專利名稱：火電廠閃蒸聯合冷凍海水淡化系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于海水淡化技術領域，特別是涉及ー種利用閃蒸法與冷凍法進行聯合生產的火電廠閃蒸聯合冷凍海水淡化系統。
背景技術：
目前海水淡化 方法主要有多級閃蒸法、多效蒸餾法、反滲透法、冷凍法等。當今海水淡化裝置仍以多級閃蒸法產水量最大，技術最成熟，運行安全性高，其主要與火力發電廠聯合建設，適合于大型和超大型淡化裝置。但多級閃蒸法仍存在能耗較高，海水淡化成本較高的缺點，如何有效降低能耗同時進ー步提高裝置造水能力對于降低多級閃蒸海水淡化成本顯得十分重要。而冷凍法的使用則以正丁烷直接接觸冷凍法最為方便、可靠，在目前的大、中型海水淡化工廠中應用較為普遍。但是該方法的エ藝流程中利用正丁烷蒸汽融化冰晶的步驟，不僅正丁烷蒸汽的熱量沒有得到高效利用，而且必須使用分離器進行分離過程以得到淡水，由于水不可避免地受到少量正丁烷的污染，造成得到的淡水難以直接飲用，因此極大地限制了該方法的使用，如何改進正丁烷冷凍法的エ藝流程從而得到高品質的淡水直接關系著該方法的未來發展前景。另外，目前與火力發電廠聯合建設的海水淡化裝置一般采用汽輪機低壓抽汽作為動カ熱源，被抽出的蒸汽在汽輪機內引起做功不足，因此火電廠的熱經濟性將會降低。如果海水淡化裝置可以合理利用火電廠的廢熱以替代部分抽汽的放熱量，則海水淡化裝置所用抽汽量將減少，火電廠的熱經濟性受到的影響也會變小。
發明內容
本發明的目的在于提供ー種利用閃蒸法和冷凍法進行聯合生產的火電廠海水淡化系統，它具備淡化水產量大、淡化水品質高、能量利用率高的特點，從而適合于建設大型的火電廠海水淡化工程的需要。為實現上述發明目的，本發明的技術解決方案是
本發明是ー種利用閃蒸法和冷凍法進行聯合生產的火電廠海水淡化系統，它包括供水系統、多級閃蒸系統、冷凍系統、熱泵系統和火電廠熱系統；所述的供水系統分別通過管道與多級閃蒸系統、冷凍系統、火電廠熱系統連接；所述的冷凍系統通過熱泵系統、多級閃蒸系統與火電廠熱系統連接；所述的多級閃蒸系統包括多個帶有冷凝管和淡水槽及鹽水槽的閃蒸室、排污加熱器、抽汽加熱器與淡化冷凝器；所述的多個閃蒸室相互連通；從閃蒸室出來的進料海水管道先后曲折或盤旋穿過排污加熱器和抽汽加熱器；所述的末級閃蒸室的鹽水槽內布置換熱管道和熱泵系統的冷凝管道，末級閃蒸室除外的其它閃蒸室的淡水槽與淡水匯集管相連接，淡水匯集管與末級閃蒸室的換熱管道相連接；末級閃蒸室的頂部設置蒸汽出口管道，蒸汽出口管道分為兩路支管，一路蒸汽支管曲折或盤旋穿過淡化冷凝器，另ー路蒸汽支管與冷凍系統的融化室相連通；所述的冷凍系統包括冷凍室、洗滌室、融化室和多條管道；所述的冷凍室與供水系統的冷凍用水管相連通，所述的洗滌室與供水系統的冷凍回水管相連通，所述的融化室的進汽管道與末級閃蒸室頂部引出的蒸汽管道相連接。
所述的供水系統包括供水池、絕熱冷海水管、冷海水泵、冷卻用水管、閃蒸用水管、冷凍用水管、冷凍回水管；所述的供水池通過絕熱冷海水管與海水連接，在絕熱冷海水管上設置冷海水泵；所述的供水池分別通過冷卻用水管、閃蒸用水管與火電廠熱系統、多級閃蒸系統相連接；所述的供水池通過冷凍用水管、冷凍回水管與冷凍系統相連接。所述的熱泵系統包括蒸發室、壓縮機、冷凝管道、節流閥和多條管道；所述的蒸發室同時作為冷凍系統的冷凍室，所述的冷凝管道布置在多級閃蒸系統的末級閃蒸室的鹽水槽內；在冷凝管道與冷凍室連接的兩條管道上分別安裝有壓縮機和節流閥。所述的火電廠熱系統包括鍋爐、汽輪機、凝汽器等；從鍋爐引出經擴容后的排污水管道穿過排污加熱器后引至其他用熱設備，從汽輪機引出的抽汽管道穿過抽汽加熱器后返回鍋爐，供水系統的冷卻用水管先穿過淡化冷凝器后再曲折或盤旋穿過凝汽器排向外界。采用上述方案后，本發明具有以下幾個方面的優點 一、能量利用率高。供水系統通過絕熱冷海水管和冷海水泵抽取大海深處的冷海水，并且通過冷凍用水管、冷凍回水管使供水池與冷凍系統形成了循環回路，由于冷凍系統不斷地向供水池輸送冷凍后的海水，因此供水池的海水溫度將維持在低溫水平，供水系統的水溫與常溫相比大幅度降低。冷海水作為冷凍系統的進料海水，將不需要經過預冷過程，減少了冷凍法的預冷エ序。冷海水作為多級閃蒸系統的進料海水，可増加多級閃蒸系統的閃蒸級數，増加淡化水產量。冷海水作為火電廠的冷卻水，將降低排汽的凝結溫度，提高火電廠的熱經濟性。ニ、設備簡單，淡化水品質高。本發明對正丁烷冷凍法的エ藝流程進行了技術革新經壓縮后的高壓正丁烷蒸汽不再直接進入融化室完成融化冰晶的單獨用途，而是進入多級閃蒸系統的末級閃蒸室放出汽化潛熱，從而得到一定數量的水蒸汽，然后引出其中的一部分水蒸汽返回冷凍系統并進入融化室融化冰晶。這項エ藝革新不僅使高壓正丁烷蒸汽的熱量得到二次利用從而得到更多的淡化水，而且完全避免了冷凍系統所得的淡水遭受正丁烷的污染，直接省去了原エ藝的分離器及分離過程。新的冷凍系統不僅實現了設備和エ序的簡化，而且得到了不受污染的優質淡化水。三、淡化水產量大。本發明對多級閃蒸系統的熱源選擇和末級閃蒸室的結構進行了改進，熱源選擇的改進體現在多級閃蒸系統的進料海水先后利用排污水熱量和抽汽熱量兩級加熱，排污水的廢熱得到了回收和利用，從而減少了抽汽量的使用，能量綜合利用更加合理完善。末級閃蒸室的結構改進具體體現在利用在末級閃蒸室的鹽水槽內布置加熱管道的方法，使多級閃蒸系統所得淡化水的余熱得到了回收和利用；利用在末級閃蒸室的鹽水槽內布置熱泵系統的冷凝管道的方法，使熱泵系統的輸出熱量在多級閃蒸系統中得到了回收和利用，上述兩種熱量的利用使得多級閃蒸系統得到了額外的更多的淡化水。而通過在末級閃蒸室頂部設置蒸汽出口管道，可以向冷凍系統提供了融化冰晶所需的蒸汽。綜上所述，本發明的冷凍系統與單獨運行的正丁烷冷凍系統相比具有設備簡単、エ序簡化、淡化水品質高的特點；本發明的多級閃蒸系統與單獨運行的多級閃蒸系統相比具有閃蒸級數更多，淡化水產量更大，能量綜合利用更完善的特點；同時本發明的供水系統使冷凍系統、多級閃蒸系統、火電廠熱系統的性能都得到了優化。因此，本發明的火電廠閃蒸聯合冷凍海水淡化系統是ー種行之有效的高度集成和整體優化的海水淡化新系統。
圖I是本發明的結構示意 圖2是本發明的工作原理圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明是ー種利用閃蒸法和冷凍法進行聯合生產的火電廠海水淡化系統，它包括供水系統I、多級閃蒸系統2、冷凍系統3、熱泵系統4和火電廠熱系統5。所述的供水系統I分別通過管道與多級閃蒸系統2、冷凍系統3、火電廠熱系統5連接；所述的冷凍系統3通過熱泵系統4、多級閃蒸系統2與火電廠熱系統5連接。所述的供水系統I包括供水池10、絕熱冷海水管11、冷海水泵12、冷卻用水管13、閃蒸用水管14、冷凍用水管15、冷凍回水管16。所述的供水池10通過絕熱冷海水管11與海水連接，在絕熱冷海水管11上設置冷海水泵12。所述的供水池10分別通過冷卻用水管13、閃蒸用水管14與火電廠熱系統5、多級閃蒸系統2相連接；所述的供水池10通過冷凍用水管15、冷凍回水管16與冷凍系統3相連接。所述的多級閃蒸系統2由多個閃蒸室20、排污加熱器24、抽汽加熱器25和淡化冷凝器26組成。在本實施例中，閃蒸室20由三個相互連通的閃蒸室201、202、203構成。所述的閃蒸室20帶有冷凝管21和淡水槽22及鹽水槽23。從閃蒸室201出來的進料海水管道先后曲折或盤旋穿過排污加熱器24和抽汽加熱器25。末級閃蒸室203的鹽水槽23內布置換熱管道27和熱泵系統4的冷凝管道43。末級閃蒸室203除外的閃蒸室201、202的淡水槽22與淡水匯集管28相連接，淡水匯集管28與末級閃蒸室203的換熱管道27相連接。末級閃蒸室203的頂部布置蒸汽出ロ管道29，蒸汽出ロ管道29分為兩路支管，一路蒸汽支管曲折或盤旋穿過淡化冷凝器26，另一路蒸汽支管與冷凍系統3的融化室33相連通。所述的冷凍系統3由冷凍室31、洗滌室32、融化室33和多條管道組成。冷凍室31與冷凍用水管15相連通，來自洗滌室32的冷凍回水管16與供水池10相連通。冷凍室31與洗滌室32連通，洗滌室32與融化室33連通，融化室33的進汽管道與末級閃蒸室203頂部引出的蒸汽管道29相連接，連接融化室33出口的淡水輸出管道34分為兩路，一路通過管道連通洗滌室32的入ロ，一路作為產品(淡水)排出。所述的熱泵系統4由蒸發室31、壓縮機42、冷凝管道43、節流閥44和多條管道組成；所述的蒸發室31同時作為冷凍系統3的冷凍室31，所述的冷凝管道43布置在多級閃蒸系統2的末級閃蒸室203的鹽水槽23內；在冷凝管道43與冷凍室31連接的兩條管道上分別安裝有壓縮機42和節流閥44。所述的火電廠熱系統5由鍋爐51、汽輪機52、凝汽器53等組成。從鍋爐51引出經擴容后的排污水管道54穿過排污加熱器24后引至其他用熱設備，從汽輪機52引出的抽汽管道55穿過抽汽加熱器25返回鍋爐，冷卻用水管13先穿過淡化冷凝器26后再曲折或 盤旋穿過凝汽器53排向外界。本發明的工作原理
如圖2所示，冷海水從供水池10分三路HI、H3、H5引出，分別前往多級閃蒸系統2，冷凍系統3,火電廠熱系統5。一路冷海水Hl流經末級閃蒸室203和由閃蒸室201、202組成的閃蒸室級組并冷凝各級閃蒸室20的蒸汽同時被預熱，預熱海水先后利用排污水熱量和低壓抽汽熱量進行加熱達到最高鹽水溫度后，依次流經壓カ逐漸降低的閃蒸室級組和末級閃蒸室203，逐級蒸發，逐漸降溫，直到其溫度接近于原低溫海水，然后形成低溫濃海水H2排向外界。閃蒸室級組和末級閃蒸室203冷凝所得的淡化水匯集在一起后作為廣品A排出。一路冷海水H3進入冷凍室31中與正丁烷直接接觸并放熱結成冰,含冰的淤漿經由洗滌室32沖洗后，冰塊進入融化室33與從末級閃蒸室203出ロ蒸汽管道引來的水蒸汽直接接觸混合形成淡化水，大部分淡化水作為產品B排出，小部分淡化水送到洗滌室32作為洗滌用水，洗滌室32排出的低溫濃海水H4通過冷凍回水管16返回到供水池10。閃蒸室級組產生的蒸汽被冷凝后變成淡化水匯集到淡水匯集管28，然后流經末 級閃蒸室203鹽水槽23 (如圖I所示)內的換熱管道27對末級閃蒸室203內的海水進行加熱；熱泵系統4產生的經壓縮后正丁烷蒸汽流經末級閃蒸室203鹽水槽23內的冷凝管道43對末級閃蒸室203內的海水進行加熱，同時被冷凝成液體經節流后返回冷凍室31。上述兩種加熱方式所得的閃發蒸汽從末級閃蒸室203的出口蒸汽管道29引出，一部分蒸汽經過淡化冷凝器26凝結成淡水作為產品C排出，另一部分蒸汽前往融化室33融化冰晶形成淡水作為產品B排出。一路冷海水H5流經淡化冷凝器26對末級閃蒸室203引出的蒸汽進行冷凝后前往火電廠熱系統5 (如圖I所示)。本發明的重點在干從冷凍系統的冷凍室吸熱而形成的正丁烷蒸汽經壓縮后流經多級閃蒸系統的末級閃蒸室鹽水槽內的冷凝管道對末級閃蒸室內的海水進行加熱同時被冷凝成液體返回冷凍室，末級閃蒸室由此所得的閃發蒸汽的一部分引回冷凍系統的融化室融化冰晶形成淡水。以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，各管路的布置可有多種方式，故不能以此限定本發明實施的范圍，即依本發明申請專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1.ー種火電廠閃蒸聯合冷凍海水淡化系統，其特征在于它包括供水系統、多級閃蒸系統、冷凍系統、熱泵系統和火電廠熱系統；所述的供水系統分別通過管道與多級閃蒸系統、冷凍系統、火電廠熱系統連接；所述的冷凍系統通過熱泵系統、多級閃蒸系統與火電廠熱系統連接；所述的多級閃蒸系統包括多個帶有冷凝管和淡水槽及鹽水槽的閃蒸室、排污加熱器、抽汽加熱器與淡化冷凝器；所述的多個閃蒸室相互連通；從閃蒸室出來的進料海水管道先后曲折或盤旋穿過排污加熱器和抽汽加熱器；所述的末級閃蒸室的鹽水槽內布置換熱管道和熱泵系統的冷凝管道，末級閃蒸室除外的其它閃蒸室的淡水槽與淡水匯集管相連接，淡水匯集管與末級閃蒸室的換熱管道相連接；末級閃蒸室的頂部設置蒸汽出ロ管道，蒸汽出口管道分為兩路支管，一路蒸汽支管曲折或盤旋穿過淡化冷凝器，另一路蒸汽支管與冷凍系統的融化室相連通；所述的冷凍系統包括冷凍室、洗滌室、融化室和多條管道；所述的冷凍室與供水系統的冷凍用水管相連通，所述的洗滌室與供水系統的冷凍回水管相連通，所述的融化室的進汽管道與末級閃蒸室頂部引出的蒸汽管道相連接。
2.根據權利要求I所述的火電廠閃蒸聯合冷凍海水淡化系統，其特征在于所述的供水系統包括供水池、絕熱冷海水管、冷海水泵、冷卻用水管、閃蒸用水管、冷凍用水管、冷凍回水管；所述的供水池通過絕熱冷海水管與海水連接，在絕熱冷海水管上設置冷海水泵；所述的供水池分別通過冷卻用水管、閃蒸用水管與火電廠熱系統、多級閃蒸系統相連接；所述的供水池通過冷凍用水管、冷凍回水管與冷凍系統相連接。
3.根據權利要求I所述的火電廠閃蒸聯合冷凍海水淡化系統，其特征在于所述的熱泵系統包括蒸發室、壓縮機、冷凝管道、節流閥和多條管道；所述的蒸發室同時作為冷凍系統的冷凍室，所述的冷凝管道布置在多級閃蒸系統的末級閃蒸室的鹽水槽內；在冷凝管道與冷凍室連接的兩條管道上分別安裝有壓縮機和節流閥。
4.根據權利要求I所述的火電廠閃蒸聯合冷凍海水淡化系統，其特征在于所述的火電廠熱系統包括鍋爐、汽輪機、凝汽器等；從鍋爐引出經擴容后的排污水管道穿過排污加熱器后引至其他用熱設備，從汽輪機引出的抽汽管道穿過抽汽加熱器后返回鍋爐，供水系統的冷卻用水管先穿過淡化冷凝器后再曲折或盤旋穿過凝汽器排向外界。
全文摘要
本發明公開了一種閃蒸聯合冷凍的火電廠海水淡化系統，它由供水系統、多級閃蒸系統、冷凍系統、熱泵系統和火電廠熱系統組成。所述的供水系統分別通過管道與多級閃蒸系統、冷凍系統、火電廠熱系統連接；所述的冷凍系統通過熱泵系統、多級閃蒸系統與火電廠熱系統連接。本發明對多級閃蒸系統末級閃蒸室的結構設計，有效地回收與利用了冷凍系統的放熱量和多級閃蒸系統的淡化水余熱，并向冷凍系統提供融化冰晶所需的水蒸汽，從而使多級閃蒸系統的淡化水產量增加，并保證了冷凍系統的淡化水不受污染。本發明對供水系統的優化設計和多級閃蒸系統的熱源選擇使整個系統得到了高度集成和整體優化。故本發明具有淡化水產量大，淡化水品質高，能量綜合利用更完善的特點。
文檔編號C02F103/08GK102642975SQ20121014540
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者何宏舟, 蔣俊堯, 蔡佳瑩, 陳志強 申請人:集美大學