CN203582531U - 海岛柴油发电站余热电水联产装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型海岛柴油发电站余热电水联产装置，其特征在于：由两个相互配合的ORC发电系统和海水淡化系统构成，海水淡化系统利用ORC发电系统工质冷凝器在工质冷凝过程中释放的大量热能，加热进入海水淡化器的海水，提高海水淡化效率；ORC发电系统利用海水淡化系统提供大量海水做冷媒，有效降低工质冷凝器温度，提高ORC发电的效率，两系统相互配合，协调工作，实现电水联产，在海岛电站内燃机排气通道上设立组合余热锅炉，进入蒸发器的淡水经过内燃机冷却水热交换器，被内燃机冷却水加热，实现内燃机冷却水余热回收，提高蒸汽产量。本实用新型不需外部提供电力、蒸汽能源，淡水产量可以达到500t/d，对外提供电力2000KWh/d。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用有机朗肯循环(ORC)低温发电技术对柴油发电机排气和冷却水余热进行回收，在不消耗其它能量的前提下进行海水淡化并且有富余电力输出的技术，特别涉及一种海岛柴油发电站余热电水联产装置。
背景技术
中国的面积达500平方米以上的岛屿有6536个，目前有人居住的岛屿只有450个,绝大多数岛屿因为缺水、缺电,人员无法在岛上长期居住。开发海岛,特别是开发南海诸岛，首先要解决的是电力和淡水。目前远海岛屿开发的电力主要靠柴油发电机供电，淡水主要靠船舶运输解决。通常，海岛电价和淡水价格比内陆高出数倍,就是因为电力和淡水都是柴油转化而来。
目前技术状态下，柴油内燃发电机热效率只有35-40%,高达60-65%的热量通过排气、冷却水、机体散发等形式，放散到大气中。通过排气带走的热量占总热量的30-35%，冷却水散发的热量占总热量20-30%。如何回收利用这部分热量，是柴油内燃机节能减排的主要任务。利用ORC余热发电技术把内燃机排气和冷却水废热转化为电力，是提高柴油发电机效率的重要手段。海水淡化技术中,应用较广的是蒸馏法和反渗透法.其中低温多效蒸馏法、多级闪蒸法在消耗电能较少的情况下，通过对蒸汽潜热回收再利用的方法减低热量消耗，生产出高质量的淡水。反渗透法则不需要输入蒸汽，仅输入电能就可淡化海水。
现有技术中，有利用内燃机排气废热的发电的技术、也有利用内燃机余热进行海水淡化的技术。本实用新型是一种能够充分利用柴油发电机废热，实现电力、淡水联产，在不需要或较少需要淡水的情况下，多输出宝贵的电能；在大量需要淡水的时候，多生产淡水，少输出电能，较前述技术余热利用率更高，能降低柴油发电站发电成本，特别是能显著降低海水淡化成本，更适于在海岛特别是远海岛屿环境下使用。
发明内容
本实用新型克服了上述存在的缺陷，目的是通过ORC发电技术与海水淡化技术配合，对柴油发电机组排气和冷却水余热进行最大限度的回收，在不消耗其它能量的前提下进行海水淡化，并能向外提供一定电力，实现海岛柴油发电站节能减排，提供一种海岛柴油发电站余热电水联产装置。
本实用新型海岛柴油发电站余热电水联产装置内容简述：
本实用新型海岛柴油发电站余热电水联产装置，其特征在于：海岛柴油发电站余热电水联产装置由ORC发电系统及海水淡化系统相互配合组成，ORC发电系统由：工质蒸发器、透平膨胀机、发电机、工质冷凝器和工质增压泵构成；海水淡化系统由：蒸汽发生器、海水净化器、海水储罐、海水泵、浓盐水储罐、淡水储罐、内燃机冷却水热交换器、热海水泵、热海水储罐和海水淡化器组成；安装在内燃机排气通道上的组合余热锅炉由工质蒸发器和蒸汽发生器构成，工质蒸发器依次与透平膨胀机、工质冷凝器、工质增压泵连接，透平膨胀机同轴连接发电机；海水经海水入口进入海水净化器，海水净化器依次连接海水储罐、海水泵、工质冷凝器、热海水储罐、热海水泵及海水淡化器；海水淡化器分别与浓盐水储罐、淡水储罐连接；淡水储罐依次连接淡水泵、内燃机冷却水热交换器、节流阀、蒸汽发生器；热海水储罐通过逆止阀与海水储罐连接；内燃机冷却水热交换器设有冷却水入口、冷却水出口。
所述的透平膨胀机是螺杆式的或涡旋式的。
所述的海水淡化器是蒸发型的或反渗透型的。
本实用新型海岛柴油发电站余热电水联产装置，利用海岛电站柴油内燃机余热，ORC发电机组使用有机工质R123，发电机输出功率220kW，采用低温多效海水淡化器或反渗透膜型海水淡化器，整套装置不需要外部提供电力、蒸汽等能源，淡水产量可以达到500t/d，可以对外提供电力1000 kWh/d ～2000kWh/d。
附图说明
图1是海岛柴油发电站余热电水联产装置实施例1的结构示意图；
图2是是海岛柴油发电站余热电水联产装置实施例2的结构示意图；
图中：1是组合余热锅炉、2是内燃机排气通道、3是节流阀、4是工质冷凝器、5是发电机、6是工质增压泵、7是海水淡化器、8是海水净化器、9是海水储罐、10是海水入口、11是海水泵、12是浓盐水储罐、13是内燃机冷却水热交换器、14是冷却水出口、15是冷却水入口、16是热海水泵、17是热海水储罐、18是逆止阀、19是淡水储罐、20是淡水泵、21是工质蒸发器、22是蒸汽发生器、23是透平膨胀机。
具体实施方式
本实用新型海岛柴油发电站余热电水联产装置，由ORC发电系统及海水淡化系统相互配合组成，ORC发电系统的工质冷凝器利用工质冷凝过程中释放的大量热能加热进入海水淡化器的海水，提高海水淡化效率；海水淡化系统提供大量海水做冷媒，有效降低工质冷凝器温度，提高ORC发电的效率，两系统相互配合，协调工作，实现电水联产。
见图1、图2，ORC发电系统由：工质蒸发器21、透平膨胀机23、发电机5、工质冷凝器4和工质增压泵6构成；海水淡化系统由：蒸汽发生器22、海水净化器8、海水储罐9、海水泵11、浓盐水储罐12、淡水储罐19、内燃机冷却水热交换器13、热海水泵16、热海水储罐17和海水淡化器7组成；安装在内燃机排气通道2上的组合余热锅炉1由工质蒸发器21和蒸汽发生器22构成，工质蒸发器21依次与透平膨胀机23、工质冷凝器4、工质增压泵6连接，透平膨胀机23同轴连接发电机5；海水经海水入口10进入海水净化器8，海水净化器8依次连接海水储罐9、海水泵11、工质冷凝器4、热海水储罐17、热海水泵16及海水淡化器7；海水淡化器7分别与浓盐水储罐12、淡水储罐19连接；淡水储罐19依次连接淡水泵20、内燃机冷却水热交换器13、节流阀3、蒸汽发生器22；热海水储罐17通过逆止阀18与海水储罐9连接；内燃机冷却水热交换器13设有冷却水入口15、冷却水出口14。
透平膨胀机23是螺杆式的或涡旋式的两种形式；海水淡化器7是蒸发型或反渗透型的两种形式。
ORC发电系统工作过程：
在海岛柴油发电站内燃机排气通道上设立组合余热锅炉，该组合余热锅炉分成两段，其高温段是有机工质蒸发器，其低温段是蒸汽发生器。有机工质在余热组合热锅炉的高温段中蒸发，并达到超临界状态，推动透平膨胀机做功，带动与其同轴的发电机，发出电力。有机工质从透平膨胀机排除后进入工质冷凝器，被海水冷却后，在增压泵内加压，送入工质蒸发器，进入下一个循环。
海水淡化系统的工作过程：
海水经净化器净化处理后进入海水储罐，再送入ORC发电系统的工质冷凝器，被有机工质冷凝释放的热量加热后，进入热海水储罐；海水淡化器输入的海水取自热海水储罐，淡化后的水进入淡水储罐，浓盐水进入浓盐水储罐。海水淡化系统的所有泵、阀等用电元器件均由ORC低温发电系统供电。如果采用蒸发型海水淡化器，需要把蒸汽发生器产生的蒸汽，送入海水淡化器，而进入蒸发器的淡水经过内燃机冷却水热交换器加热；如果采用反渗透膜型海水淡化器不需要蒸汽，则无需设置蒸汽发生器和内燃机冷却水热交换器。
海岛柴油发电站余热电水联产方法
（1）、装置由两个相互配合的系统组成：一是ORC发电系统，另一是海水淡化系统，海水淡化系统利用ORC发电系统工质冷凝器在工质冷凝过程中释放的大量热能，加热进入海水淡化器的海水，提高海水淡化效率；ORC发电系统利用海水淡化系统提供大量海水做冷媒，有效降低工质冷凝器温度，提高ORC发电的效率，两系统相互配合，协调工作，实现电水联产；
（2）、在海岛电站内燃机排气通道上设立组合余热锅炉，该组合余热锅炉分成两段：高温段、低温段，当使用蒸发式海水淡化器时，其高温段设置有机工质蒸发器，其低温段设置蒸汽发生器；
（3）、在海岛电站内燃机排气通道上设立组合余热锅炉，该组合余热锅炉分成两段：高温段、低温段，当使用反渗透膜式海水淡化器时，组合余热锅炉高温段设置过热器，低温段设置蒸发器；
（4）、进入蒸发器的淡水经过内燃机冷却水热交换器，被内燃机冷却水加热，实现内燃机冷却水余热回收，提高蒸汽产量。
下面结合附图及实施例作具体说明。
实施例1：采用蒸发型的海水淡化器
见图1，组合余热锅炉1设置在海岛柴油发电站内燃机尾气排放通道2上，分为高温段和低温段2部分，高温段温度达400-450oC,低温段温度200-250oC，高温段上设置ORC发电系统的工质蒸发器21，低温段上设置蒸汽发生器22。工质蒸发器从内燃机排气中取得热量，调整工质增压泵６，使有机工质蒸发，达到临界或超临界状态，送入透平膨胀机23做功，带动同轴的发电机5发出电力。从透平膨胀机31排出的有机工质乏气送入工质冷凝器4，被海水储罐9中的海水冷却。冷却后的有机工质再经增压泵6加压后，送入工质蒸发器21完成一个循环。循环不间断的进行，发电机5发出源源不断地电力。
蒸发型的海水淡化器7，输入的海水在工质冷凝器4中被有机工质蒸汽冷却释放的热量加热，其路径是：海水从入口10送入海水净化器8，净化后进入海水储罐9，经海水泵11送入工质冷凝器4的冷却液入口，加热后，从工质冷凝器4的冷却液出口送到热海水储罐17，再经热海水泵16送到海水淡化器7中。海水淡化器7输入的蒸汽是从蒸汽发生器22取得的，其路径是：淡水取自淡水储罐19，经淡水泵20加压，送入内燃机冷却水热交换器13，在13中被有较高温度的内燃机冷却水加热，再经节流阀3送入蒸汽发生器22加热蒸发。海水淡化器所需电力取自ORC发电系统，在输入较高温度的海水和一定量的蒸汽的情况下，可以连续的进行海水淡化。生成的淡水进入淡水储罐19，浓盐水进入浓盐水储罐12。
本实施例利用海岛电站2000kW柴油内燃机余热，ORC发电机组使用有机工质R123，发电机输出功率120kW，采用低温多效海水淡化器。整套装置不需要外部提供电力、蒸汽等能源，淡水产量可以达到500t/d，对外提供电力1000kWh/d。
实施例2：采用反渗透膜型海水淡化器
见图2，组合余热锅炉1设置在海岛柴油发电站内燃机尾气排放通道2上，分为高温段和低温段2部分，高温段温度达400-450oC，低温段温度200-250oC，低温段上设置蒸发器22。高温段上设置过热器21。有机工质经工质增压泵６加压送入蒸发器22，蒸发后送入过热器21，达到临界或超临界状态，送入透平膨胀机23做功，带动同轴的发电机5发出电力。从透平膨胀机23排出的有机工质乏气送入工质冷凝器4，被从海水储罐9中的海水冷却。冷却后的有机工质经增压泵6加压，送入蒸发器22，完成一个循环。循环不间断的进行，发电机5发出源源不断地电力。
反渗透膜型的海水淡化器7输入的海水在工质冷凝器4中被有机工质蒸汽冷却释放的热量加热，其路径是：海水从入口10送入海水净化器8，净化后进入海水储罐9，经海水泵11送入工质冷凝器4的冷却液入口，加热后，从工质冷凝器4的冷却液出口送到热海水储罐17，再经热海水泵16送到海水淡化器7中。反渗透膜型的海水淡化器无需蒸汽输入，只要供电即可完成海水淡化。本例海水淡化所需电力取自ORC发电系统。海水淡化器生产的淡水进入淡水储罐19，浓盐水进入浓盐水储罐12。
本实施例利用海岛电站2000kW柴油内燃机余热，ORC发电机组使用有机工质R123，发电机输出功率220kW，采用反渗透膜型海水淡化器。整套装置不需要外部提供电力、蒸汽等能源，淡水产量可以达到500t/d，可以对外提供电力2000kWh/d。
Claims (3)
1.一种海岛柴油发电站余热电水联产装置，其特征在于：海岛柴油发电站余热电水联产装置由ORC发电系统及海水淡化系统相互配合组成，ORC发电系统由：工质蒸发器（21）、透平膨胀机（23）、发电机（5）、工质冷凝器（4）和工质增压泵（6）构成；海水淡化系统由：蒸汽发生器（22）、海水净化器（8）、海水储罐（9）、海水泵（11）、浓盐水储罐（12）、淡水储罐（19）、内燃机冷却水热交换器（13）、热海水泵（16）、热海水储罐（17）和海水淡化器（7）组成；安装在内燃机排气通道（2）上的组合余热锅炉（1）由工质蒸发器（21）和蒸汽发生器（22）构成，工质蒸发器（21）依次与透平膨胀机（23）、工质冷凝器（4）、工质增压泵（6）连接，透平膨胀机（23）同轴连接发电机（5）；海水经海水入口（10）进入海水净化器（8），海水净化器（8）依次连接海水储罐（9）、海水泵（11）、工质冷凝器（4）、热海水储罐（17）、热海水泵（16）及海水淡化器（7）；海水淡化器（7）分别与浓盐水储罐（12）、淡水储罐（19）连接；淡水储罐（19）依次连接淡水泵（20）、内燃机冷却水热交换器（13）、节流阀（3）、蒸汽发生器（22）；热海水储罐（17）通过逆止阀（18）与海水储罐（9）连接；内燃机冷却水热交换器（13）设有冷却水入口（15）、冷却水出口（14）。
2.根据权利要求1所述的海岛柴油发电站余热电水联产装置，其特征在于：所述的透平膨胀机（23）是螺杆式的或涡旋式的。
3.根据权利要求1所述的海岛柴油发电站余热电水联产装置，其特征在于：所述的海水淡化器（7）是蒸发型的或反渗透型的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20140507 Effective date of abandoning: 20150114 |
|
| RGAV | Abandon patent right to avoid regrant |