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CN105317486A - 回收湿空气潜热的水电联产系统及其方法 - Google Patents

回收湿空气潜热的水电联产系统及其方法 Download PDF

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Abstract

一种回收湿空气潜热的水电联产系统及其方法，属于能源与动力领域。其特征在于：该系统还包括有机朗肯循环子系统，该子系统包括与海水淡化系统除湿器有机工质侧出口相连的气液分离器、与气液分离器气侧和液侧出口分别相连的有机工质透平和回热器、与有机工质透平转轴相连的发电机、与回热器热侧出口相连的节流阀、与节流阀出口和有机工质透平出口同时相连的凝汽器、与凝汽器出口相连的有机工质泵，有机工质泵出口通过回热器与除湿器有机工质侧进口相连。本发明充分利用了海水淡化系统湿空气侧的潜热，提高了热能的综合利用效率，遵循了能量梯级利用的原则，符合国家节能减排及水资源可持续发展战略的目标。

Description

回收湿空气潜热的水电联产系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种回收湿空气潜热的水电联产系统及其方法，属于中低温热源余热利用及动力工程领域。
背景技术
加湿除湿技术是小型化海水淡化方法中的重要方法，即经过集热器加热后的热海水喷淋与冷空气混合后，产生高温湿空气，同时高温湿空气与进料冷海水进行换热，释放热量后湿空气中的水蒸气冷凝后获得淡水，完成海水淡化热力循环。然而在生产生活中，对淡水和电力的需求经常是同时存在的，单一的海水淡化热力系统并不能满足水电联合需求的情况；同时传统的加湿除湿海水淡化热力系统将加湿器排出的浓海水直接排入大气，浓海水的热量不能得到回收利用，不仅严重影响海水淡化系统的热能利用效率，同时也会对环境造成热污染。然而对于能同时满足水电需求且充分利用加湿除湿海水淡化系统内部余热的研究还未引起重视。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可以回收湿空气潜热的水电联产系统及其方法。
一种回收湿空气潜热的水电联产系统，包括海水淡化子系统；
海水淡化子系统包括海水泵、预热器、太阳能集热器、加湿器、除湿器及鼓风机；其中海水泵出口与预热器进料海水侧进口相连，预热器进料海水侧出口与太阳能集热器进口相连，太阳能集热器出口与加湿器海水侧进口相连，加湿器海水侧出口与预热器浓海水侧进口相连,预热器浓海水侧出口与大气相通；加湿器空气侧出口与除湿器空气侧进口相连，除湿器空气侧与淡水侧出口分别与鼓风机和淡水井进口相连，鼓风机出口与加湿器空气侧进口相连。
其特征在于：该系统还包括有机朗肯循环子系统，该子系统包括气液分离器、有机工质透平、发电机、回热器、节流阀、冷凝器、有机工质泵;
除湿器有机工质侧出口与气液分离器进口相连，气液分离器气侧和液侧出口分别与有机工质透平进口和回热器热侧进口相连，有机工质透平转轴与发电机相连，回热器热侧出口与节流阀进口相连、节流阀出口和有机工质透平出口同时与凝汽器进口相连，凝汽器出口与有机工质泵进口相连，有机工质泵出口与回热器冷侧进口相连，回热器冷侧出口与除湿器有机工质侧进口相连。
根据权利要求1所述的回收湿空气潜热的水电联产系统的工作方法，包括以下过程：海水淡化子系统进料海水经过海水泵加压后进入预热器，经预热后的进料海水进入太阳能集热器吸收太阳辐射，经加热后的热海水进入加湿器与空气混合，经过加湿过程后得到的浓海水从加湿器海水侧出口排出后，进入预热器加热进料海水排入大气；同时加湿器中经加湿后的湿空气进入除湿器，除湿器中释放热量后的湿空气冷凝水进入淡水井，除湿后的湿空气进入鼓风机，经鼓风机升压后的湿空气进入加湿器；
其特征在于还包括以下过程：经海水淡化子系统中的除湿器加热后形成的有机工质蒸汽进入气液分离器，经分离后得到的有机工质蒸汽流入有机工质透平膨胀，拖动发电机发电，同时经分离后的有机工质液体从气液分离器底部流入回热器热侧，释放热量后进入节流阀，降压后的有机工质与有机透平排汽混合后进入冷凝器，冷凝后的有机工质液体进入有机工质泵升压，高压有机工质液体进入回热器冷侧升温后进入除湿器有机工质侧进口重新开始热力循环。
通过利用上述有机朗肯循环子系统，既可以利用湿空气冷凝潜热进行发电，又可以回收加湿除湿型海水淡化子系统的浓海水排热，提高了海水淡化系统的能源利用效率，降低排汽热污染，同时满足生产生活对淡水及电能的需求。
上述海水淡化子系统中的预热器采用钛作为材料，以防止海水对换热器本体的腐蚀，同时充分利用板式换热器换热系数高的特点，使换热器结构更加紧凑。
上述海水淡化子系统中的除湿器为板翅式换热器，同时在空气侧板片间接入水管，使冷凝水能够正常排出。
上述有机朗肯循环子系统中的有机工质透平为向心式透平，充分利用向心透平小流量下效率高的特点，提升水电联产系统的能量利用效率。
上述有机朗肯循环子系统中的有机工质透平和发电机采用一体式封闭结构，避免有机工质泄露对系统及环境造成的不利影响。
上述有机朗肯循环子系统中的有机工质泵为变频离心泵，在变工况条件下改变有机工质泵转速以保证有机朗肯循环的稳定高效运行。
附图说明
图1是本发明提出的回收湿空气潜热的水电联产系统；
图中标号名称：1海水泵，2预热器，3太阳能集热器，4加湿器，5除湿器，6鼓风机，7淡水井，8气液分离器，9有机工质透平，10发电机，11回热器，12节流阀，13冷凝器，14有机工质泵，A海水淡化子系统，B有机朗肯循环子系统。
具体实施方式
下面参照图1说明回收湿空气潜热的水电联产系统的运行过程。
图1是本发明提出的回收湿空气潜热的水电联产系统。该系统的工作过程如下：进料海水经过海水泵加压后进入预热器，经预热后的进料海水进入太阳能集热器吸收太阳辐射，经加热后的热海水进入加湿器与空气混合，经过加湿过程后得到的浓海水从加湿器海水侧出口排出后，进入预热器加热进料海水排入大气；同时加湿器中经加湿后的湿空气进入除湿器，除湿器中释放热量后的湿空气冷凝水进入淡水井，除湿后的湿空气进入鼓风机，经鼓风机升压后的湿空气进入加湿器；加装有机朗肯循环子系统后，经海水淡化子系统中的除湿器加热后形成的有机工质蒸汽进入气液分离器，经分离后得到的有机工质蒸汽流入有机工质透平膨胀，拖动发电机发电，同时经分离后的有机工质液体从气液分离器底部流入回热器，释放热量后进入节流阀，降压后的有机工质与有机透平排汽混合后进入冷凝器，冷凝后的有机工质液体进入有机工质泵升压，高压有机工质液体进入回热器升温后进入除湿器重新开始热力循环。

Claims (7)

1.一种回收湿空气潜热的水电联产系统，包括海水淡化子系统（A）；
海水淡化子系统(A)包括海水泵(1)、预热器(2)、太阳能集热器(3)、加湿器(4)、除湿器(5)及鼓风机(6)；其中海水泵(1)出口与预热器(2)进料海水侧进口相连，预热器(2)进料海水侧出口与太阳能集热器(3)进口相连，太阳能集热器(3)出口与加湿器(4)海水侧进口相连，加湿器(4)海水侧出口与预热器(2)浓海水侧进口相连,预热器(2)浓海水侧出口与大气相通；加湿器(4)空气侧出口与除湿器(5)空气侧进口相连，除湿器(5)空气侧与淡水侧出口分别与鼓风机(6)和淡水井(7)进口相连，鼓风机(6)出口与加湿器(4)空气侧进口相连；
其特征在于：该系统还包括有机朗肯循环子系统(B)，该子系统包括气液分离器(8)、有机工质透平(9)、发电机(10)、回热器(11)、节流阀(12)、冷凝器(13)、有机工质泵(14);
除湿器(5)有机工质侧出口与气液分离器(8)进口相连，气液分离器(8)气侧和液侧出口分别与有机工质透平(9)进口和回热器(11)热侧进口相连，有机工质透平(9)转轴与发电机(10)相连，回热器(11)热侧出口与节流阀(12)进口相连、节流阀(12)出口和有机工质透平(9)出口同时与凝汽器(13)进口相连，凝汽器(13)出口与有机工质泵(14)进口相连，有机工质泵(14)出口与回热器(11)冷侧进口相连，回热器（11）冷侧出口与除湿器(5)有机工质侧进口相连。
2.根据权利要求1所述的回收湿空气潜热的水电联产系统，其特征在于：上述海水淡化子系统(A)中的预热器(2)为钛材板式换热器。
3.根据权利要求1所述的回收湿空气潜热的水电联产系统，其特征在于：上述海水淡化子系统(A)中的除湿器(5)为板翅式换热器。
4.根据权利要求1所述的回收湿空气潜热的水电联产系统，其特征在于：上述有机朗肯循环子系统(B)中的有机工质透平(9)为向心式透平。
5.根据权利要求1所述的回收湿空气潜热的水电联产系统，其特征在于：上述有机朗肯循环子系统(B)中的有机工质透平(9)和发电机(10)为一体式封闭结构。
6.根据权利要求1所述的回收湿空气潜热的水电联产系统，其特征在于：上述有机朗肯循环子系统(B)中的有机工质泵(14)为变频离心泵。
7.根据权利要求1所述的回收湿空气潜热的水电联产系统的工作方法，包括以下过程：海水淡化子系统(A)进料海水经过海水泵(1)加压后进入预热器(2)，经预热后的进料海水进入太阳能集热器(3)吸收太阳辐射，经加热后的热海水进入加湿器(4)与空气混合，经过加湿过程后得到的浓海水从加湿器(4)海水侧出口排出后，进入预热器(2）加热进料海水排入大气；同时加湿器(4)中经加湿后的湿空气进入除湿器(5)，除湿器(5)中释放热量后的湿空气冷凝水进入淡水井(7)，除湿后的湿空气进入鼓风机(6)，经鼓风机(6)升压后的湿空气进入加湿器(4)；
其特征在于还包括以下过程：经海水淡化子系统(A)中的除湿器(5)加热后形成的有机工质蒸汽进入气液分离器(8)，经分离后得到的有机工质蒸汽流入有机工质透平(9)膨胀，拖动发电机(10)发电，同时经分离后的有机工质液体从气液分离器(8)底部流入回热器(11)热侧，释放热量后进入节流阀(12)，降压后的有机工质与有机透平(9)排汽混合后进入冷凝器(13)，冷凝后的有机工质液体进入有机工质泵(14)升压，高压有机工质液体进入回热器(11)冷侧升温后进入除湿器(5)有机工质侧进口重新开始热力循环。
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