CN218058513U - 一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水电联产系统，具体涉及一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，包括储热器、多级闪蒸海水淡化段和燃气轮机联合循环发电段；储热器包括高温段、中温段和低温段；多级闪蒸海水淡化段包括闪蒸室组以及与闪蒸室组相连的盐水加热器；低温段为盐水加热器的热源；海水经闪蒸室组和盐水加热器换热后淡化；燃气轮机联合循环发电段包括燃气轮机发电装置和蒸汽轮机循环发电装置，燃气轮机发电装置产生的乏气联合高温段与中温段共同作为蒸汽轮机循环发电装置的热源，其产生的乏气联合中温段用于制热或制冷。与现有技术相比，本实用新型充分发挥环冷机废热量大、回收效益高的特点，充分利用低品位废热实现水电联产、冷热电联供。

Description

一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种水电联产系统，具体涉及一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统。

背景技术

我国钢铁用能一直居高不下，约占全国总能耗的16％，而烧结工序作为长流程钢铁生产的重要一环，其能耗约占钢铁企业能源消耗的9-12％，仅次于炼钢工序。烧结过程余热资源的高效利用是降低烧结工序能耗的主要措施之一。目前，国内烧结环冷机废气余热回收利用方式主要有三种：①将废烟气净化后作为点火炉的助燃空气或用于预热混合料；②将废烟气通过热管装置或余热锅炉产生蒸汽，并入全厂蒸汽管网；③利用余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机组发电。但是该三种方式仅能利用部分废弃余热，对于低温废气余热，除北方部分钢铁企业用于冬天采暖外，大部分钢铁企业会将其直接排放入大气中，造成能源的浪费。通过对烧结工艺过程中废气余热的回收来降低能源消耗，提高能源利用率，实现工业生产过程中的变废为宝。

水资源是人类宝贵的财富。面对人均水资源拥有量不足、多地区干旱缺水、水环境持续污染等一系列问题，水资源危机将成为所有资源问题中最为严重的问题。在影响人们生活和生产活动的各种要素中，淡水资源起着非常重要的作用。近年来，我国着力推进海水淡化技术的应用和海水淡化工程的建设。积极开发淡水资源不但能够缓解城市和农村严重缺水问题，而且能够获得最大的经济、社会和环境效益。海水淡化是利用海水脱盐生产淡水的开源增量技术，可以增加淡水总量，有效解决淡水资源短缺的难题，对社会可持续发展具有深远意义。蒸馏法(热法)凭借可利用低品位热、对原料海水水质要求低、装置生产能力大等特点，成为当前海水淡化的主流技术之一。其中多级闪蒸海水淡化技术成熟，设备简单可靠、运行安全性高、防垢性能好、操作弹性大，并且可利用低品位热能和废热。通常情况下，多级闪蒸海水淡化系统以汽轮机低压抽汽作为热源，多与火力电站联合运行。我国大多采用燃煤火力发电厂发电，但发电效率普遍在40％左右，想要进一步提高发电机组的供电效率比较困难。因此一种能够提高发电效率或降低多级闪蒸海水淡化系统能耗的工艺亟待开发。

实用新型内容

燃气轮机联合循环发电是提高发电效率的有效途径之一。蒸汽-燃气联合循环是由余热锅炉、燃气轮机和蒸汽轮机三个主体组成，以燃气为高温工质、蒸汽为低温工质，将燃气轮机的排气作为蒸汽轮机装置循环的加热源的联合循环。使用燃气轮机联合循环发电机组可以提高热效率和发电效率，降低环境污染，同时提升调峰性能，节省成本、占地面积和耗水量。目前整体燃气轮机联合循环技术发电净效率可达到60％，与常规燃煤电厂相比，联合循环机组优势更加明显。燃气-蒸汽联合循环发电技术把高效、清洁、节水和多联产等特点结合起来，符合未来长期发电目标。

本实用新型的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，充分发挥了烧结环冷机的废气废热量大、回收效益高的特点，能够充分利用低品位的中低温废热资源，实现了一种水电联产、冷热电联供系统。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，包括储热器、多级闪蒸海水淡化段和燃气轮机联合循环发电段；

所述的储热器包括高温段、中温段和低温段，所述的低温段与多级闪蒸海水淡化段相连，所述的高温段和中温段与燃气轮机联合循环发电段相连；

所述的多级闪蒸海水淡化段包括闪蒸室组以及与闪蒸室组相连的盐水加热器；所述的低温段为盐水加热器的热源；海水经闪蒸室组和盐水加热器换热后进行海水淡化；

所述的燃气轮机联合循环发电段包括燃气轮机发电装置和蒸汽轮机循环发电装置，燃气轮机发电装置产生的乏气联合高温段与中温段共同作为蒸汽轮机循环发电装置的热源，蒸汽轮机循环发电装置产生的乏气联合中温段用于制热或制冷。

优选地，所述的高温段的温度为420-480℃；所述的中温段包括第一中温段和第二中温段，所述的第一中温段的温度为290-330℃，所述的第二中温段的温度为180-230℃；所述的低温段包括第一低温段和第二低温段，所述的第一低温段的温度为120-180℃，所述的第二低温段的温度为60-100℃。

优选地，所述的高温段的温度为450℃，所述的第一中温段的温度为315℃；所述的第二中温段的温度为220℃；所述的第一低温段的温度为150℃，所述的第二低温段的温度为80℃。

储热器中各段热量均来源于环冷机排气筒的烧结废热。环冷机不同部位处的废气温度有所不同，比如给料部位的温度最高，约为450℃，卸料部位温度最低，约为80℃，可见不同部位的温度差也较大，热品位具有一定差别，直接混用会降低热效。将环冷机排气筒的各温度段烧结废热分别储存于储热器中，可以在不浪费废热热能的前提下做到随开随用，灵活取用，同时可以根据需求选取需要的温度段，避免了传统规划方案中直接设计路线以利用废热所带来的局限性。

优选地，所述的闪蒸室组包括若干级依次串联的闪蒸室，所述的闪蒸室中设有与蒸汽换热的冷凝管和收集冷凝水的淡水槽；海水由冷凝管进入闪蒸室组，与闪蒸产生的蒸汽逐级换热后，在盐水加热器中与低温段换热，随后进入闪蒸室组逐级闪蒸，闪蒸产生的蒸汽经冷凝管冷凝换热后收集于淡水槽中。海水进入闪蒸室组与蒸汽进行换热，随后再通过盐水加热器与低温段进行换热，能够充分利用环冷机的低温废热，同时可以降低闪蒸过程中对能量的额外需求。低温的海水与各级闪蒸室进行逐级换热，即为原料进行了预热，又省去了冷却水或冷却液的使用，具有良好的经济效益。各级闪蒸室采用串联的方式，即冷凝管依次通过各级闪蒸室，且闪蒸产生的盐水也会在各级闪蒸室底部相连通，能够最大化产水，闪蒸产生的蒸汽在冷凝管的冷却下流入淡水槽后汇总至总管排出，避免受到污染。由于加热海水的余热所拥有的热量会直接影响到闪蒸室组的顶温，进而会影响多级闪蒸海水淡化段淡化海水的性能。本实用新型中的低温段(包括第一低温段和第二低温段)的综合温度约为100-110℃，可以将海水进行预热，并在少部分外部电能(该部分可来源于燃气轮机联合循环发电段的电力或者外部电力，根据实际情况进行选取)的加强作用下，使海水温度升高至130℃(工程上需求)，随后再进入闪蒸室组进行闪蒸，在该温度范围内闪蒸室组的设备性能良好，且随着温度的上升，GOR(造水比，淡水生成量/蒸汽使用量，质量比)也会逐渐增大，有利于海水的淡化。

优选地，冷凝管中的海水与蒸汽采用逆流逐级换热。采用逆流换热可以提高换热效率。

优选地，所述的燃气轮机发电装置包括依次连接的压气机、燃烧室和燃气轮机，所述的燃气轮机与蒸汽轮机循环发电装置相连；空气经压气机压缩后进入燃烧室与燃气混合燃烧，燃烧产生的混合气使燃气轮机做功，产生的乏气联合高温段与中温段共同作为蒸汽轮机循环发电装置的热源。高温段与第一中温段的综合温度约为350℃，该部分的废热联合燃气轮机产生的乏气的温度用于加热余热锅炉，使余热锅炉产生可用在工程上发电的高温高压蒸汽。相较于普通的燃气轮机联合循环发电，由于额外增加了环冷机的高温废热作为新增热源，可以在一定程度上提升发电性能，产生更多的电力，多生产的电力可以取部分用于多级闪蒸海水淡化段以使得进入闪蒸室的海水能够充分达到目标温度。

优选地，所述的燃气轮机发电装置还包括第一发电机，所述的第一发电机与燃气轮机电连接。

优选地，所述的蒸汽轮机循环发电装置包括余热锅炉和蒸汽轮机；燃气轮机发电装置产生的乏气联合高温段与中温段共同作为余热锅炉的热源，余热锅炉向蒸汽轮机提供蒸汽，使蒸汽轮机做功并产生乏气，一部分乏气通过朗肯循环返回余热锅炉，另一部分乏气联合中温段用于制热或制冷。蒸汽轮机产生的乏气联合中温段的废热可以进一步作为下游制热或制冷使用，实现冷热电联供。第二中温段的废热属于中低温热源，适合通过热泵技术或者制冷技术为夏季用户提供制热或制冷，其与蒸汽轮机产生的乏气温度相近，可以共同联用。

优选地，所述的蒸汽轮机循环发电装置还包括凝汽器和给水泵，所述的蒸汽轮机通过凝汽器和给水泵将乏气送回余热锅炉，实现朗肯循环。余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器和给水泵共同实现朗肯循环。

优选地，所述的蒸汽轮机循环发电装置还包括第二发电机，所述的第二发电机与蒸汽轮机电连接。

燃气轮机联合循环发电段中采用朗肯循环的循环方式进行发电能够提升发电效率，同时降低了燃煤所带来的环境污染。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型将环冷机的废热通过梯级利用实现废热的充分利用，具体而言是将环冷机的废热按照温度进行划分，根据对应的温度用于不同用途，其中低温段的废热可以用于多级闪蒸海水淡化中进行海水的预热；高温段的废热可以与燃气轮机联合循环发电中燃气轮机产生的乏气一同作用于余热锅炉，进而带动蒸汽轮机发电；而中温段的废热则是能够与蒸汽轮机产生的乏气一同用于制热或制冷，提供给下级用户，实现冷热电联供。因而本系统将环冷机的废热充分利用，热尽其用，可以实现水电联产以及冷热电联供，用途广泛。

2、现有的水电联产中，通常是燃煤火电厂实现发电，而该种发电方式不仅发电效率较低，同时还存在较大的污染性。本实用新型将环冷机的低温废热用于多级闪蒸海水淡化工艺中，同时将环冷机的中、高温废热通过朗肯循环的循环方式进行发电，实现了一种新型的水电联产的方式，不仅能够实现废热的有效利用，还可以在保证海水淡化效果的前提下提升约20％的发电效率，同时还能够降低水电联产过程中对环境产生的污染。

3、烧结环冷机所排出的中低温废气余热量极大，但品位较低，将其充分回收再利用是节能的关键。本实用新型的流程中将环冷机的全部废热进行了再利用，具有良好的能源利用率，可以有效降低相关工艺的能源消耗和浪费。此外，传统工程中通常是通过设计废热利用路线以实现热量的有效利用，无法轻易的进行变更，灵活性差，而本实用新型中将烧结环冷机所产生的废热按照温度分级(品位分级)储存在储热器中，可以根据需要随开随用，既能控制输出热源的热量，又能规避传统设计废热利用路线带来的局限性，提升了系统的灵活性。

4、本实用新型对环冷机产生的不同品位的废热根据其品质高低热尽其用，实现一种能够发电、产水、制热和制冷的冷热水电联产系统。可以有效缓解工业低温余热利用难、海水淡化成本高的情况，同时还可以解决沿海地区海水淡化技术缺乏、电力紧缺的问题，具有现实意义和实际应用价值。

5、与常规水电联产机组相比，燃气轮机联合循环发电系统运行更加可靠，可用率高(数据表明约为90-95％，高于普通火电厂燃煤发电)，同时降低煤耗，减少污染，发电效率也更高；而多级闪蒸海水淡化本身也具有运行可靠、安全性高、可利用低品位废热等优点。所以两者结合，既能在常规水电联产机组上提高运行可靠性和发电效率、发电量，又能充分利用低品位余热实现节能环保的目的。

附图说明

图1为本实用新型的联合系统的结构示意图；

图2为联合系统中多级闪蒸海水淡化段的结构示意图；

图3为联合系统中燃气轮机联合循环发电段的结构示意图；

图中：1-储热器；101-低温段；102-中温段；103-高温段；1001-第二低温段；1002-第一低温段；1003-第二中温段；1004-第一中温段；2-闪蒸室组；3-盐水加热器；4-盐水循环泵；5-压气机；6-燃烧室；7-燃气轮机；8-第一发电机；9-余热锅炉；10-蒸汽轮机；11-第二发电机；12-凝汽器；13-给水泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机7联合循环发电系统，如图1-3所示，包括储热器1、多级闪蒸海水淡化段和燃气轮机7联合循环发电段；

储热器1包括高温段103、中温段102和低温段101，低温段101与多级闪蒸海水淡化段相连，中温段102和高温段103分别与燃气轮机7联合循环发电段相连；

多级闪蒸海水淡化段包括闪蒸室组2以及与闪蒸室组2相连的盐水加热器3；低温段101为盐水加热器3的热源；海水经闪蒸室组2和盐水加热器3换热后进行海水淡化；

燃气轮机7联合循环发电段包括燃气轮机发电装置和蒸汽轮机循环发电装置，燃气轮机发电装置产生的乏气与高温段103共同作为蒸汽轮机循环发电装置的热源，蒸汽轮机循环发电装置产生的乏气联合中温段102用于制热或制冷。

更具体地，本实施例中：

整体系统包括储热器1、燃气轮机7联合循环发电段和多级闪蒸海水淡化段。

1、储热器1包括5部分储热段，高温段103储存环冷机高温段103中1号排气筒高温烧结废热，温度450℃左右，第一中温段1004储存环冷机中温段102中2号排气筒烧结废热，温度315℃左右，第二中温段1003储存环冷机中温段102中3号排气筒烧结废热，温度220℃左右，第一低温段1002储存环冷机低温段101中4号排气筒烧结废热，温度150℃左右，第二低温段1001储存环冷机低温段101中5号排气筒烧结废热，温度80℃左右。

2、如图3所示，燃气轮机7联合循环发电装置由燃气轮机发电装置和蒸汽轮机循环发电装置组成。燃气轮机发电装置由压气机5、燃烧室6、燃气轮机7和第一发电机8四个部分组成。常温空气首先进入离心式压气机5中，压缩到一定压力后送入燃烧室6，同时将天然气通过喷油器喷入燃烧室6与压缩空气混合燃烧产生高温燃气。再使高温燃气与经燃烧室6通道渗入的冷却空气混合，冷却到适当温度后进入燃气轮机7膨胀，在管道中形成高速气流。然后冲入固定在转子上的动叶片组成的通道形成推力推动叶片，使转子转动而输出机械功，带动第一发电机8发电。从燃气轮机7排出的乏汽联合高温段103和第一中温段1004的中高温废气热量进入余热锅炉9加热水，产生过热蒸汽进入蒸汽轮机循环发电装置。蒸汽轮机循环发电装置由余热锅炉9、蒸汽轮机10、凝汽器12、给水泵13和第二发电机11五个部分组成。从余热锅炉9里产生的高温高压蒸汽在蒸汽轮机10内膨胀做功，带动第二发电机11发电，蒸汽轮机10做完功的乏汽进入凝汽器12中冷凝成液态工质，再由给水泵13加压送入余热锅炉9内再吸热，实现中低温余热水蒸汽朗肯循环发电。从蒸汽轮机10排出的部分乏汽联合第二中温段1003里的中温废气热量用于制热和制冷，提供给下级用户，实现冷热电联供。

3、如图2所示，多级闪蒸海水淡化(MSF)系统主要由闪蒸室组2(多个闪蒸室串联，可以根据实际情况调整具体设置的闪蒸室数量，在本实施例中采用如图2所示的由7级闪蒸室串联组成的闪蒸室组2)、盐水加热器3和盐水循环泵4组成。原料海水首先进入热排放段(闪蒸室组2的末端2级闪蒸室)用来冷凝闪蒸室里产生的蒸汽，蒸汽热量来自环冷机低温段101中4号和5号排气筒废气(第一低温段1002和第二低温段1001的废热)，同时海水被废热的温度加热。从热排放段出来的海水大部分返回大海，剩余部分与热排放段的末级中部分循环盐水混合；再经盐水循环泵4送入热回收段的末级闪蒸室(去除热排放段2级闪蒸室后的末级闪蒸室，即相当于本实施例中的闪蒸室组2的第5级闪蒸室)的冷凝管，沿着与闪蒸盐水流动方向相反的方向依次冷凝各闪蒸室里闪蒸出的蒸汽，同时自身也被逐渐加热。循环盐水从第1级闪蒸室的冷凝管出来后，进入盐水加热器3被来自低温段101的废气余热和来自于蒸汽轮机10发出的部分电力进一步加热至约130℃，然后进入第1级闪蒸室下部(闪蒸室中进行闪蒸的部分)，循环盐水开始逐级闪蒸，闪蒸出的蒸汽经冷凝，后进入冷凝管下方的淡水槽成为产品水。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，包括储热器（1）、多级闪蒸海水淡化段和燃气轮机联合循环发电段；

所述的储热器（1）包括高温段（103）、中温段（102）和低温段（101），所述的低温段（101）与多级闪蒸海水淡化段相连，所述的高温段（103）和中温段（102）与燃气轮机联合循环发电段相连；

所述的多级闪蒸海水淡化段包括闪蒸室组（2）以及与闪蒸室组（2）相连的盐水加热器（3）；所述的低温段（101）为盐水加热器（3）的热源；海水经闪蒸室组（2）和盐水加热器（3）换热后进行海水淡化；

所述的燃气轮机联合循环发电段包括燃气轮机发电装置和蒸汽轮机循环发电装置，燃气轮机发电装置产生的乏气联合高温段（103）与中温段（102）共同作为蒸汽轮机循环发电装置的热源，蒸汽轮机循环发电装置产生的乏气联合中温段（102）用于制热或制冷。

2.根据权利要求1所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述的高温段（103）的温度为420-480℃；所述的中温段（102）包括第一中温段（1004）和第二中温段（1003），所述的第一中温段（1004）的温度为290-330℃，所述的第二中温段（1003）的温度为180-230℃；所述的低温段（101）包括第一低温段（1002）和第二低温段（1001），所述的第一低温段（1002）的温度为120-180℃，所述的第二低温段（1001）的温度为60-100℃。

3.根据权利要求2所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述的高温段（103）的温度为450℃，所述的第一中温段（1004）的温度为315℃；所述的第二中温段（102）的温度为220℃；所述的第一低温段（1002）的温度为150℃，所述的第二低温段（1001）的温度为80℃。

4.根据权利要求1所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述的闪蒸室组（2）包括若干级依次串联的闪蒸室，所述的闪蒸室中设有与蒸汽换热的冷凝管和收集冷凝水的淡水槽；海水由冷凝管进入闪蒸室组（2），与闪蒸产生的蒸汽逐级换热后，在盐水加热器（3）中与低温段（101）换热，随后进入闪蒸室组（2）逐级闪蒸，闪蒸产生的蒸汽经冷凝管冷凝换热后收集于淡水槽中。

5.根据权利要求4所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，冷凝管中的海水与蒸汽采用逆流逐级换热。

6.根据权利要求1所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述的燃气轮机发电装置包括依次连接的压气机（5）、燃烧室（6）和燃气轮机（7），所述的燃气轮机（7）与蒸汽轮机循环发电装置相连；空气经压气机（5）压缩后进入燃烧室（6）与燃气混合燃烧，燃烧产生的混合气使燃气轮机（7）做功，产生的乏气联合高温段（103）与中温段（102）共同作为蒸汽轮机循环发电装置的热源。

7.根据权利要求6所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述的燃气轮机发电装置还包括第一发电机（8），所述的第一发电机（8）与燃气轮机（7）电连接。

8.根据权利要求1所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述的蒸汽轮机循环发电装置包括余热锅炉（9）和蒸汽轮机（10）；燃气轮机发电装置产生的乏气联合高温段（103）与中温段（102）共同作为余热锅炉（9）的热源，余热锅炉（9）向蒸汽轮机（10）提供蒸汽，使蒸汽轮机（10）做功并产生乏气，一部分乏气通过朗肯循环返回余热锅炉（9），另一部分乏气联合中温段（102）用于制热或制冷。

9.根据权利要求8所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述的蒸汽轮机循环发电装置还包括凝汽器（12）和给水泵（13），所述的蒸汽轮机（10）通过凝汽器（12）和给水泵（13）将乏气送回余热锅炉（9），实现朗肯循环。

10.根据权利要求8所述的一种多级闪蒸海水淡化及燃气轮机联合循环发电系统，其特征在于，所述的蒸汽轮机循环发电装置还包括第二发电机（11），所述的第二发电机（11）与蒸汽轮机（10）电连接。

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