RU2562660C2

RU2562660C2 - Desalination installation generating cold and electric power (versions)

Info

Publication number: RU2562660C2
Application number: RU2013150658/11A
Authority: RU
Inventors: Екатерина Васильевна Фирсова; Иван Александрович Ивонтьев; Виталий Юрьевич Соколов; Алексей Викторович Садчиков; Сергей Вениаминович Горячев; Сергей Александрович Наумов
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-09-10
Also published as: RU2013150658A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: fresh water, cold and power are generated simultaneously.

EFFECT: higher savings of power consumption up to complete compensation of power consumption for own needs of the plant accompanied by reduced discharges of toxic and greenhouse gases of ship power plant, higher efficiency factor, and possibility to generate cold are provided by means of the water desalinating combination with cold and power generation.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, предназначено для одновременного получения пресной воды, холода и электроэнергии.The invention relates to the field of energy, is intended for the simultaneous production of fresh water, cold and electricity.

Известна судовая опреснительная установка, предназначенная для опреснения воды с помощью ступеней испарения (парогенераторы), каждая из которых выполнена в виде корпуса с сепаратором и испарителем поверхностного типа (со змеевиковой поверхностью нагрева), погруженным в объем морской воды данного корпуса, включающая конденсатор, насосы (рассольный, эжекторный и др.) и соединительные трубопроводы с разобщительной арматурой, при этом испаритель второй ступени испарения сообщен на входе посредством трубопровода с полостью верхней части корпуса первой ступени, а вход испарителя первой ступени испарения сообщен посредством трубопровода с источником греющей среды, конденсатор на входе сообщен посредством трубопровода с полостью верхней части корпуса второй ступени испарения, а отводящий трубопровод конденсатора имеет сообщение со сборником дистиллята, и на его протяжении установлены разобщительные клапаны, в днище корпуса каждой ступени испарения вмонтирован отводящий рассол трубопровод, на отводящем рассол трубопроводе корпуса второй ступени испарения установлен рассольный насос, а сам данный корпус имеет сообщение с источником морской воды, причем отводящий трубопровод испарителя второй ступени испарения имеет сообщение со сборником дистиллята (Установка типа ИКВ - 39/6М. Слесаренко В.Н., Слесаренко В.В. Судовые опреснительные установки. - Владивосток: МГУ, 2001. - 448 с., рис.2.10, рис.2.11, с.34-36).Known ship desalination plant designed to desalinate water using evaporation stages (steam generators), each of which is made in the form of a housing with a separator and a surface-type evaporator (with a coil heating surface) immersed in the volume of sea water of this housing, including a condenser, pumps ( brine, ejector, etc.) and connecting pipelines with disconnecting fittings, while the evaporator of the second stage of evaporation is communicated at the inlet by means of a pipeline with a cavity of the upper part to the mouth of the first stage, and the inlet of the evaporator of the first stage of evaporation is communicated through a pipeline with a source of heating medium, the condenser inlet is communicated through a pipeline with a cavity in the upper part of the housing of the second stage of evaporation, and the discharge pipe of the condenser is in communication with the distillate collector, and isolation valves are installed throughout it , in the bottom of the housing of each evaporation stage, a discharge brine pipe is mounted, on the discharge brine pipe of the housing of the second evaporation stage, a the salt pump, and this building itself has a connection with a source of sea water, and the outlet pipe of the evaporator of the second stage of evaporation has a message with the distillate collector (Installation type IKV - 39 / 6M. Slesarenko V.N., Slesarenko V.V. Ship desalination plants. - Vladivostok: Moscow State University, 2001 .-- 448 p., Fig. 2.10, Fig. 2.11, p. 34-36).

Недостатками данной установки является то, что она не вырабатывает холод и электроэнергию, также удельный расход электроэнергии на вспомогательные механизмы достаточно высок и равен 1,4…24 кВт·час на тонну полученного дистиллята.The disadvantages of this installation is that it does not generate cold and electricity, and the specific energy consumption for auxiliary mechanisms is quite high and equal to 1.4 ... 24 kW · h per ton of distillate obtained.

Известен компрессионный холодильный агрегат, содержащий соединенные в замкнутый циркуляционный контур хладагента компрессор, испаритель и теплообменный конденсатор водяного охлаждения (Иванов О.П. Конденсаторы и водоохлаждающие устройства. - Л.: Машиностроение, 1980. - 164 с.).Known compression refrigeration unit containing connected in a closed circulation circuit of the refrigerant compressor, evaporator and heat-exchanging condenser water cooling (Ivanov OP Condensers and water-cooling devices. - L .: Engineering, 1980. - 164 S.).

Недостатками этого устройства являются то, что оно не вырабатывает электроэнергию, не опресняет воду.The disadvantages of this device are that it does not generate electricity, does not desalinate water.

Технический результат, который получен при осуществлении изобретения, заключается в экономии потребляемой электроэнергии, а также получении холода и электроэнергии.The technical result that is obtained by carrying out the invention is to save energy consumption, as well as to obtain cold and electricity.

Задача решается тем, что в предлагаемой нами опреснительной установке с получением холода и электроэнергии установлены подающий и обратный трубопроводы в охлаждаемом объекте, минерализатор, регулирующий вентиль, осмотическая емкость, турбина, электрогенератор, вакуумный насос, который установлен в генераторе пара, а также установка содержит солнечный коллектор с насосом, прокачивающим теплонесущую жидкость.The problem is solved in that in our desalination plant with the receipt of cold and electricity, supply and return pipelines are installed in the refrigerated object, a mineralizer, a control valve, an osmotic tank, a turbine, an electric generator, a vacuum pump that is installed in a steam generator, and the installation also contains a solar collector with pump pumping heat transfer fluid.

Поставленная техническая задача в равной степени достигается также и другим вариантом опреснительной установки с получением холода и электроэнергии, по которому в предлагаемой нами опреснительной установке с получением холода и электроэнергии установлены подающий и обратный трубопроводы в охлаждаемом объекте, минерализатор, регулирующий вентиль, осмотическая емкость, турбина, электрогенератор, вакуумный насос, который установлен в генераторе пара, а также нагрев воды в генераторе пара производится с помощью выхлопа газотурбинной установки, состоящей из камеры сгорания, компрессора, газовой турбины и электрогенератора.The stated technical task is equally achieved also by another variant of the desalination plant with the production of cold and electricity, according to which in our desalination plant with the production of cold and electricity the supply and return pipelines are installed in the cooled object, the mineralizer, the control valve, the osmotic tank, the turbine, an electric generator, a vacuum pump, which is installed in the steam generator, as well as water heating in the steam generator is carried out using a gas turbine exhaust SETTING consisting of a combustion chamber, a compressor, a gas turbine and electric generator.

Поставленная техническая задача в равной степени достигается также и третьим вариантом опреснительной установки с получением холода и электроэнергии, по которому в предлагаемой нами опреснительной установке с получением холода и электроэнергии установлены подающий и обратный трубопроводы в охлаждаемом объекте, минерализатор, регулирующий вентиль, осмотическая емкость, турбина, электрогенератор, вакуумный насос, который установлен в генераторе пара, а также нагрев воды в генераторе пара производится с помощью выхлопа двигателя внутреннего сгорания, который вращает электрогенератор.The stated technical task is equally achieved by the third version of the desalination plant with the production of cold and electricity, according to which in our desalination plant with the production of cold and electricity, the supply and return pipelines are installed in the cooled object, a mineralizer, a control valve, an osmotic tank, a turbine, an electric generator, a vacuum pump, which is installed in the steam generator, as well as heating the water in the steam generator is carried out using the engine exhaust ennego combustion engine, which rotates the electric generator.

Данные установки позволяют одновременно производить электрическую энергию, холод и пресную воду для обеспечения тремя видами энергий промышленных и частных потребителей.These units allow the simultaneous production of electric energy, cold and fresh water to provide three types of energy to industrial and private consumers.

Заявляемая группа изобретений - опреснительная установка с получением холода и электроэнергии - поясняется следующими чертежами:The claimed group of inventions - desalination plant with the receipt of cold and electricity - is illustrated by the following drawings:

На фигуре 1 изображена опреснительная установка с получением холода и электроэнергии - вариант 1.The figure 1 shows a desalination plant with the receipt of cold and electricity - option 1.

На фигуре 2 изображена опреснительная установка с получением холода и электроэнергии - вариант 2.The figure 2 shows a desalination plant with the receipt of cold and electricity - option 2.

На фигуре 3 изображена опреснительная установка с получением холода и электроэнергии - вариант 3.The figure 3 shows a desalination plant with the receipt of cold and electricity - option 3.

Установка для опреснения воды с получением холода и электроэнергии на фиг.1 состоит из насоса 1 для закачки морской воды в генератор пара 2 и осмотическую емкость 3. Генератор пара 2 снабжен сепаратором пара 4 и вакуумным насосом 5 для понижения давления. Нагрев морской воды в генераторе пара 2 производится с помощью теплонесущей жидкости солнечного коллектора 6, который нагревается солнечным излучением. Пар, пройдя сепаратор пара 4, поступает в конденсатор 7, где конденсируется в жидкость. Из конденсатора жидкость проходит через регулирующий вентиль 8 и поступает в испаритель 9, где происходит теплообмен между теплоносителем испарителя 9 и теплоносителем охлаждаемого объекта 10. Из охлаждаемого объекта 10 теплоноситель по подающему трубопроводу 11 направляется к потребителям и возвращается по обратному трубопроводу 12 в охлаждаемый объект 10. Затем пары воды отсасываются насосом 13 и конденсируются в жидкость, и жидкость поступает в минерализатор 14, после чего вода направляется к потребителю. Вода из осмотической емкости 3 подается в турбину 15, которая вращает электрогенератор 16, а затем отработанная вода сбрасывается. Прокачка теплонесущей жидкости в солнечном коллекторе осуществляется с помощью насоса 17.Installation for desalination of water to produce cold and electricity in figure 1 consists of a pump 1 for pumping sea water into a steam generator 2 and an osmotic tank 3. The steam generator 2 is equipped with a steam separator 4 and a vacuum pump 5 to reduce the pressure. The heating of sea water in the steam generator 2 is carried out using the heat-carrying fluid of the solar collector 6, which is heated by solar radiation. Steam, passing the steam separator 4, enters the condenser 7, where it condenses into a liquid. The liquid passes from the condenser through the control valve 8 and enters the evaporator 9, where heat is exchanged between the coolant of the evaporator 9 and the coolant of the cooled object 10. From the cooled object 10, the coolant passes through the supply pipe 11 to consumers and returns via the return pipe 12 to the cooled object 10. Then the water vapor is sucked off by the pump 13 and condensed into the liquid, and the liquid enters the mineralizer 14, after which the water is directed to the consumer. Water from the osmotic tank 3 is supplied to the turbine 15, which rotates the electric generator 16, and then the waste water is discharged. The pumping of heat-carrying fluid in the solar collector is carried out using a pump 17.

На фигуре 2 предложена опреснительная установка с получением холода и электроэнергии. Ее отличием от фиг.1 является то, что на фиг.2 функцию нагрева воды в генераторе пара 2 выполняет выхлоп газотурбинной установки 18, состоящей из компрессора 19 для подачи воздуха в камеру сгорания 20, газовой турбины 21 и электрогенератора 22.The figure 2 proposed desalination plant with the receipt of cold and electricity. Its difference from figure 1 is that in figure 2 the function of heating the water in the steam generator 2 is performed by the exhaust of the gas turbine installation 18, consisting of a compressor 19 for supplying air to the combustion chamber 20, a gas turbine 21 and an electric generator 22.

На фигуре 3 предложена опреснительная установка с получением холода и электроэнергии. Ее отличием от фиг.1 является то, что на фиг.3 функцию нагрева воды в генераторе пара 2 выполняет выхлоп двигателя внутреннего сгорания 23, соединенного с электрогенератором 24.The figure 3 proposed desalination plant with the receipt of cold and electricity. Its difference from figure 1 is that in figure 3 the function of heating the water in the steam generator 2 is performed by the exhaust of the internal combustion engine 23, connected to the electric generator 24.

Опреснительная установка с получением холода и электроэнергии работает следующим образом.Desalination plant with the receipt of cold and electricity works as follows.

Нагретый теплоноситель солнечным излучением в солнечном коллекторе 6 циркулирует по системе с помощью насоса 17, что обеспечивает теплообмен с морской водой в генераторе пара 2. Морская вода транспортируется в установку с помощью насоса 1. Вакуумный насос 5 создает разряжение в генераторе пара 2, что способствует парообразованию при невысоких температурах. Пар проходит через сепаратор пара 4 и поступает в конденсатор 7, где конденсируется, отдавая свое тепло морской воде, поступающей с помощью насоса 1 в генератор пара 2. Из конденсатора 7, проходя регулирующий вентиль 8, понижая свое давление, конденсируемый пар поступает в испаритель 9, где происходит теплообмен между теплоносителями испарителя 9 и охлаждаемого объекта 10. Из охлаждаемого объекта 10 теплоноситель по подающему трубопроводу 11 направляется к потребителям и возвращается по обратному трубопроводу 12 в охлаждаемый объект 10. Из испарителя 9 пары хладагента с помощью насоса 13 отсасываются и конденсируются в воду, вода, проходя минерализатор 14, поступает к потребителю. По мере выпаривания пресной воды из генератора пара 2 раствор воды становится все более концентрированным. При повышении концентрации воды в генераторе пара 2 происходит ее постепенный сброс и набор новой порции морской воды. Сброс воды происходит постепенно, чтобы не потерять весь запас тепла, накопленный в нагретой воде. Сбрасываемая концентрированная вода поступает в осмотическую емкость 3. В одну из частей осмотической емкости 3, разграниченной полупроницаемой мембраной, поступает морская вода, в другую концентрированный рассол из генератора пара 2. За счет разной концентрации солей морской воды и концентрированного раствора молекулы воды из части осмотической емкости 3 с морской водой, стремясь выровнять концентрацию соли, переходят через мембрану в часть осмотической емкости 3 с концентрированным раствором. Поток морской воды, проникающий сквозь поры мембраны, наращивает давление в резервуаре с концентрированным рассолом, тем самым позволяя раскручивать турбину 15. Турбина раскручивает генератор 16 и вырабатывается электрический ток. Отработанная вода сбрасывается в море.Heated coolant by solar radiation in the solar collector 6 is circulated through the system using a pump 17, which provides heat exchange with sea water in the steam generator 2. Sea water is transported to the installation using pump 1. The vacuum pump 5 creates a vacuum in the steam generator 2, which contributes to vaporization at low temperatures. The steam passes through the steam separator 4 and enters the condenser 7, where it condenses, giving its heat to the seawater supplied by the pump 1 to the steam generator 2. From the condenser 7, passing the control valve 8, lowering its pressure, the condensed steam enters the evaporator 9 where heat exchange occurs between the coolants of the evaporator 9 and the cooled object 10. From the cooled object 10, the coolant is conveyed to the consumers via the supply pipe 11 and returned via the return pipe 12 to the cooled object 10. From the vapor ator 9 refrigerant vapor by the pump 13 and sucked into the condensed water, the water passing mineralizer 14 is supplied to the consumer. As fresh water is evaporated from the steam generator 2, the water solution becomes more and more concentrated. With increasing concentration of water in the steam generator 2, it is gradually discharged and a new portion of seawater is recruited. Water discharge occurs gradually so as not to lose all the heat stored in heated water. The concentrated water discharged enters the osmotic tank 3. Seawater enters one of the parts of the osmotic tank 3, delimited by a semipermeable membrane, and the other is concentrated brine from the steam generator 2. Due to the different concentration of sea water salts and the concentrated solution of the water molecule from the part of the osmotic tank 3 with sea water, trying to even out the salt concentration, pass through the membrane into a part of the osmotic tank 3 with a concentrated solution. A stream of sea water penetrating through the pores of the membrane increases the pressure in the reservoir with concentrated brine, thereby allowing the turbine 15 to spin. The turbine spins the generator 16 and an electric current is generated. Waste water is discharged into the sea.

Второй вариант опреснительной установки с получением холода и электроэнергии работает аналогично первому. Отличие заключается в том, что производство пара в генераторе пара 2 осуществляется с помощью выхлопа газотурбинной установки 18. Воздух подается в камеру сгорания 20 с помощью компрессора 19 для подачи воздуха в камеру сгорания 20. В камеру сгорания 20 также подается топливо, для создания топливно-воздушной смеси, которая поджигается. Образовавшийся в результате горения газ раскручивает газовую турбину 21, которая вращает электрогенератор 22, вырабатывающий электрический ток. Отработанный выхлоп поступает в генератор пара 2 для производства пара из морской воды. После прохождения выхлопом генератора пара 2 он выбрасывается в окружающую среду.The second version of the desalination plant with the receipt of cold and electricity works similarly to the first. The difference is that the production of steam in the steam generator 2 is carried out using the exhaust of the gas turbine unit 18. Air is supplied to the combustion chamber 20 using a compressor 19 to supply air to the combustion chamber 20. Fuel is also supplied to the combustion chamber 20 to create a fuel air mixture that is ignited. The gas formed as a result of combustion spins the gas turbine 21, which rotates the electric generator 22, which generates an electric current. Exhaust exhaust enters the steam generator 2 for the production of steam from sea water. After passing the exhaust of the steam generator 2, it is released into the environment.

Третий вариант опреснительной установки с получением холода и электроэнергии работает аналогично первому. Отличие заключается в том, что производство пара в генераторе пара 2 осуществляется с помощью выхлопа двигателя внутреннего сгорания 23. Воздух и топливо подается в двигатель внутреннего сгорания 23, соединенный с электрогенератором 24. Двигатель 23 вращает электрогенератор 24, и вырабатывается ток. Образовавшийся в результате работы двигателя выхлоп поступает в генератор пара 2 для производства пара из морской воды. После прохождения выхлопом генератора пара 2 он выбрасывается в окружающую среду.The third version of the desalination plant with the receipt of cold and electricity works similarly to the first. The difference is that the production of steam in the steam generator 2 is carried out using the exhaust of the internal combustion engine 23. Air and fuel are supplied to the internal combustion engine 23 connected to the electric generator 24. The engine 23 rotates the electric generator 24, and a current is generated. The exhaust resulting from the operation of the engine enters the steam generator 2 for the production of steam from sea water. After passing the exhaust of the steam generator 2, it is released into the environment.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемая опреснительная установка с получением холода и электроэнергии имеет более высокую экономию потребляемой электроэнергии, вплоть до полной компенсации энергозатрат на собственные, больший коэффициент полезного действия, а также позволяет получать холод и электроэнергию.Thus, in comparison with the prototype, the inventive desalination plant with the production of cold and electricity has a higher saving of consumed electricity, up to the full compensation of energy costs for its own, greater efficiency, and also allows you to get cold and electricity.

Claims

1. Desalination plant with the receipt of cold and electricity, including a pump for injecting water, a steam generator equipped with a steam separator, a series-installed condenser, a control valve, an evaporator, a pump for pumping vapor from the evaporator, characterized in that it has a supply and return pipelines in the refrigerated object, a mineralizer enriching water with minerals after a pump for pumping vapors from the evaporator, an osmotic tank connected to a turbine that rotates the generator, vacuum first pump which is installed in the steam generator, and the device comprises a solar collector connected to the pump, the heat-carrying fluid is pumped through the steam generator.

2. Desalination plant with the receipt of cold and electricity, including a pump for injecting water, a steam generator equipped with a steam separator, a series-installed condenser, a control valve, an evaporator, a pump for pumping vapors from the evaporator, characterized in that a supply and return pipelines in the refrigerated object, a mineralizer enriching water with minerals after a pump for pumping vapors from the evaporator, an osmotic tank connected to a turbine that rotates the generator, vacuum first pump which is installed in the steam generator, and heating water in the steam generator is performed by an exhaust gas turbine plant, consisting of a combustion chamber, the compressor and the gas turbine, the rotating power generator.

3. Desalination plant with the receipt of cold and electricity, including a pump for injecting water, a steam generator equipped with a steam separator, a series-installed condenser, a control valve, an evaporator, a pump for pumping vapors from the evaporator, characterized in that a supply and return pipelines in the refrigerated object, a mineralizer that enriches water with minerals after a pump for pumping vapors from the evaporator, an osmotic tank connected to a turbine that rotates the generator, vacuum The second pump, which is installed in the steam generator, as well as the heating of water in the steam generator, is performed using the exhaust of the internal combustion engine, which rotates the electric generator.