專利名稱：一種梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及海水淡化技術領域，尤其是涉及一種梯度預熱多級蒸發式海水淡化發
電系統。
背景技術：
隨著人類社會的高速發展，能源的過度消耗以及所帶來的環境破壞已經成為當今世界的重大現實問題。而地球所儲存的可開發能源又非常有限，因此開發和利用干凈、無污染、資源豐富的太陽能就成為整個人類生存和發展的必由之路。與能源問題同樣威脅人類的環境污染也是急需解決的重大問題之一，工業革命以來人類在開發利用自然資源時所產生的各種有毒、有害物質已經污染了大量的淡水資源，正嚴重影響著人們的身體健康。而地球上的海水資源是非常豐富的，因此海水淡化是解決水源污染問題的最好途徑。將兩者綜合考慮，利用太陽能進行海水淡化的方法已經被提出、實現并正在推廣應用。但是現有的技術主要依賴于太陽的光照進行能量轉換，受地域、氣候、時間的影響很大，而且能量轉換效率低，海水在淡化過程中的熱能沒有充分利用，設備占用場地大、造價高。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，克服現有技術海水淡化技術效率低、成本高的缺點，不僅能生產電能和淡水、而且節能環保。 為達到上述目的，本發明采用以下技術方案 本發明的梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統包括熱源裝置、蒸發裝置、發電裝置；和一套由多個余熱換熱器串接而成的海水預熱裝置； 所述熱源裝置包括一個儲熱罐，儲熱罐存儲熱源供給的熱能，并加熱進入儲熱罐內腔的海水，海水進入儲熱罐之前需經過海水預熱裝置預熱； 所述發電裝置為一個發電透平機，該發電透平機的進液口與儲熱罐內腔相連；
所述蒸發裝置包括一個閃蒸罐和多級蒸發罐；閃蒸罐和各蒸發罐均與海水預熱裝置中的余熱換熱器一一對應；各蒸發罐內腔均設置有蒸發罐換熱器和蒸發噴嘴；第一級蒸發罐的換熱器的蒸汽入口與閃蒸罐的蒸汽出口相連，第一級蒸發罐的換熱器的液體出口與閃蒸罐對應的余熱換熱器的進液口相連，第一級蒸發罐的蒸發噴嘴與閃蒸罐的液體出口相連；第二級蒸發罐的換熱器的蒸汽入口與第一級蒸發罐的蒸汽出口相連，第二級蒸發罐的換熱器的液體出口與第一級蒸發罐對應的余熱換熱器的進液口相連，第二級蒸發罐的蒸發噴嘴與第一級蒸發罐的液體出口相連；其余蒸發罐均采用等同于第一級蒸發罐與第二級蒸發罐的連接方式逐級相連，最末一級蒸發罐的蒸汽出口與倒數第二級蒸發罐對應的余熱換熱器的進液口相連；閃蒸罐內腔氣壓大于第一級蒸發罐內的氣壓，第一級蒸發罐內的氣壓大于第二級蒸發罐內的氣壓，以后各級蒸發罐內的氣壓逐級降低。
進一步，閃蒸罐的液體出口還與儲熱罐的內腔相連。
進一步，所述的熱源采用太陽能，所述熱源裝置還包括一個熱管式太陽能集熱器
陣列，該集熱器陣列為加熱儲熱罐內腔的海水提供熱能。 進一步，所述的熱源還可以采用艦船發動機余熱。
進一步，所述多級蒸發罐設置三級以上。 進一步，發電機透平機的噴嘴采用反射式縮放噴嘴或蝶式縮放噴嘴。
進一步，碟式縮放噴嘴的蒸汽噴射路徑曲線采用等速螺線。
本發明的有益效果是 本發明利用熱管式太陽能集熱器陣列或者艦船發動機等余熱等加熱壓力式儲罐
中的海水，加熱的溫度可以超過IO(TC ;被加熱的海水進入閃蒸罐，經過發電機透平機的縮
放噴嘴，閃蒸、膨脹，被加速的汽液混合物，產生反向推力推動縮放噴嘴，繼而推動發電機的
旋轉發電；出了縮放噴嘴的蒸汽通過閃蒸罐蒸汽出口進入多級蒸發罐進行多級多效能蒸
發，出了蒸發罐的蒸汽首先進入第一級蒸發罐的換熱器，經過該換熱器后凝結為淡水，凝結
的淡水中的預熱進一步經過海水預熱裝置的換熱器對海水進行預熱；閃蒸罐中其它較濃的
鹽水部分被泵送到第一蒸發罐內再次蒸發，再次蒸發的蒸汽接入第二級蒸發罐的換熱器作
為第二級蒸發罐的熱源，第一蒸發罐內再次蒸發的蒸汽經過第二級蒸發罐的換熱器后冷凝
成淡水，此處淡水帶有的余熱也通過海水預熱裝置的換熱器對海水進行預熱；第一級蒸發
罐的濃鹽水送入第二級蒸發罐在更低的壓力下被進一步蒸發，所產生的水蒸汽和濃鹽水被
分別送入下一級的蒸發器中，依次進行，直到完成所有的蒸發過程。從各級蒸發罐經過熱交
換器中被冷凝后的淡水，因具有不同的溫度，用來對將要進入壓力儲罐的海水進行梯級預
熱；這種采用梯級順序降壓蒸發、梯級加熱的方式可以將一次能源進行多級利用，熱能通過
熱力循環的方式被多次重復利用，從而能夠非常顯著地提高熱源熱量的利用效率。 本發明的主要優點是 1、本發明利用蒸發罐換熱管蒸汽冷凝后的剩余熱量對海水進行多次梯度預熱，從
而使海水在達到較高的溫度后再進行蒸發淡化，因此熱源能量利用率高，可以快速高效的
加熱海水使其達到沸點溫度，大大提高海水的蒸發效率和熱能的利用率。 2、本發明系統中被加熱到沸點的海水蒸汽在推動發電透平機渦輪旋轉發電后，利
用其在冷凝過程中所釋放的汽化潛熱再次作為熱源，送到下一級熱能循環利用單元中，通
過氣壓的降低再完成一次熱量的利用。這樣采用梯度蒸發或閃蒸的技術，只要消耗一次循
環的熱源就能夠順序實現一系列的單級熱力學循環，不但大量的節約了加熱海水熱源的能
量，還節省了大量的冷卻水消耗。 3、本發明利用潔凈的太陽能對海水進行梯度預熱、多級閃蒸時，在進行海水淡化 的同時還可以生產電能，實現了太陽能的高效多級循環利用，該技術投入人們生活中應用 推廣將產生顯著的經濟效益和社會效益，該系統采用太陽能既不用消耗地球上儲量有限的 煤炭、石油等能源，又不會排放溫室氣體污染環境，既可以產生電能，又可以生產淡水，實現 了太陽能的多效開發和利用 4、本發明還可以艦船發動機的廢氣余熱同樣實現低成本高效率進行海水淡化，并 且其所發的電能節約了對艦船燃料能源消耗，有利于節能環保。 本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書以及附圖 中所特別指出的結構來實現和獲得。
圖1是本發明實施例一的系統連接示意圖。 圖1中附圖標記分別為l熱管式太陽能集熱器陣列，2壓力式儲液罐，3Hero's式 或碟式縮放噴嘴，4發電機，5液滴過濾器，6蒸汽及淡水管道，7較濃鹽水管道，8淡水余熱利 用熱交換器，9第一效蒸發換熱器，10第一效蒸發罐噴嘴，11第一效蒸發罐，12淡水余熱利 用熱交換器，13第二效蒸發換熱器，14第二效蒸發罐噴嘴，15第二效蒸發罐，16淡水余熱利 用熱交換器，17第三效蒸發換熱器，18第三效閃蒸罐噴嘴，19第三效蒸發罐，20最后一效蒸 汽冷凝熱交換器，21最后一效蒸汽管道，22濃鹽水管道，23濃鹽水存儲罐，24待處理鹽水水 源，25待處理鹽水存儲罐，26真空泵，27淡水存儲罐，28閃蒸罐。
具體實施方式
實施例一 利用熱管式太陽能集熱器陣列的海水淡化與發電的集成系統 利用在第一部分反射式或碟式縮放噴嘴3和壓力式儲熱罐之間的節流閥或者其 他的排氣閥將儲熱罐的壓力控制在270. lkPa，相應的飽和溫度在130(TC。本發明采用閃蒸 罐配合后續的多級蒸發罐實現太陽能的充分利用；本實施例以閃蒸罐28配合三級蒸發罐 11、15、19為例，閃蒸罐28、蒸發罐11、蒸發罐15、蒸發罐19分別與余熱換熱器8、12、16、20
——對應。 系統工作時，設定透平機噴嘴蒸發溫度為75(TC，第一級蒸發罐的蒸發溫度為 60(TC，第二級蒸發罐的蒸發溫度為45(TC，第三級蒸發罐的蒸發溫度為30(TC，相應的壓力 分別為38. 58kPa、19. 94kPa、9. 59kPa和4. 25kPa。系統工作過程如下
海水或其它待處理的水被泵送到進口管線，經各級余熱換熱器20、 16、 12和8預熱 后進入壓力式儲熱罐2，在壓力儲熱罐2中被進一步由熱管式太陽能集熱器陣列1加熱至設 定的溫度。儲熱罐2中的海水由于壓力差進入縮放噴嘴3，本實施例采用Hero's式縮放噴 嘴，當然還可以采用碟式縮放噴嘴，海水經過閃蒸、膨脹、加速，從而推動發電機4發電，上 升的蒸汽經液滴過濾器5過濾，再經管道6進入第一級蒸發換熱器9，冷凝后淡水進入余熱 熱交換器8進一步降溫送到淡水存儲罐27儲存；從縮放噴嘴3噴出的較高濃度的鹽水一部 分被泵送到進口管線再次進入壓力式儲熱罐2，另一部分進入第一級蒸發罐11經過第一級 蒸發罐噴嘴10噴出后蒸發，產生的蒸汽進入第二級蒸發罐換熱器13、淡水余熱余熱熱交換 器12冷凝、降溫，送到淡水存儲罐27儲存；同時，從第一級蒸發罐噴嘴10下落的液滴被第 一級蒸發換熱器9加熱、蒸發，產生的蒸汽進入第二級蒸發罐換熱器13、淡水余熱余熱熱交 換器12冷凝、降溫，送到淡水存儲罐27儲存。以后的各級蒸發罐重復上面的工作過程，直 至最后的一級蒸發罐；本實施例中最后一級蒸發罐即第三級蒸發罐19中下落的濃鹽水被 送至濃鹽水存儲罐存儲進一步利用，產生的蒸汽直接送入與其對應的余熱交換器20降溫， 凝結的淡水進入淡水存儲罐27。本實施例中，經過閃蒸罐28可以獲得淡水9. 28%，發電效 率可以達6. 5%。第一級蒸發罐11可以獲得淡水11. 88%，第二級蒸發罐15可以獲得淡水14. 44% ，第三級蒸發罐19可以獲得淡水16. 85% ，總的淡水獲得率將達到52% 。可以看出， 由于利用蒸汽的相變潛熱及梯度加熱等技術，該裝置的能級利用非常高，同時還可以發電， 是一套完全沒有溫室氣體的零排放海水淡化與發電裝置。隨著級數的增加，淡水獲得率會 進一步地提高，典型的工業應用可以考慮到20多級。當配套的太陽能集熱器面積為IOOO平 方米時，對中國大部分地區典型的日照強度為每平方米800瓦時，發電功率可以達到10.4 千瓦。當調整透平機噴嘴蒸發溫度為45(TC時，發電功率可以達到16.9千瓦。
實施方式二 利用艦船發動機的廢氣余熱作為熱源，此時，儲熱罐中的溫度可以 高達200°C。仍然以三級為例，除了將儲熱罐的壓力控制在1553. 8kPa，相應的飽和溫度在 200(TC外，其它的參數同上。此時除了淡水獲得率進一步獲得提高外，發電級率將提高到 25% ，從而該裝置的優勢進一步體現出來。 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通 技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案 的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
一種梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，包括熱源裝置、蒸發裝置和發電裝置，其特征在于該海水淡化發電系統還包括由多個余熱換熱器串接而成的海水預熱裝置；所述熱源裝置包括一個儲熱罐，儲熱罐存儲熱源供給的熱能，并加熱進入儲熱罐內腔的海水，海水進入儲熱罐之前需經過海水預熱裝置預熱；所述發電裝置為一個發電透平機，該發電透平機的進液口與儲熱罐內腔相連；所述蒸發裝置包括一個閃蒸罐和多級蒸發罐；閃蒸罐和各蒸發罐均與海水預熱裝置中的余熱換熱器一一對應；各蒸發罐內腔均設置有蒸發罐換熱器和蒸發噴嘴；第一級蒸發罐的換熱器的蒸汽入口與閃蒸罐的蒸汽出口相連，第一級蒸發罐的換熱器的液體出口與閃蒸罐對應的余熱換熱器的進液口相連，第一級蒸發罐的蒸發噴嘴與閃蒸罐的液體出口相連；第二級蒸發罐的換熱器的蒸汽入口與第一級蒸發罐的蒸汽出口相連，第二級蒸發罐的換熱器的液體出口與第一級蒸發罐對應的余熱換熱器的進液口相連，第二級蒸發罐的蒸發噴嘴與第一級蒸發罐的液體出口相連；其余蒸發罐均采用等同于第一級蒸發罐與第二級蒸發罐的連接方式逐級相連，最末一級蒸發罐的蒸汽出口與倒數第二級蒸發罐對應的余熱換熱器的進液口相連；閃蒸罐內腔氣壓大于第一級蒸發罐內的氣壓，第一級蒸發罐內的氣壓大于第二級蒸發罐內的氣壓，以后各級蒸發罐內的氣壓逐級降低。
2. 根據權利要求1所述的梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，其特征在于閃蒸 罐的液體出口還與儲熱罐的內腔相連。
3 根據權利要求2所述的梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，其特征在于所述 的熱源采用太陽能，所述熱源裝置還包括一個熱管式太陽能集熱器陣列，該集熱器陣列為 加熱儲熱罐內腔的海水提供熱能。
4. 根據權利要求2所述的梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，其特征在于采用 艦船發動機余熱作為熱源。
5. 根據權利要求l-4任一項所述的梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，其特征在于所述多級蒸發罐設置三級以上。
6. 根據權利要求5所述的梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，其特征在于發電 機透平機的噴嘴采用反射式縮放噴嘴或碟式縮放噴嘴。
7. 根據權利要求6所述的梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，其特征在于碟式 縮放噴嘴的蒸汽噴射路徑曲線采用等速螺線。
全文摘要
本發明公開了一種梯度預熱多級蒸發式海水淡化發電系統，包括熱源裝置、蒸發裝置、發電裝置和由多個余熱換熱器串接而成的海水預熱裝置；所述熱源裝置包括一個儲熱罐，儲熱罐存儲熱源供給的熱能，并加熱進入儲熱罐內腔的海水，海水進入儲熱罐之前需經過海水預熱裝置預熱；所述發電裝置為一個發電透平機，該發電透平機的進液口與儲熱罐內腔相連；所述蒸發裝置包括一個閃蒸罐和多級蒸發罐；加熱的海水經過多級蒸發冷凝，每一級凝結的淡水的余熱通過余熱換熱器對進入儲熱罐的海水預熱；本發明克服現有技術海水淡化技術效率低、成本高的缺點，不僅能生產電能和淡水、而且節能環保；適用于利用太陽能和艦船發動機余熱對海水進行淡化同時發電。
文檔編號F01D15/10GK101708871SQ20091022726
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月3日 優先權日2009年12月3日
發明者招玉春, 王 華, 鄒家寧 申請人:招玉春