專利名稱：電、鹽、水聯產海水淡化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及燃氣發電、蒸餾制鹽和海水淡化技術。
背景技術：
已知的燃氣發電技術熱效率只有30％～40％，50％左右的余熱常常被浪費掉；已知的蒸餾制鹽技術熱效率低，亟待余熱利用的條件降低成本；已知海水淡化的成熟技術有反滲透，多級閃蒸，低溫多效等方法，這些方法都是從取得的海水中部分地獲取淡化水，而將濃縮的剩余部分排回大海或進行其它方面的綜合利用，在海水的淡化過程中，沒有實現海水中鹽的直接提取。
發明內容
本發明的目的是綜合燃氣發電、蒸餾制鹽和海水淡化技術，提供一種能夠利用燃氣發電余熱生成過熱蒸汽和熱空氣，使高鹽度海水霧滴在過熱蒸汽和熱空氣中完全蒸發制取鹽，利用熱空氣的余熱將海水進行加熱、蒸發、濃縮，獲得高鹽度海水和淡化水的電、鹽、水聯產海水淡化系統。
該系統由燃氣發電、水蒸汽發生、蒸汽干燥、熱空氣干燥、海水熱空氣濃縮、海水低溫多效真空濃縮、鹽粉冷卻、海水預處理和淡化水處理等子系統所組成。燃氣發電子系統由燃料供給、空氣過濾、發電機組、變配電和煙氣排放等部分組成，為電、鹽、水聯產海水淡化系統提供電力、煙氣余熱和向電網輸送多余的電力。水蒸汽發生子系統是利用燃氣發電子系統提供的煙氣余熱，生產過熱水蒸汽；其給水預熱器能夠把煙氣冷卻到稍高于煙氣酸露點溫度后排放，其蒸發器產生飽和水蒸汽，過熱器將水蒸汽進行過熱加熱，水蒸汽發生子系統能夠對水蒸氣進行再熱加熱。蒸汽干燥子系統是利用過熱水蒸汽把高鹽度的海水霧滴汽化，將其中的鹽分干燥為鹽的細小顆粒的裝置；過熱水蒸汽吸收水分達到趨向飽和的程度，部分進入蒸汽冷凝器凝結為水，同時向熱空氣干燥子系統輸送熱量。熱空氣干燥子系統的空氣在冷卻蒸汽的同時，自身獲得熱量成為熱空氣；熱空氣同樣可以把高鹽度的海水霧滴汽化，將其中的鹽分干燥為鹽的細小顆粒，熱空氣在海水熱空氣濃縮子系統霧化混合器的作用力下，進入海水熱空氣濃縮子系統；控制熱空氣干燥子系統熱空氣的溫度和濕度，能夠實現對海水鹽度的調節，當系統需要鹽度更高的海水時，熱空氣干燥子系統的功能可以轉化為海水熱空氣濃縮子系統的功能。海水熱空氣濃縮子系統是將來自熱空氣干燥子系統的熱空氣進行加濕處理，由殼體、霧化混合器、鹽水池、鹽水泵、鹽水沉淀池、結晶器等部分組成；熱空氣在由具有海水霧化和海水噴射的作用力能夠帶動其風扇葉片旋轉功能的霧化混合器的推動下，與海水霧滴充分接觸到接近飽和的狀態；熱空氣直接與海水換熱，避免了通過換熱器換熱而使換熱表面結垢現象的發生，為濃縮高鹽度鹽水、提高造水比和調整沉淀池結晶物的產出創造了條件；霧化混合器的壓力海水來自于鹽水泵；熱空氣通過海水低溫多效真空濃縮子系統海水加熱器時，熱空氣中的水分在加熱器表面遇冷凝結為水。被冷卻后的空氣重新回到蒸汽干燥子系統的蒸汽冷凝器加熱成為熱空氣，空氣的加熱還可以在燃氣發電子系統煙氣排放部分的煙氣冷卻器等處進行，或者在燃氣發電機組的機油冷卻器得到預熱，以求更大程度地利用余熱；為熱空氣不斷加濕的海水因失去部分水分而得到濃縮，成為高鹽度海水——蒸汽、熱空氣干燥子系統的原料；控制海水濃縮比和生成物的產出或注入添加劑，能夠實現調控蒸汽干燥子系統、熱空氣干燥子系統和海水沉淀池產鹽品種的目的，這種控制可以通過一個或多個電、鹽、水聯產海水淡化系統來完成。海水低溫多效真空濃縮子系統加熱海水的熱量，是來自于海水熱空氣濃縮子系統高濕度的熱空氣，并使熱空氣中的水分在其海水加熱器表面凝結，生成淡化水。在鹽水泵的推動下，冷卻熱空氣的低溫海水得到熱量成為熱海水后，進入海水低溫多效真空濃縮子系統。海水低溫多效真空濃縮子系統是使熱海水在多級蒸餾器的真空環境里霧化、蒸發，將顯熱轉化為水汽化的潛熱，從而實現海水降溫、濃縮和其蒸發汽被冷卻為淡化水的系統；系統內的真空度依靠設于海水管道上的水射器來維持。鹽粉冷卻子系統是將蒸汽干燥子系統和熱空氣干燥子系統所產生的溫度較高的鹽粉冷卻成為常溫鹽粉而便于鹽粉包裝的系統，經過過濾處理的環境空氣帶著從鹽粉中得到的熱量和水分，進入海水熱空氣濃縮子系統，一方面回收鹽粉中的熱量，一方面維持海水熱空氣濃縮子系統和熱空氣干燥子系統的空氣氛圍。海水預處理子系統為海水低溫多效真空濃縮子系統和海水熱空氣濃縮子系統提供清潔的海水。淡化水處理子系統包括冷卻降溫和水質調整兩部分，新鮮海水經過濾后，在給淡化水冷卻降溫的同時，完成了本身的預熱，進入海水低溫多效真空濃縮子系統之中；淡化水被新鮮海水冷卻到略高于新鮮海水的溫度后，根據淡化水用途進入淡化水水質調整的系統或直接輸出使用。通過上述各子系統的有機接合，在對系統輸入氣體或液體燃料和海水的情況下，系統將產出電網需求的電力、鹽和淡化水；當燃料為煤、秸稈等固體燃料時，增加部分氣化子系統和調整水蒸汽發生子系統模式，進一步利用氣化過程中的余熱，會更加有利于電、鹽、水聯產海水淡化系統的經濟運行；當部分氣化子系統向外界輸出燃氣時，整個系統將成為氣、電、鹽、水聯產的海水淡化系統。
電、鹽、水聯產海水淡化系統能夠實現調峰供電，燃氣發電余熱的高效梯級利用，海水的無污染淡化，和電、鹽、水產品的低成本生產。所述系統不僅可以用來處理海水，它還可以用來處理能夠進行壓力霧化，其中水分能夠被過熱蒸汽和熱空氣蒸發，產生的固體物能夠與過熱蒸汽和濕空氣分離的各種液體。
具體實施例方式
燃氣發電、水蒸汽發生、蒸汽干燥、熱空氣干燥、海水熱空氣濃縮、海水低溫多效真空濃縮、鹽粉冷卻、海水預處理和淡化水處理等子系統，乃至煤、秸稈的部分氣化系統，都具有成熟的技術；以往它們都是在各自的經濟技術領域以單獨或少量組合的方式，發揮著或發電、或蒸餾制鹽、或海水淡化等相對單一的作用，缺乏跨領域、跨行業的技術、資源優勢互補。本案是將這些子系統互補性地重新整合成為能夠調峰供電、高效梯級利用余熱、生產鹽和淡化水的聯產系統，并且增加了必要的溫度、濕度、流量、壓力、鹽度、重量等參數的隨機檢測和自動調控裝置，以保證系統能夠在無人職守條件下的正常運行。
燃氣發電以建設周期短、投資省、熱效率高、清潔、啟停靈活和適用于調峰發電的特點而著稱，其煙氣余熱的利用主要有煙氣再熱+余熱鍋爐+蒸汽發電、余熱鍋爐+蒸汽發電、余熱鍋爐+蒸汽、余熱鍋爐+熱水供暖等幾種方式，受燃氣發電排煙溫度的限制，前兩種在綜合投資和收益方面與燃煤蒸汽發電相比，并無明顯優勢；后兩種受項目環境需求、氣候因素的局限，往往用少舍多、入不敷出；發電成本高、余熱實際利用效率低使燃氣發電的優勢難以在目前煤電為主和經濟技術領域劃分的局面下展現。
當燃氣發電系統融入電、鹽、水聯產海水淡化系統之后，局面大為改觀——電、鹽、水聯產海水淡化系統為燃氣發電系統煙氣余熱提供了穩定的、無限制的利用空間和理想的蒸汽凝結潛熱利用條件。
——燃氣發電系統為電、鹽、水聯產海水淡化系統提供了溫度適宜、而且已經取得了發電收益因而廉價的熱源。
——電、鹽、水聯產海水淡化系統是熱電聯產型的系統，充分體現了燃氣發電建設周期短、投資省、熱效率高、清潔、啟停靈活和適用于調峰發電的技術優勢。
電、鹽、水聯產海水淡化系統本身，具備熱能高效梯級利用的條件——電、鹽、水聯產海水淡化系統中水蒸汽發生子系統的蒸汽回熱功能，能夠最大限度地把燃氣發電子系統排出的500℃左右煙氣的熱量，用于水蒸汽的過熱加熱過程，而不是常規意義上的更多地用于水的蒸發，提高了換熱功效；——蒸汽干燥子系統在把高鹽度海水蒸發，獲取了固體鹽之后，除去不可避免的管道、設備、物料熱損失以外，再把熱量送到空氣干燥子系統，重復海水蒸發，獲取固體鹽的過程，實現了水蒸汽顯熱、凝結潛熱和淡化水的回收；——熱空氣在完成高鹽度海水干燥過程之后，進入海水熱空氣濃縮子系統與高鹽度海水霧滴充分接觸，使相對濕度接近飽和；熱空氣獲得的顯熱在無熱阻條件下，最大程度地轉化為高鹽度海水中水分蒸發的潛熱；——相對濕度接近飽和的熱空氣中的水分在海水低溫多效真空濃縮子系統的加熱器表面遇冷凝結為淡化水的同時，把熱量傳遞給海水低溫多效真空濃縮子系統的海水，實現了熱量的再次梯級利用過程。
——被冷卻后的空氣重新回到蒸汽干燥子系統的蒸汽冷凝器加熱成為熱空氣，空氣的加熱還可以同時在燃氣發電子系統煙氣排放部分的煙氣冷卻器等處進行，或者在燃氣發電機組的機油冷卻器得到預熱，以求更大程度地利用余熱。
——高溫海水在海水熱空氣濃縮子系統由不同的真空壓力環境所組成的多級蒸發室中霧化、蒸發，蒸發過程把海水的顯熱變為水分蒸發的潛熱，其水蒸汽又在下一級被溫度更低的海水冷卻；如此反復幾個過程，高溫海水又成為低溫海水，蒸發的水蒸汽又成為了淡化水；不但獲取了淡化水，濃縮了海水，而且節省了常規由冷卻塔完成冷卻的投資和費用。
通常，蒸餾法海水淡化技術，是把蒸汽的熱量直接傳遞給海水，重復真空蒸發制取淡化水的過程；沒有蒸汽、熱空氣干燥，海水熱空氣濃縮等幾個環節。因此，即使擁有高位能的蒸汽熱源，也不得不降低到130℃以下時，才能用于蒸餾法海水淡化系統；形成蒸餾法廉價熱源獲取困難，淡化水生產成本居高不下的困境。目前，低溫多效法海水淡化技術的經濟造水比為9左右。
電、鹽、水聯產海水淡化系統是一種不排出高鹽度海水的海水淡化系統，綜合造水比受所取海水鹽度的影響在5～7范圍變化，輸入低鹽度的海水或苦咸水時，造水比還可以提高；海水熱空氣濃縮子系統能夠在海水鹽度＞10的工況下正常運行，是其重要的特點，也為海水中各種鹽類和微量元素的提取創造了機會。就低溫多效法海水淡化技術的造水比為10，電、鹽、水聯產海水淡化系統的造水比為5和目前淡化水、原鹽的市場價格情況對比而言，低溫多效法海水淡化系統的收益為50元人民幣/噸蒸汽，電、鹽、水聯產海水淡化系統水和鹽的收益為87.5元人民幣/噸蒸汽，后者是前者收益的1.75倍。另外，電、鹽、水聯產海水淡化系統可以自成體系地單獨建設與高效運行，沒有廉價熱源獲取技術方面的障礙，沒有因淡化海水給環境造成污染等特征，是其它單一的發電、蒸餾制鹽、海水淡化技術所無法比擬的。
電、鹽、水聯產海水淡化系統綜合了燃氣發電、蒸餾制鹽和海水淡化的技術和資源優勢以后，成為了可調峰供電、高效節能、環保產出鹽和淡化水的系統。這樣的項目建設在濱海地區，可以給濱海地區帶來穩定的電力、純凈的水、食用鹽和鹽化工資源，不用太長的時間，就可以把濱海地區變成黃金海岸；建設在沙漠地區，不用太長的時間，就可以把沙漠地區變成百業俱興的綠洲；建設在大、中型項目之中，或許決策者不用再為項目的選址和水體污染問題而苦惱。向大海要淡水，要海洋化工資源，排除嚴重缺水和電力、化工資源短缺的困擾；凈化苦咸水，開發大西北；等等所述，電、鹽、水聯產海水淡化系統都有著廣泛的應用前景。
權利要求
1.一種能夠利用燃氣發電余熱生成過熱蒸汽和熱空氣，使高鹽度海水霧滴在過熱蒸汽和熱空氣中完全蒸發制取鹽，利用熱空氣的余熱將海水進行加熱、蒸發、濃縮，獲得高鹽度海水和淡化水的電、鹽、水聯產海水淡化系統；由燃氣發電、水蒸汽發生、蒸汽干燥、熱空氣干燥、海水熱空氣濃縮、海水低溫多效真空濃縮、鹽粉冷卻、海水預處理和淡化水處理等子系統所組成；燃氣發電子系統為電、鹽、水聯產海水淡化系統提供電力、煙氣余熱和向電網輸送多余的電力；水蒸汽發生子系統利用燃氣發電子系統提供的煙氣余熱，生產過熱水蒸汽；蒸汽干燥子系統是利用過熱水蒸汽把高鹽度的海水霧滴汽化，將其中的鹽分干燥為鹽的細小顆粒的裝置；熱空氣干燥子系統中的空氣在冷卻蒸汽的同時，自身獲得熱量成為熱空氣，熱空氣同樣可以把高鹽度的海水霧滴汽化，將其中的鹽分干燥為鹽的細小顆粒，熱空氣吸收水分達到一定的濕度后，進入海水熱空氣濃縮子系統，控制熱空氣干燥子系統熱空氣的溫度和濕度，能夠實現對海水鹽度的調節，當系統需要鹽度更高的海水時，熱空氣干燥子系統的功能可以轉化為海水熱空氣濃縮子系統的功能；海水熱空氣濃縮子系統用來對熱空氣進行加濕處理，濕度接近飽和的熱空氣中的水分在海水低溫多效真空濃縮子系統的空氣冷卻器表面遇冷凝結為淡化水；被冷卻后的空氣重新回到蒸汽干燥子系統的蒸汽冷凝器加熱成為熱空氣，空氣的加熱還可以同時在燃氣發電子系統煙氣排放部分的煙氣冷卻器等處進行，或者在燃氣發電機組的機油冷卻器得到預熱，以求更大程度地利用余熱；海水低溫多效真空濃縮子系統是使熱海水在多級的真空環境里霧化、蒸發，將顯熱轉化為水汽化的潛熱，從而實現海水降溫、濃縮和其蒸發汽被冷卻為淡化水的系統；鹽粉冷卻子系統是將蒸汽干燥子系統和熱空氣干燥子系統所產生的溫度較高的鹽粉冷卻成為常溫鹽粉而便于鹽粉包裝的系統，經過過濾處理的環境空氣帶著從鹽粉中得到的熱量和水分，進入海水熱空氣濃縮子系統，一方面回收鹽粉中的熱量，一方面維持海水熱空氣濃縮子系統和熱空氣干燥子系統的空氣氛圍；海水預處理子系統為海水低溫多效真空濃縮子系統提供清潔的海水；淡化水處理子系統包括冷卻降溫和水質調整兩部分，淡化水被新鮮海水冷卻到略高于新鮮海水的溫度后，根據淡化水用途進入淡化水水質調整的系統或直接輸出使用；通過上述各子系統的有機接合，在對系統輸入氣體或液體燃料和海水的情況下，系統將產出電網需求的電力、鹽和淡化水。
2.權利要求1所述的系統，其特征在于水蒸汽發生子系統能夠對水蒸汽進行再熱加熱。
3.權利要求1所述的系統，其特征在于海水熱空氣濃縮子系統能夠在海水鹽度＞10的工況下正常運行，能夠生產高鹽度海水，并控制產生或不產生結晶物。
4.權利要求1所述的系統，其特征在于控制海水熱空氣濃縮子系統海水生成物的產出或注入添加劑，能夠實現調控蒸汽干燥子系統、熱空氣干燥子系統和海水沉淀池等產鹽品種的目的。
5.權利要求1所述的系統，其特征在于海水熱空氣濃縮子系統的霧化混合器，能夠為電鹽水聯產海水淡化系統中空氣的流動提供動力。
6.權利要求1所述的系統，其特征在于被冷卻后的空氣重新回到蒸汽干燥子系統的蒸汽冷凝器加熱成為熱空氣，空氣的加熱還可以同時在燃氣發電子系統煙氣排放部分的煙氣冷卻器等處進行，或者在燃氣發電機組的機油冷卻器得到預熱，以求更大程度地利用余熱。
7.權利要求1所述的系統，其特征在于海水低溫多效真空濃縮子系統多級蒸餾器的真空度，依靠設于海水管道中的水射器來維持。
8.權利要求1所述的系統，其特征在于當燃料為煤、秸稈等固體燃料時，增加部分氣化子系統和調整水蒸汽發生子系統模式，進一步利用氣化過程中的余熱，會更加有利于電鹽水聯產海水淡化系統的經濟運行；當氣化子系統向外界輸出燃氣時，整個系統將成為氣電鹽水聯產的海水淡化系統。
9.權利要求1所述的系統，其特征在于該系統不僅可以用來處理海水，它還可以用來處理能夠進行壓力霧化，其中水分能夠被過熱蒸汽和熱空氣蒸發，產生的固體物能夠與過熱蒸汽和濕空氣分離的各種液體。
全文摘要
一種能夠利用燃氣發電余熱生成過熱蒸汽和熱空氣，使高鹽度海水霧滴在過熱蒸汽和熱空氣中完全蒸發制取鹽，利用熱空氣的余熱將海水進行加熱、蒸發、濃縮，獲得高鹽度海水和淡化水的電、鹽、水聯產海水淡化系統。該系統由燃氣發電、水蒸汽發生、蒸汽干燥、熱空氣干燥、海水熱空氣濃縮、海水低溫多效真空濃縮、鹽粉冷卻、海水預處理和淡化水處理等子系統所組成。通過上述各子系統的有機接合，在對系統輸入氣體或液體燃料和海水的情況下，系統將產出電網需求的電力、鹽和淡化水；當燃料為煤、秸稈等固體燃料時，增加部分氣化子系統和調整水蒸汽發生子系統模式，進一步利用氣化過程中的余熱，會更加有利于電、鹽、水聯產海水淡化系統的經濟運行。
文檔編號F01D15/00GK101081706SQ20061013059
公開日2007年12月5日 申請日期2006年12月27日 優先權日2006年12月27日
發明者韓建民 申請人:韓建民