处通过轴承垂直连接主轴，主轴的下端沿圆周设有通风机叶片，上端沿圆周设置H型垂直轴风轮叶片，H型垂直轴风轮叶片与通风机叶片刚性连接。

优选的，烟气流道为上端面开口的槽形。

优选的，烟气流道的最外圈与底端外侧设有保温层。

优选的，蜂窝状整流器为蜂窝状六边形。

优选的，阴极板组与阳极板组交错排列。

优选的，多组玻璃盖板支架等间距沿蒸馏池底池内径向布置。

优选的，淡水收集器为四分之一的圆弧状。

优选的，在蒸馏池底池中心上方设有导流锥，导流锥呈从下往上逐渐变窄的喇叭状。

优选的，在公用烟囱内壁喷涂功能型玻璃钢复合材料。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型通过在海水蒸馏池底池下方增加螺旋形烟道海水加热器，利用其中的烟气余热对海水进行加热，显著地提高了海水的蒸发量，进而提升淡水产量；有了烟气余热的稳定供给，保证海水蓄热更加稳定，进而保证系统夜间更稳定的运行；流经集热棚的热气流与净化后的烟气在公用烟囱底部混合后温度得以大幅度升高，系统内外压降增大，提高了涡轮机的发电量，更大限度的提高了火太阳能、风能及火电厂余热的综合利用率。此外，经净化的火电厂烟气中大气污染物含量降低，温度大幅度降低，对环境的污染也显著减小。

附图说明

图1为是本实用新型装置的简要结构示意图；

图2是本实用新型装置的详细结构示意图；

图3是本实用新型装置中烟道海水加热器的俯视及局部结构示意图；

图4是本实用新型装置中烟道海水加热器中密封装置结构示意图；

图5是本实用新型装置中烟气净化器的局部放大图；

图6是本实用新型装置中海水蒸馏池的局部结构放大图；

图7是本实用新型装置中海水蒸馏池的俯视图。

附图标记：1、烟道海水加热器；11、烟气进口；12、烟气流道；13、烟气出口；14、蜂窝状整流器；15、保温层；16、外壳；2、烟气净化器；21、阴极板组；22、阳极板组；23、框架；24、烟气孔；3、海水蒸馏池；31、浓盐水出口；32、海水进口；33、淡水出口；34、海水层；35、淡水收集器；36、玻璃盖板支架；37、玻璃盖板；38、引流槽；39、蒸馏池底池；4、集热棚；41、集热棚盖板；42、导流锥； 5、涡轮机；6、公用烟囱；7、风力增压设备；71、H型垂直轴风轮叶片；72、通风机叶片；73、主轴；74、支撑板；75、轴承；76、烟囱壁面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型专利的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

在本实用新型专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型专利的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型专利中的具体含义。

众所周知火电厂排放的烟气具有大量余热，若在太阳能烟囱发电与蒸馏海水淡化技术联合的综合系统中，对火电厂烟气余热进行利用和再净化，利用烟气余热加热海水，可大幅提高海水温度，增强海水蒸发量，显著提高淡水产量；海水温度的提高进一步提高了集热棚中的气流温度，热气流与净化后的烟气混合，气流温度又进一步提升，混合气流流量也大大增加，可显著提高系统发电量；有了烟气余热的稳定加热，海水蓄热层蓄热更加充足稳定，综合系统夜间连续运行会更加稳定。烟气余热的利用大大降低了对环境的热污染。对烟气中还没有除净的二氧化硫、烟尘等再净化，防止腐蚀烟囱，实现太阳能烟囱与火电厂烟囱合二为一共用，结构紧凑，节省土地面积与一次投资成本，也进一步减轻大气环境污染，这样的利用太阳能、风能和火电厂余热，进行电力及海水淡化的联产设想可实现经济效益与环境效益的相统一。

基于上述发明思想，本实用新型的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，参见图1所示，包括烟道海水加热器1、烟气净化器2、集热棚4、海水蒸馏池3、空气涡轮机5、公用烟囱6和风力增压设备7。

参见图1至图4所示，烟道海水加热器1包括烟气流道12和蜂窝状整流器14。如图3所示，烟气流道12螺旋形分布在海水蒸馏池3的底部，其最外侧一圈设有烟气进口11，最内圈一侧设有烟气出口13，火电厂产生的烟气由烟气进口11进入螺旋形烟气流道12后，从烟气出口13流出。烟气流道12为槽形，上端面开口，固接于海水蒸馏池3的底池下方，利用烟气流道12内流动的烟气的余热，对海水蒸馏池内的海水进行加热。在烟气出口处设置蜂窝状整流器14。烟气通过烟气出口处的蜂窝状整流器14流出，进入烟气净化器2。

烟气流道12由最外圈围绕的外壳16所包裹，具体参见图4所示，且最外圈与底端外侧设有保温层15。考虑到烟气腐蚀，烟气海水加热器1与海水蒸馏池3底部下侧应进行防腐处理，防腐材料需满足防腐要求，并且导热性能良好。例如可选择ZS-722导热防腐材料。

所述蜂窝状整流器14为蜂窝状六边形，其结构参见图3所示，为减小旋流效应，其边长越小效果越好。

所述烟气净化器2位于导流锥42的下方，参见图5所示，包括罩在蜂窝状整流器上的顶壳，顶壳内设有多组相对布置的阴极板组21和阳极板组22，多组阴极板组通过框架23支撑。顶壳上开设有紧贴导流锥42底部外圈环形均匀设置的烟气孔24，烟气通过蜂窝状整流器14进入顶壳内，经阴极板组21和阳极板组22去除烟气中的灰尘和雾气，由顶壳上烟气孔24排出。

为除高效去除烟气中的灰尘与雾气，将阴极板组21与阳极板组22交错排列。所述阴极板组21采用正六边形碟片柱/管。所述阳极板组22可采用正六边形筒式结构，呈蜂窝状，高度可设置在2-8m，极间距可设置在30-200mm。

海水蒸馏池3包括位于底部的蒸馏池底池39和覆盖在蒸馏池底池39上方的集热棚4，如图6所示（图6中仅显示了右侧海水蒸馏池的局部放大结构），蒸馏池底池39同时作为螺旋形烟道海水加热器1的上截面，蒸馏池底池39包括位于底端的浓盐水出口31、与海水层34相连通的海水进口32和位于上端的淡水出口33。蒸馏池底池39内沿径向等间距布置多组玻璃盖板支架36，相邻两组玻璃盖板支架36的上端斜向设置有玻璃盖板37，玻璃盖板37—端连接位于内侧（图中是左侧）的玻璃盖板支架36的底端，另一端连接位于外侧的玻璃盖板支架36的中间段，各玻璃盖板支架36上在与玻璃盖板底端连接处的下端设有向内侧上方延伸的弧形淡水收集器35，相邻淡水收集器之间沿弧形底部设有连通两者的引流槽 38，最外层引流槽38的出口处连通淡水出口33。

蒸馏池底池39为具有选择性吸收涂层的不锈钢板，吸收率在0.9-0.94之间。

淡水收集器35与引流槽38的连接关系如图7所示，玻璃盖板支架36和淡水收集器35是绕着集热棚4中心一环一环分布的，从玻璃盖板37上冷凝获得的淡水沿着玻璃盖板支架36落入淡水收集器35中。其中，引流槽38的作用就是在相邻的淡水收集器35之间开一个连通的通道，让所有的淡水收集器35联通，进而从淡水出口33流出。

淡水收集器35为四分之一的圆弧状，如图6所示，固定在玻璃盖板支架36上。规则的圆弧状可以有利于快速收集淡水。

所述集热棚4，参见图2所示，包括覆盖在玻璃盖板37上方的集热棚盖板41。集热棚盖板41与玻璃盖板37之间形成热气流流道。在蒸馏池底池中心上方设有导流锥42，使热气流流道形成从下往上逐渐变窄的喇叭状，有利于气流向上行走。

所述公用烟囱6指将火电厂烟囱与太阳能烟囱电站烟囱共用，为竖直中空圆筒，烟囱6底部与集热棚盖板41的顶部出口连通，且在两者连通的中心处设置所述涡轮机5，烟囱的顶部出口处设置所述风力增压设备7。为满足防腐需求，在公用烟囱6内壁喷涂功能型玻璃钢（FFRP）复合材料。所述空气涡轮机5需满足防腐要求，可采取功能型玻璃钢（FFRP）复合材料喷涂。

所述风力增压设备7包括设置在公用烟囱6上端口空腔内的支撑板74，如图2所示，支撑板74的外侧圆周固定在烟囱壁面76上，支撑板74中心处通过轴承75垂直连接主轴73，主轴73的下端沿圆周设有通风机叶片72，上端沿圆周设置H型垂直轴风轮叶片71，H型垂直轴风轮叶片71与通风机叶片72刚性连接。通风机叶片72既能起到支撑作用，又能产生从下部的抽风效果。支撑板74为沿圆周设有多个竖直平板的钢板，起到支撑主轴的作用，同时支撑板74还起到导流效果。因为气流经过涡轮机5后是有旋转的，在公用烟囱6里面受到的阻力较小，所以这种旋转可能一直维持到公用烟囱出口，因此加装竖直平板就能够起到导流效果。

本实用新型装置的工作原理为，外界空气经集热棚进口流入集热棚4，透过集热棚盖板 41的太阳辐射一部分从玻璃盖板37反射出去，其余透射过玻璃盖板37的热量被海水层34及蒸馏池底池39吸收，海水温度升高并蒸发，同时海水进口32以一定速度补充海水，使海水层34保持在恒定高度。由于玻璃盖板37吸收的太阳能很少，且直接向集热棚4里面的气流散热，故玻璃盖板37的温度低于海水层34水温，因此在海水层34和玻璃盖板37之间将会通过辐射、对流和蒸发进行热交换，海水蒸发并形成水汽。水汽会在玻璃盖板37的下表面凝结成水珠。玻璃盖板37有一合适的倾角，水珠就会在重力的作用下顺着玻璃盖板37流下，落到淡水收集器35中，再通过引流槽38流到淡水出口33，而蒸馏池底池39的浓盐水通过浓盐水出口31排出。

由火电厂产生的烟气经过烟气进口11进入烟气流道12，由蜂窝状整流器14排出，经蜂窝状整流器14处理后的气流的旋流效应可以显著减少。同时，蜂窝状整流器14排出的气体进入烟气净化器2，通过交错排列的阴极板组21与阳极板组22，烟气中的灰尘与雾气得到有效的清除。为使净化的烟气能以一定的速度从烟气净化器2排出，带动空气涡轮机5的旋转，在烟气净化器2顶部即导流锥42的下端面四周环形设置烟气出气孔24，经净化的烟气由烟气出口孔24排出。

与此同时，经净化的烟气与流入集热棚4的气流混合，流动到公用烟囱6底部，系统内外密度差加大，烟囱效应加剧，抽力达到最大，气流得以上升并排出，同时外界空气经集热棚4进口源源不断地补充进来以达到动态平衡。在公用烟囱6底部内外密度差和压差为最大，因此在此处设置轴流式风力涡轮机5，上升气流推动涡轮机5的叶片旋转，并带动相应的发电机进行发电。涡轮机5消耗了热气流大部分压力势能以及部分动能，并剩下的小部分压力势能和动能用以驱动热气流继续沿着公用烟囱6上升，上升过程中气流的温度逐渐降低，焓降转化成为重力势能，气流的速度稍有下降，然后热气流流入风力增压设备7中。

由于高空中风速较大，高空自然风吹动H型垂直轴风轮叶片71旋转时，也会带动通风机叶片72的旋转，旋转的通风机叶片72产生的负压加速了烟囱内做完功的热气流的排出，公用烟囱6内外压差进一步加大，强化了烟囱效应，从而提高了涡轮机5的轴功率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，包括烟道海水加热器、烟气净化器、集热棚、海水蒸馏池、空气涡轮机、公用烟囱和风力增压设备；

烟道海水加热器包括烟气流道和蜂窝状整流器，烟气流道螺旋形分布在海水蒸馏池的底部，其最外侧一圈设有烟气进口，最内圈一侧设有烟气出口，在烟气出口处设置蜂窝状整流器；

烟气净化器包括罩在蜂窝状整流器上的顶壳，顶壳内设有多组相对布置的阴极板组和阳极板组，顶壳上开设有环形设置的烟气孔；

海水蒸馏池包括位于底部的蒸馏池底池和覆盖在蒸馏池底池上方的集热棚，蒸馏池底池包括位于底端的浓盐水出口、与海水层相连通的海水进口和位于上端的淡水出口，蒸馏池底池内沿径向布置多组玻璃盖板支架，相邻两组玻璃盖板支架的上端斜向设置有玻璃盖板，玻璃盖板—端连接位于内侧的玻璃盖板支架的底端，另一端连接位于外侧的玻璃盖板支架的中间段，各玻璃盖板支架上在与玻璃盖板底端连接处的下端设有向内侧上方延伸的弧形淡水收集器，相邻淡水收集器之间沿弧形底部设有连通两者的引流槽，最外层引流槽的出口处连通淡水出口；

公用烟囱为竖直中空圆筒，公用烟囱底部与集热棚的顶部出口连通，且在两者连通的中心处设置所述涡轮机，烟囱的顶部出口处设置所述风力增压设备；

所述风力增压设备包括设置在公用烟囱上端口空腔内的支撑板，支撑板的外侧圆周固定在烟囱壁面上，支撑板中心处通过轴承垂直连接主轴，主轴的下端沿圆周设有通风机叶片，上端沿圆周设置H型垂直轴风轮叶片，H型垂直轴风轮叶片与通风机叶片刚性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，烟气流道为上端面开口的槽形。

3.根据权利要求1所述的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，烟气流道的最外圈与底端外侧设有保温层。

4.根据权利要求1所述的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，蜂窝状整流器为蜂窝状六边形。

5.根据权利要求1所述的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，阴极板组与阳极板组交错排列。

6.根据权利要求1所述的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，多组玻璃盖板支架等间距沿蒸馏池底池内径向布置。

7.根据权利要求1所述的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，淡水收集器为四分之一的圆弧状。

8.根据权利要求1所述的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，在蒸馏池底池中心上方设有导流锥，导流锥呈从下往上逐渐变窄的喇叭状。

9.根据权利要求1所述的一种基于共用烟囱联产电力和淡水的装置，其特征是，在公用烟囱内壁喷涂功能型玻璃钢复合材料。